система питания двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая карбюратор, связанный с впускным трубопроводом посредством топливоподающего элемента и с топливным баком посредством линии подачи топлива, пусковое топливоподающее устройство, источник постоянного напряжения и блок управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит генератор напряжения ультразвукового диапазона, электромагнитный клапан и емкость, пусковое топливоподающее устройство выполнено в виде сосуда, снабженного, по крайней мере, одним ультразвуковым преобразователем, подключенным к выходу генератора напряжения ультразвукового диапазона, регулятором верхнего уровня топлива, датчиком нижнего допустимого уровня топлива, выход которого соединен с управляющим входом нормально разомкнутого ключа, патрубком для подачи топлива, трубопроводом для подачи воздуха, а также, по крайней мере, одним выходным трубопроводом, вход емкости связан с линией подачи топлива в карбюратор, выход емкости через электромагнитный клапан соединен с патрубком подачи топлива в сосуд пускового топливоподающего устройства, входное отверстие трубопровода для подачи воздуха и выходное отверстие выходного трубопровода расположены во впускном трубопроводе последовательно вдоль направления потока воздуха, при этом выходной конец выходного трубопровода расположен под углом 45-90^o к оси топливоподающего элемента карбюратора, незаземленный вывод источника постоянного напряжения подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен с незаземленным выводом электромагнитного клапана, а второй его вывод через нормально разомкнутый ключ соединен с незаземленным выводом цепи питания генератора напряжения ультразвукового диапазона.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен в виде спаренных между собой двух переключателей на три положения, при этом подвижные контакты переключателей электрически соединены между собой и являются входом блока управления, соединенные между собой второй и третий неподвижные контакты первого переключателя являются первым выходом блока управления, вторым выходом которого является третий неподвижный контакт второго переключателя.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что объем емкости не менее чем в пять раз больше части внутреннего объема сосуда пускового топливоподающего устройства, которая соответствует максимально допустимому уровню топлива в нем.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве емкости используется топливный фильтр.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что регулятор верхнего уровня топлива в сосуде пускового топливоподающего устройства выполнен в виде поплавкового регулятора уровня, а датчик нижнего допустимого уровня топлива выполнен в виде бесконтактного датчика положения поплавка регулятора уровня.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что в качестве бесконтактного датчика положения поплавка регулятора уровня используется оптоэлектронный датчик.

7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что в качестве бесконтактного датчика положения поплавка регулятора уровня используется датчик магнитного поля, а поплавок снабжен постоянным магнитом.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что ультразвуковой преобразователь выполнен в виде прямоугольной или круглой пьезоэлектрической пластинки.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что пьезоэлектрическая пластинка расположена на внешней поверхности дна сосуда пускового топливоподающего устройства и в акустическом контакте с ним.

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что дно сосуда пускового топливоподающего устройства выполнено из материала, скорость звука в котором больше скорости звука в топливе, находящемся в сосуде, при этом на внутренней стороне дна сосуда напротив пьезоэлектрической пластинки выполнена сферическая лунка, диаметр которой не меньше диаметра окружности, описанной вокруг пьезоэлектрической пластинки.

11. Система по п. 8, отличающаяся тем, что пьезоэлектрическая пластинка расположена на внутренней поверхности дна сосуда пускового топливоподающего устройства.

12. Система по п. 9, или 10, или 11, отличающаяся тем, что внутри сосуда выше максимально допустимого уровня топлива в нем установлена перегородка, разделяющая внутренний объем сосуда на две расположенные одна над другой полости, сообщающиеся между собой посредством патрубка, закрепленного в перегородке так, что его ось проходит через точку пересечения диагоналей или центр пьезоэлектрической пластинки, а также посредством сквозных отверстий, выполненных в перегородке.

13. Система по п. 8, отличающаяся тем, что пьезоэлектрическая пластинка установлена на внешней боковой поверхности сосуда пускового топливоподающего устройства, при этом участок боковой стенки сосуда, расположенный напротив пьезоэлектрической пластинки, выполнен с криволинейным профилем, обращенным выпуклостью наружу.

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что криволинейный профиль соответствует профилю участка параболического цилиндра.

15. Система по п. 13, отличающаяся тем, что криволинейный профиль соответствует профилю участка кругового цилиндра.

16. Система по п. 1, отличающаяся тем, что выходной трубопровод соединен с верхней частью сосуда пускового топливоподающего устройства.

17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что выходной трубопровод выполнен плавноизогнутым.

18. Система по п. 16, отличающаяся тем, что выходной трубопровод выполнен в виде вертикально установленного патрубка с отражателем на конце и соединенного с ним под углом 30-70^o бокового патрубка.

19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что нижняя часть вертикально установленного патрубка выполнена плавно расширяющейся сверху вниз.

20. Система по п. 1, отличающаяся тем, что генератор напряжения ультразвукового диапазона выполнен в виде генератора гармонических колебаний 2-10 МГц.

21. Система по п. 1, отличающаяся тем, что генератор напряжения ультразвукового диапазона выполнен в виде генератора радиоимпульсов со скважностью, регулируемой в диапазоне от 1,5 до 4,0.

22. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сосуд пускового топливоподающего устройства содержит n - 1 вертикальных перегородок, разделяющих внутренний объем сосуда на n полостей, сообщающихся с трубопроводом для подачи воздуха, и с полостью, в которой размещен регулятор верхнего уровня топлива, при этом на дне каждой полости установлен ультразвуковой преобразователь, а верхняя зона каждой полости через соответствующий выходной трубопровод связана с впускным трубопроводом, причем открытые концы выходных трубопроводов расположены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга относительно оси топливоподающего элемента карбюратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к средствам, обеспечивающим запуск двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Разработка систем питания ДВС, обеспечивающих при низком расходе топлива и электроэнергии бортовой сети быстрый и надежный их запуск в условиях низких температур окружающей среды, является предметом повышенного коммерческого интереса.

Из предшествующего уровня техники известны попытки решения проблемы запуска ДВС при низких температурах окружающей среды по некоторым перечисленным выше аспектам.

Так, в авторском свидетельстве SU-А1-1605010, 1990 описана система впуска ДВС, в которой используется общая для всех цилиндров дополнительная смесительная камера с дополнительной топливной форсункой и подключенная к источнику сжатого воздуха. В результате высокой скорости воздуха, подаваемого в дополнительную смесительную камеру, происходит не только достаточно хорошее смешение его с топливом, но и частичное испарение последнего. Кроме того, дополнительное обогащение подаваемой в цилиндры топливовоздушной смеси обеспечивается тем, что топливо из основных топливных форсунок подается под углом к высокоскоростному потоку топливовоздушной смеси, поступающему из дополнительной смесительной камеры. В результате пересечения потоков происходит дополнительное диспергирование топлива, поступающего из основных топливных форсунок, иными словами, уменьшается расход дополнительного топлива при запуске.

Однако данное техническое решение не обеспечивает ни высокой дисперсности жидкой фазы в топливовоздушной смеси, ни высокого содержания в ней паров топлива. В результате не обеспечивается быстрый запуск ДВС при низких температурах окружающей среды. Кроме того, необходимость использования источника сжатого воздуха (баллона, компрессора) существенно ограничивает область использования известной системы.

Одним из основных направлений решения задачи по облегчению запуска ДВС при низких температурах окружающей среды является использование энергии бортовой электросети. Так, в патенте SU-303602, 1968 энергия бортовой электросети используется для нагрева подаваемого воздуха, а в патенте DЕ-С3-2057972 осуществляется нагрев топлива в самих форсунках.

Из предшествующего уровня техники известна также система питания ДВС (SU-A1-1636584, 1991), взятая в качестве прототипа и содержащая установленный на впускном трубопроводе карбюратор, пусковое топливоподающее устройство, топливный насос, вход которого через фильтр связан с топливным баком, а выход топливного насоса соединен с входом карбюратора и входом распределителя подачи топлива, первый выход которого посредством возвратного трубопровода соединен с топливным баком, а второй выход посредством трубопровода соединен с входом пускового топливоподающего устройства, включающем испарительную камеру и элемент с выходными отверстиями.

Недостаток известной системы питания ДВС заключается в том, что ее использование связано с большим расходом электрической энергии, поскольку топливо, подаваемое карбюратором, не вовлекается в процесс образования паровоздушной смеси. В результате для надежного запуска ДВС необходимо осуществлять нагрев достаточно большого количества избыточного топлива, поступающего на вход карбюратора. Кроме того, в системе не предусмотрено автоматического предпускового заполнения испарительной камеры топливом, что приводит к увеличению времени запуска ДВС.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по снижению затрат электроэнергии при запуске ДВС в условиях низких температур окружающей среды при одновременном уменьшении времени запуска и более эффективном использовании топлива, поступающего из карбюратора.

Поставленная задача решена тем, что система питания ДВС, содержащая карбюратор, связанный с впускным трубопроводом посредством топливоподающего элемента и с топливным баком посредством линии подачи топлива, пусковое топливоподающее устройство, источник постоянного напряжения и блок управления, согласно изобретению дополнительно содержит генератор напряжения ультразвукового диапазона, электромагнитный клапан и емкость, пусковое топливоподающее устройство выполнено в виде сосуда, снабженного, по крайней мере, одним ультразвуковым преобразователем, подключенным к выходу генератора напряжения ультразвукового диапазона, регулятором верхнего уровня топлива, датчиком нижнего допустимого уровня топлива, выход которого соединен с управляющим входом нормально разомкнутого ключа, патрубком для подачи топлива, трубопроводом для подачи воздуха, а также, по крайней мере, одним выходным трубопроводом, вход емкости связан с линией подачи топлива в карбюратор, выход емкости через электромагнитной клапан соединен с патрубком подачи топлива в сосуд пускового топливоподающего устройства, входное отверстие трубопровода для подачи воздуха и выходное отверстие выходного трубопровода расположены во впускном трубопроводе последовательно вдоль направления потока воздуха, при этом выходной конец выходного трубопровода расположен под углом 45-90^o к оси топливоподающего элемента карбюратора, незаземленный вывод источника постоянного напряжения подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен с незаземленным выводом электромагнитного клапана, а второй его вывод через нормально разомкнутый ключ соединен с незаземленным выводом цепи питания генератора напряжения ультразвукового диапазона.

Кроме того

- блок управления выполнен в виде спаренных между собой двух переключателей на три положения, при этом подвижные контакты переключателей электрически соединены между собой и являются входом блока управления, соединенные между собой второй и третий неподвижные контакты первого переключателя являются первым выходом блока управления, вторым выходом которого является третий неподвижный контакт второго переключателя;

- объем емкости не менее чем в пять раз больше части внутреннего объема сосуда пускового топливоподающего устройства, которая соответствует максимально допустимому уровню топлива в нем;

- в качестве емкости используется топливный фильтр;

- регулятор верхнего уровня топлива в сосуде пускового топливоподающего устройства выполнен в виде поплавкового регулятора уровня, а датчик нижнего допустимого уровня топлива выполнен в виде бесконтактного датчика положения поплавка регулятора уровня;

- в качестве бесконтактного датчика положения поплавка регулятора уровня используется оптоэлектронный датчик;

- в качестве бесконтактного датчика положения поплавка регулятора уровня используется датчик магнитного поля, а поплавок снабжен постоянным магнитом;

- ультразвуковой преобразователь выполнен в виде прямоугольной или круглой пьезоэлектрической пластинки;

- пьезоэлектрическая пластинка расположена на внешней поверхности дна сосуда пускового топливоподающего устройства и в акустическом контакте с ним;

- дно сосуда пускового топливоподающего устройства выполнено из материала, скорость звука в котором больше скорости звука в топливе, находящемся в сосуде, при этом на внутренней стороне дна сосуда напротив пьезоэлектрической пластинки выполнена сферическая лунка, диаметр которой не меньше диаметра окружности, описанной вокруг пьезоэлектрической пластинки;

- пьезоэлектрическая пластинка расположена на внутренней поверхности дна сосуда пускового топливоподающего устройства;

- внутри сосуда выше максимально допустимого уровня топлива в нем установлена перегородка, разделяющая внутренний объем сосуда на две расположенные одна над другой полости, сообщающиеся между собой посредством патрубка, закрепленного в перегородке так, что его ось проходит через точку пересечения диагоналей или центр пьезоэлектрической пластинки, а также посредством сквозных отверстий, выполненных в перегородке;

- пьезоэлектрическая пластинка установлена на внешней боковой поверхности сосуда пускового топливоподающего устройства, при этом участок боковой стенки сосуда, расположенный напротив пьезоэлектрической пластинки, выполнен с криволинейным профилем, обращенным выпуклостью наружу;

- криволинейный профиль соответствует профилю участка параболического цилиндра;

- криволинейный профиль соответствует профилю участка кругового цилиндра;

- выходной трубопровод соединен с верхней частью сосуда пускового топливоподающего устройства;

- выходной трубопровод выполнен плавноизогнутым;

- выходной трубопровод выполнен в виде вертикально установленного патрубка с отражателем на конце и соединенного с ним под углом 30-70^o бокового патрубка;

- нижняя часть вертикально установленного патрубка выполнена плавно расширяющейся сверху вниз;

- генератор напряжения ультразвукового диапазона выполнен в виде генератора гармонических колебаний 2-10 МГц;

- генератор напряжения ультразвукового диапазона выполнен в виде генератора радиоимпульсов со скважностью, регулируемой в диапазоне от 1,5 до 4,0;

- сосуд пускового топливоподающего устройства содержит n-1 вертикальные перегородки, разделяющие внутренний объем сосуда на n полостей, сообщающихся с трубопроводом для подачи воздуха и с полостью, в которой размещен регулятор верхнего уровня топлива, при этом на дне каждой полости установлен ультразвуковой преобразователь, а верхняя зона каждой полости через соответствующий выходной трубопровод связана с впускным трубопроводом, причем открытые концы выходных трубопроводов расположены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга относительно оси топливоподающего элемента карбюратора.

Такое выполнение системы питания ДВС исключает необходимость расхода электроэнергии при приведении ее в исходное состояние для запуска, обеспечивает при экономичном расходе электроэнергии высокую дисперсность, однородность и устойчивость (в виде тумана) топливовоздушной смеси при запуске с возможностью регулирования содержания в ней паровой фазы в широких пределах, а также обеспечивает при запуске частичное вовлечение топлива, поступающего из карбюратора, в процесс формирования топливовоздушной смеси. Последнее обстоятельство обеспечивает снижение расхода топлива через пусковое топливоподающее устройство, а следовательно, снижает расход электроэнергии при запуске ДВС в условиях низких температур окружающей среды.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной выше совокупностью существенных признаков требуемого технического результата.

На фиг. 1 изображена схематично предлагаемая система питания ДВС; на фиг. 2 - вариант выполнения пускового топливоподающего устройства; на фиг. 3 - вариант выполнения емкости пускового топливоподающего устройства; на фиг. 4 - вариант выполнения емкости пускового топливоподающего устройства с двумя выходными патрубками (вид сверху, частичный разрез).

Система питания ДВС содержит карбюратор 1, впускной трубопровод 2, топливный бак 3, связанный линией подачи топлива с входом карбюратора 1. Линия подачи топлива в карбюратор 1 включает подкачивающий насос 4, вход которого через соединительный трубопровод 5 и топливный фильтр 6 сообщен с топливным баком 3. Выход подкачивающего насоса 4 через соединительный трубопровод 7 соединен с карбюратором 1. Система включает также пусковое топливоподающее устройство 8, электромагнитный клапан 9, емкость 10, блок 11 управления, генератор 12 напряжения ультразвукового (УЗ) диапазона и источник 13 постоянного напряжения, например аккумулятор бортовой сети транспортного средства.

Пусковое топливоподающее устройство 8 содержит сосуд 14, УЗ преобразователь, в предпочтительном варианте он выполнен в виде круглой или прямоугольной пьезоэлектрической пластинки 15, регулятор 16 верхнего допустимого уровня топлива 17 в сосуде 14, например поплавковый, датчик 18 нижнего допустимого уровня топлива 17 в сосуде 14, например оптоэлектронный датчик положения поплавка регулятора 16, патрубок 19 для подачи топлива, трубопровод 20 для подачи воздуха и соединенный с верхней частью сосуда 14 выходной трубопровод 21. Выходной трубопровод 21 включает вертикально расположенный патрубок 22 с отражателем 23, расположенным под углом 30-60^o к оси патрубка 22, и с боковым патрубком 24, расположенным под углом = 30-70^o к оси патрубка 22. В предпочтительном варианте нижняя часть патрубка 22 выполнена плавно расширяющейся сверху вниз. Вход емкости 10 связан с линией подачи топлива в карбюратор 1, например с соединительным трубопроводом 7, а выход емкости 10 через электромагнитный клапан 9 соединен с патрубком 19 для подачи топлива. Один конец (выход) трубопровода 20 для подачи воздуха закреплен, например, на боковой стенке сосуда 14, при этом расстояние h от дна 25 сосуда 14 до трубопровода 20 для подачи воздуха не должно быть меньше высоты Н - максимально допустимого уровня топлива 17 в сосуде 14. Второй конец трубопровода 20 для подачи воздуха размещен во впускном трубопроводе 2, в котором размещен также и выходной конец выходного трубопровода 21 (открытый конец бокового патрубка 24), при этом выходной конец выходного трубопровода 21 расположен в непосредственной близости от размещенного во впускном трубопроводе 2 топливоподающего элемента 26 карбюратора 1 и под углом = 45-90^o к оси топливоподающего элемента 26. Для обеспечения устойчивой работы пускового топливоподающего устройства 8 входное отверстие трубопровода 20 для подачи воздуха и выходное отверстие выходного трубопровода 21 расположены последовательно в направлении (показанном стрелкой на фиг. 1) потока воздуха во впускном трубопроводе 2. Ввод выходного конца выходного трубопровода 21 и второго конца трубопровода 20 для подачи воздуха в полость впускного трубопровода 2 может осуществляться через отверстия, выполненные в прокладке, через которую карбюратор 1 закреплен на впускном трубопроводе 2, либо через специальные втулки (гильзы), закрепляемые на резьбе 9 в стенке впускного трубопровода 2.

Пьезоэлектрическая пластинка 15 расположена на внешней поверхности дна 25 сосуда 14 и в акустическом контакте с ним. Дно 25 выполнено из материала, например пластмассы, скорость звука в котором больше скорости звука в топливе 17 (бензине). На внутренней стороне дна 25 (напротив пьезоэлектрической пластинки 15) выполнена сферическая лунка 27, диаметр которой не меньше диаметра пьезоэлектрической круглой пластинки 15 или не меньше диаметра окружности, описанной вокруг пьезоэлектрической пластинки 15 прямоугольной формы.

Пьезоэлектрическая пластинка 15 подключена к выходу генератора 12 напряжения УЗ диапазона, например генератора гармонических колебаний 2-10 МГц. В качестве генератора 12 напряжения УЗ диапазона в ряде случаев целесообразно использовать генератор радиоимпульсов со скважностью, регулируемой в диапазоне от 1,5 до 4.

Незаземленный вывод источника 13 постоянного напряжения подключен к входу блока 11 управления, первый выход которого соединен с незаземленным выводом управляющего входа электромагнитного клапана 9. Второй вывод блока 11 управления через нормально разомкнутый ключ 26 соединен с незаземленным выводом цепи питания генератора 12 напряжения УЗ диапазона.

Блок 11 управления в предпочтительном варианте выполнен в виде двух спаренных переключателя 29 и 30 на три положения. Подвижные контакты переключателей 29 и 30 соединены между собой и являются входом блока 11 управления. Второй и третий неподвижные контакты переключателя 29 также соединены между собой и являются первым выходом блока 11 управления, вторым выходом которого является третий неподвижный контакт переключателя 30.

Выход датчика 18 нижнего допустимого уровня топлива 17 в сосуде 14 соединен с управляющим входом нормально разомкнутого ключа 28. 3 качестве датчика 18 могут быть использованы и другие бесконтактные датчики положения контролируемого объекта (поплавка регулятора 16). Например, в качестве датчика 18 нижнего допустимого уровня топлива 17 в сосуде 14 могут быть использованы датчики магнитного поля (магниторезисторы, магнитодиоды и т. п. ), при этом на поплавке регулятора 16 верхнего уровня топлива 17 в сосуде 14 закрепляется постоянный магнит.

Объем емкости 10 не менее чем в пять раз превышает объем топлива 17 в сосуде 14, соответствующий максимально допустимому верхнему уровню. Для сведения к минимуму испарение топлива из емкости 10 целесообразно в качестве емкости 10 использовать топливный фильтр (дополнительный).

В качестве УЗ преобразователя в предлагаемой системе питания ДВС могут быть использованы и сферические фокусирующие пьезоэлектрические излучатели, устанавливаемые на внутренней поверхности дна сосуда 14. Однако в этом случае стоимость системы существенно возрастает. В простейшем варианте пьезоэлектрическая пластинка 15 может быть расположена либо на внутренней поверхности дна сосуда 14, либо в соответствующем углублении, выполненном на внутренней поверхности дна сосуда 14.

Представленной на фиг. 2 вариант выполнения пускового топливоподающего устройства 8 характеризуется тем, что пьезоэлектрическая пластинка 15 расположена на внутренней поверхности дна сосуда 14", а выше максимально допустимого уровня топлива в ней установлена перегородка 31, разделяющая внутренний объем сосуда 14" на две расположенные одна над другой полости 32 и 33, которые сообщаются между собой посредством патрубка 34, жестко закрепленного в перегородке 31, и сквозных отверстий 35. В предпочтительном варианте перегородка 31 имеет форму усеченного конуса с углом при вершине 160-175^o. Ось патрубка 34 проходит через центр пьезоэлектрической пластинки 15 (в случае выполнения ее круглой) или через точку пересечения диагоналей, если пьезоэлектрическая пластинка 15 выполнена прямоугольной формы. Кроме того, в этом случае вертикально установленный патрубок 22" выполнен с постоянным диаметром по всей длине.

Представленный на фиг. 3 вариант выполнения пускового топливоподающего устройства 8 характеризуется тем, что пьезоэлектрическая пластинка 15 расположена на плоской внешней боковой стенке сосуда 14"". Противоположная ей стенка сосуда 14"" имеет участок 36 криволинейной формы и обращенный выпуклостью наружу, а именно либо профиль участка кругового цилиндра (например, четверти длины окружности), либо профиль участка параболического цилиндра. Выходной трубопровод 21" выполнен плавно изогнутым.

В ряде случаев целесообразно, чтобы пусковое топливоподающее устройство имело несколько выходных патрубков, например два: 21"" и 21""" (фиг. 4). В этом случае открытые концы выходных патрубков 21"" и 21""" расположены на одинаковом угловом расстоянии (180^o) друг относительно друга. Иными словами, навстречу друг другу.

Сосуд 14""" содержит перегородку 37, разделяющую внутренний объем сосуда 14""" на две полости, сообщающиеся, во-первых, с полостью регулятора 16 верхнего уровня топлива 17, а во-вторых, с трубопроводом 20 для подачи воздуха благодаря отверстию 38 в перегородке 37. На дне каждой полости размещены пьезоэлектрические пластинки 15" и 15"", а верхняя часть каждой полости через соответствующий выходной патрубок 21"" и 21""" связана с впускным трубопроводом 2. В принципе внутренний объем сосуда 14""" может быть разделен с помощью перегородок и на большее число полостей. Однако использование пускового топливоподающего устройства с числом полостей больше шести вряд ли целесообразно.

Здесь следует отметить, что представленные на фиг. 1-4 варианты не являются единственно возможными, поскольку каждый из описанных выше сосудов пускового топливоподающего устройства может быть скомбинирован с различными перечисленными выше вариантами размещения ультразвукового преобразователя, а также с различными вариантами выполнения выходных трубопроводов.

Система питания ДВС работает следующим образом.

В процессе работы ДВС топливо из топливного бака 3 с помощью подкачивающего насоса 4 по соединительному трубопроводу 7 подается в карбюратор 1. Затем из топливоподающего элемента 26 карбюратора 1 топливо подается во впускной трубопровод 2, в котором происходит смешение его с воздухом, направленным в цилиндры ДВС. Одновременно топливом полностью заполняется объем емкости 10, поскольку в процессе нормальной работы ДВС электромагнитный клапан 9 находится в закрытом состоянии. После остановки ДВС за счет взаимного пространственного положения соединительного трубопровода 7 и емкости 10 (емкость 10 находится ниже соединительного трубопровода 7) практически не происходит изменения количества топлива, поступившего в емкость 10 за время работы ДВС. Если же в качестве емкости 10 использовать дополнительный топливный фильтр, то потери топлива за счет испарения будут минимальны.

При пуске ДВС в условиях низких температур окружающей среды подвижные контакты спаренных переключателей 29 и 30 из исходного положения, показанного на фиг. 1, переводятся в среднее положение. В результате напряжение с выхода источника 13 постоянного напряжения подается на электромагнитный клапан 9, который переводится в открытое состояние, а следовательно, топливо, находящееся в емкости 10, начнет поступать по патрубку 19 подачи топлива в полость регулятора 16 верхнего уровня топлива 17 в сосуде 14.

Если в сосуде 14 в этот момент времени уровень топлива 17 будет ниже значения, соответствующего нижнему допустимому уровню, то на выходе датчика 18 нижнего допустимого уровня топлива сигнал будет равен нулю. Следовательно, контакты ключа 28 будут находиться в нормально разомкнутом состоянии. Благодаря этому исключается возможность случайной подачи сигнала на пьезоэлектрическую пластинку 15, а следовательно, выход ее из строя. По мере заполнения топливом 17 сосуда 14 поплавок регулятора 16 верхнего уровня будет подниматься вверх. При достижении нижнего допустимого уровня топлива на выходе датчика 18, отслеживающего положение поплавка регулятора 16 верхнего уровня, появится сигнал, под действием которого сработает ключ 28. Система может содержать средства индикации состояния ключа 28, а также достижения уровнем топлива максимально допустимого значения. При достижении уровнем топлива 17 в сосуде 14 максимально допустимого значения поплавок регулятора 16 верхнего уровня топлива перекроет игольчатым клапаном подачу топлива в сосуд 14. Таким образом, система приведена в исходное состояние для запуска без затрат энергии на перекачку топлива из топливного бака 3.

Далее подвижные контакты спаренных переключателей 29 и 30 переводятся в крайнее правое положение (фиг. 1). В результате при открытом электромагнитном клапане 9 на пьезоэлектрическую пластинку 15 подается от генератора 12 напряжение частотой в диапазоне от 2 до 10 МГц. Пьезоэлектрическая пластинка 15 возбуждает в дне 25 акустические колебания. Поскольку скорость звука в материале дна 25 больше скорости звука в топливе 17, то благодаря сферической лунке 27 происходит фокусировка акустических колебаний, возбужденных в топливе 17. Диаметр лунки 27 и радиус ее кривизны выбирается таким образом, чтобы фокусировка возбужденных в топливе 17 акустических колебаний происходила вблизи верхнего допустимого уровня топлива 17 в сосуде 14. Сфокусированные вблизи поверхности топлива 17 акустические колебания образуют кавитационный фонтан, от которого отделяются мелкие капли, образующие аэрозоль. Одновременно валу ДВС сообщаются пусковые обороты, например, стартером. В результате подкачивающий насос 4 осуществляет забор топлива из топливного бака 3 через соединительный трубопровод 5 и топливный фильтр 6, а далее подачу его через соединительный трубопровод 7 в карбюратор 1. Однако из-за низкой температуры топливо, подаваемое карбюратором 1 во впускной трубопровод 2, практически не испаряется и оседает на стенки впускного трубопровода 2. Распыленное же в сосуде 14 топливо за счет потока воздуха, поступающего по трубопроводу 20, по выходному трубопроводу 21 подается также во впускной трубопровод 2. Поскольку выходной конец выходного трубопровода 21 расположен под углом 45-90^o к оси топливоподающего элемента 26 карбюратора 1, то часть капель топлива, поступающего из карбюратора 1, за счет взаимодействия с потоком распыленного топлива, поступающего из трубопровода 21, дробится и вовлекается в процесс образования пусковой смеси. Таким образом, происходит присадка дополнительного количества топлива к топливу в виде тумана, поступающего из открытого конца выходного трубопровода 21. В результате сочетания добавки топлива, поступающего от карбюратора 1, с мелкораспыленным топливом, поступающим из пускового топливоподающего устройства 8, существенно облегчается запуск двигателя при незначительной затрате электроэнергии. Использование акустических колебаний в топливе для создания мелкодисперсной топливовоздушной смеси позволяет осуществить и одновременный нагрев распыляемого топлива. В результате возрастает доля паровой компоненты в топливовоздушной смеси, что также способствует облегчению запуска двигателя внутреннего сгорания.

После запуска ДВС уже не требуется подогрева топлива, находящегося в сосуде 14 за счет акустических колебаний. Поэтому для обеспечения дополнительной экономии расхода электрической энергии генератор 12 переводится в режим генерации радиоимпульсов длительностью 30-100 мс и скважностью от 1,5 до 4,0. Использование радиоимпульсов для возбуждения акустических колебаний позволяет не только снизить нагрев распыляемого топлива за счет охлаждения его во время пауз, но и обеспечить высокую производительность распыления, поскольку зона кавитации будет иметь ограниченные размеры и ее экранирующее действие будет не таким большим по сравнению с непрерывным режимом работы ультразвукового преобразователя.

После достижения двигателем устойчивых оборотов спаренные переключатели 29 и 30 переводятся в крайнее левое положение (фиг. 1). В результате электромагнитный клапан 9 закрывается. Кроме того, прекращается процесс возбуждения акустических колебаний в топливе 17, находящемся в сосуде 14.

Благодаря выполнению выходного трубопровода 21 в виде вертикально установленного патрубка 22 с наклонным отражателем 23 на конце и соединенного с патрубком 22 бокового патрубка 24 обеспечивается сепарация достаточно крупных капель из потока топливного аэрозоля и возврат их обратно в сосуд 14. Наличие у патрубка 22 плавно расширяющегося к низу участка снижает вероятность уноса капель топлива со стенок патрубка 22. Диапазон угла = 30-70^o определен экспериментально и является оптимальным с точки зрения сохранения высокой производительности мелкодисперсной топливовоздушной смеси и ее однородности.

В случае использования несфокусированных акустических колебаний целесообразно, чтобы сосуд 14" имел перегородку 31 с центральным патрубком 34 (фиг. 2). Сконденсировавшееся на стенках сосуда 14" и выходного трубопровода 21 топливо стекает по наклонной поверхности перегородки 31 и через отверстия 35 вновь поступает в полость 32 сосуда 14".

Фокусировку акустических колебаний на поверхности топлива 17 можно осуществить также и с помощью отражателя, роль которого выполняет участок 36 стенки, находящейся напротив стенки, на которой расположена пьезоэлектрическая пластинка 15. В этом случае фонтан на поверхности топлива направлен под острым углом к ней. Вследствие этого целесообразно выходной трубопровод 21" выполнить плавно изогнутым (фиг. 3).

Для еще большей эффективности использования топлива, поступающего из карбюратора 1, а также для получения более однородной и более обогащенной топливом топливовоздушной смеси пусковое топливоподающее устройство содержит несколько пьезоэлектрических пластин 15" и 15"" (фиг. 4), а внутренний объем сосуда 14""" разделен перегородкой 37 на две полости, сообщающиеся между собой через полость регулятора 16 верхнего уровня топлива. Генерируемые с помощью пьезоэлектрических пластинок 15" и 15"" акустические колебания создают в каждой полости мелкодисперсные потоки топлива, которые по соответствующим выходным трубопроводам 21"" и 21""" направляются во впускной трубопровод 2. Встречное взаимодействие топливовоздушных потоков, поступающих из открытых концов выходных трубопроводов 21"" и 21""", приводит к увеличению захвата капель топлива, поступающих из карбюратора 1, а также повышает однородность топливовоздушной смеси.

Предлагаемая система питания ДВС может быть использована на различных ДВС, содержащих карбюратор и эксплуатируемых в регионах с достаточно холодными зимами. Однако предложенные конструкции пускового топливоподающего устройства, в принципе, могут быть использованы и в дизельных двигателях для формирования при запуске воздушно-топливных смесей, подаваемых в систему подачи воздуха в цилиндры дизельных двигателей.