способ и устройство для регулирования состава горючей смеси в двигателях

Формула изобретения

1. Способ для регулирования состава горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в повышении концентрации кислорода в газовой смеси до оптимальных соотношений с топливом путем обогащения кислородом атмосферного воздуха, поступающего в воздушный фильтр ДВС, отличающийся тем, что при переводе из режима холостого хода в режим максимально допустимых оборотов двигателя производят увеличение количества подаваемого топлива при изменении количества подаваемого кислорода в газовую смесь, ограничение оборотов двигателя при достижении его максимального значения производят уменьшением подачи топлива по сигналу в систему управления количеством подачи топлива с датчика оборотов двигателя, формируют управляющий сигнал для изменения количества кислорода, подаваемого в воздушный фильтр.

2. Устройство для регулирования состава горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) с повышением концентрации кислорода в газовой смеси, содержащее систему управления количеством подачи топлива, датчик оборотов двигателя, подключенный к системе управления количеством подачи топлива, воздушный фильтр, кислородный баллон с вентилем и с системой управления последним, отличающееся тем, что вентиль через трубку подключен к воздушному фильтру, система управления вентилем соединена с датчиком подачи топлива и выполнена с возможностью изменения количества кислорода, подаваемого в воздушный фильтр, а система управления количеством подачи топлива выполнена с возможностью ограничения подачи топлива при достижении максимального уровня оборотов ДВС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ЛВС), и может быть использовано для оптимизации расхода топлива при работе ЛВС.

Известен способ и устройство для питания бензиновых двигателей бедными смесями /пат. Швейцария №683938, 5 F 02 M 17/16, 17/38, F 02 B 51/00, 1994/, который для создания обедненной горючей смеси переменного состава использует газовую смесь атмосферного воздуха при максимальном давлении. Основной недостаток этого устройства - ограничение содержания кислорода в газовой смеси за счет предела максимально допустимого значения.

Известен также способ регулирования состава горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания /пат. Япония №6026272, 5 F 02 D 41/14, 41/02, 45/00, 1985/. Он по сравнению с предыдущим устройством имеет улучшенные характеристики КПД. Воздушная система летательных аппаратов нагнетает воздушную смесь в двигатель под давлением, что увеличивает количество кислорода по отношению к топливу. Недостатком способа является пониженная скорость реакции горения топлива за счет присутствия в газовой смеси неактивных составляющих. К недостатку способа можно отнести также ограниченную начальным давлением воздушной смеси выходную мощность ДВС.

Известен также способ и устройство обогащения кислородом горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания /пат. Китай №1209504 от 03.03.1999, F 02 M 25/10/, который взят за аналог. Он по сравнению с предыдущим устройством имеет увеличенное количество кислорода в воздухе, предназначенное для создания горючей смеси, что увеличивает скорость, и тщательность сгорания горючей смеси. Недостатком аналога является отсутствие обратной связи с выходными характеристиками двигателя, что влияет на резкое изменение режимов работы двигателя и неэкономный расход кислорода для обогащения.

Известно также устройство - двигатель внутреннего сгорания /пат. Япония №62199958 от 03.09.1987, F 02 M 33/00, F 02 M 25/10/, который взят за прототип. Он по сравнению с предыдущим устройством имеет обратную связь с элементами карбюратора ДВС, что увеличивает экономичность расхода добавочного кислорода. Недостатком прототипа является то, что устройство требует конструктивного изменения существующего карбюратора, применение электроклапана предполагает только два режима подачи кислорода (электроклапан открыт и пропускает кислород или закрыт - кислород в карбюратор не поступает). При такой конструкции в результате резкого изменения доли кислорода в горючей смеси, поступающей в ДВС, будет наблюдаться нестабильная работа ДВС (резкими пульсирующими рывками коленчатого вала), что приведет к невозможности эксплуатации такого ДВС в составе транспортного средства или генератора и быстрому износу ДВС.

Известно также устройство управления выхлопами ДВС /пат. США №3877450 от 15.04.1975, F 02 D 21/02/. В нем кислород подается в камеру сгорания непосредственно под свечу в чистом виде. При этом возможна ситуация, когда созданное поступающим кислородом, ненасыщенное горючим облако при электрической дуге свечи не приведет к реакции горения (кислород сам по себе не горит), что приведет к нестабильной работе ДВС. Кроме того, неоднородность горючей смеси в камере сгорания не даст полного положительного эффекта на скорость реакции горения, а исключение из схемы карбюратора (на пути подачи кислорода) приведет к неэффективности его управляющих функций. Так при резком увеличении оборотов двигателя, при поступлении в него кислорода, заслонка карбюратора закроется и в камеру сгорания будет поступать малое количество (или совсем прекратится) горючей смеси, что приведет к падению оборотов, и заслонка откроется. Таким образом, будет наблюдаться пульсирующая работа двигателя, имеющая те же последствия, что и у предыдущего известного устройства. В устройстве для регулирования количества кислорода используется механический клапан - подающий кислород равными порциями без учета количества горючего в камере сгорания и без обратной связи с выходными характеристиками ДВС.

Эффект от решения поставленной задачи заключается в том, что вместо газовой смеси атмосферного воздуха с содержанием кислорода около 21% достигается повышенное содержание кислорода с возможностью изменения его подачи в зависимости от количества подачи топлива и максимально допустимой частоты вращения вала ДВС, что заметно уменьшает расход топлива при прочих равных условиях.

Сущность изобретения. Задачей изобретения является увеличение скорости реакции горения топлива при сохранении улучшенных массогабаритных показателей ДВС и выходной мощности.

Задача в заявленном способе для регулирования состава горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) заключается в повышении концентрации кислорода в газовой смеси до оптимальных соотношений с топливом путем обогащения кислородом атмосферного воздуха, поступающего в воздушный фильтр ДВС, причем при переводе из режима холостого хода в режим максимально допустимых оборотов двигателя производят увеличение количества подаваемого топлива при изменении количества подаваемого кислорода в газовую смесь, ограничение оборотов двигателя при достижении его максимального значения производят уменьшением подачи топлива по сигналу в систему управления количеством подачи топлива, с датчика оборотов двигателя формируют управляющий сигнал для изменения количества кислорода, подаваемого в воздушный фильтр.

Задача в заявленном устройстве для регулирования состава горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) с повышением концентрации кислорода в газовой смеси содержит систему управления количеством подачи топлива, датчик оборотов двигателя, подключенный к системе управления количеством подачи топлива, воздушный фильтр, кислородный баллон с вентилем и с системой управления последним, причем вентиль через трубку подключен к воздушному фильтру, система управления вентилем соединена с датчиком подачи топлива и выполнена с возможностью изменения количества кислорода, подаваемого в воздушный фильтр, а система управления количеством подачи топлива выполнена с возможностью ограничения подачи топлива при достижении максимального уровня оборотов ДВС.

В результате применения вышеупомянутых средств устройство обеспечивает оптимальный расход топлива и кислорода на различных режимах работы ДВС.

Схема воздушной системы двигателя внутреннего сгорания с повышением концентрации кислорода в газовой смеси до уровня известных функциональных элементов представлена на чертеже.

Устройство содержит кислородный баллон с вентилем и редуктором 1, трубку подачи кислорода 3, вентиль 2, воздушный фильтр 4, систему управления количеством подачи топлива 5, датчик оборотов двигателя 6, датчик количества подачи топлива 7, систему управления вентилем 8.

В устройстве применены выходные сигналы датчика количества подачи топлива 7 для формирования сигнала через систему управления количества подачи топлива 5 для системы управления вентилем 8 и выходной сигнал с датчика оборотов двигателя 6 для формирования сигнала системе управления количества подачи топлива 5.

Элементы устройства соединены следующим образом. Кислородный баллон с вентилем и редуктором 1 подключен к вентилю 2. Выход вентиля 2 через трубку подачи кислорода 3 подключен к воздушному фильтру 4. Вентиль 2 находится в кинематической связи с системой управления вентилем 8. Система управления вентилем 8 через систему управления количества подаваемого топлива 5 соединен с датчиком количества подачи топлива 7 и датчиком оборотов двигателя 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Концентрация кислорода в газовой смеси ДВС изменяется за счет обогащения атмосферного воздуха, поступающего в воздушный фильтр ДВС, чистым кислородом, причем количество добавочного кислорода, подаваемого в воздушный фильтр, зависит от количества подаваемого в ДВС топлива.

Устройство работает следующим образом.

При изменении оборотов двигателя в диапазоне от режима холостого хода до максимальных оборотов двигателя датчик количества подачи топлива 7 через систему управления количества подаваемого топлива 5 формирует управляющий сигнал для системы управления вентилем 8. Система управления вентилем 8, регулируя пропускную способность вентиля 2, изменяет количество подаваемого кислорода в воздушный фильтр 4, где происходит формирование газовой смеси с соответствующей концентрацией кислорода.

Перевод устройства в диапазоне от режима холостого хода до режима максимально допустимых оборотов производится изменением количества подачи топлива при одновременном соответствующем изменении количества подаваемого кислорода в газовую смесь. Ограничение оборотов двигателя при достижении его максимального значения производится уменьшением подачи топлива путем подачи сигнала на систему управления количества подачи топлива 5 с датчика оборотов двигателя 6. Такое совместное регулирование обеспечивает оптимальный расход топлива с кислородом и безопасный режим работы ДВС.

Особенностью устройства является то, что подача кислорода в воздушный фильтр 4 регулируется в зависимости от сигнала соответствующих датчиков 6, 7. Увеличенная массовая составляющая кислорода в горючей смеси увеличивает скорость реакции ее горения, и повышается давление в камере сгорания ДВС на фазе сгорания горючей смеси. Это обеспечивает экономное использование топлива при прочих равных условиях, уменьшение вредных выхлопных газов или увеличение выходной мощности ДВС.

Другой положительной особенностью воздушной системы является возможность его применения в готовых технических изделиях без конструкционных изменений ДВС. Это, так же как и изменение центра тяжести изделия, достигается за счет применения трубок подачи кислорода 3 различной длины и использования воздушного фильтра 4 готового технического изделия.

Наиболее целесообразной областью применения способа и устройства регулирования состава горючей смеси в ДВС повышением концентрации кислорода в газовой смеси являются ДВС, установленные на летательных аппаратах.