устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания с регулятором соотношения расходов газа и воздуха

Формула изобретения

Устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания с регулятором соотношения расходов газа и воздуха, содержащее впускной трубопровод газа и дозирующий элемент, имеющий в своем составе регулировочный винт, при вывертывании которого открывается канал, обеспечивающий прохождение газа, отличающееся тем, что в нем регулятор соотношения расходов газа и воздуха, установленный на ДВС, содержит корпус, располагаемый над патрубком подвода воздуха, в верхней части которого размещен подающий газовый трубопровод, сечение которого изменяет винт поршня регулятора, приводимый в движение шаговым двигателем, управление которым осуществляет датчик соотношения расходов газа и воздуха, содержащий подвижные пластины, установленные в подающем газовом трубопроводе и патрубке подвода воздуха, которые меняют свое положение в зависимости от действующих на них потоков газа и воздуха, обеспечивая срабатывание дозирующего устройства, содержащего в своем составе светодиод и оптически связанный с ним фототранзистор, выдающих соответствующий сигнал через электронную схему на шаговый двигатель, вворачивающий или выворачивающий винт, причем условия работы предложенного регулятора соотношения расходов газа и воздуха имеют вид: F _{воздуха}=F_газа, где F_{воздуха} - сила воздушного потока, F_газа - сила потока газа, которые воздействуют на подвижные пластины регулятора, датчик соотношения расходов газа и воздуха выполнен в виде корпуса, несущего в своей нижней выступающей части подшипники оси подвижных пластин, а в своей верхней части противолежащие отверстия для размещения светодиода и фототранзистора, причем перемещение оси, соединяющей две пластины, происходит в отверстии, выполненном по оси корпуса датчика, а восстановление равновесного состояния датчика наступает в момент, когда светодиод экранирует ось, прекращая работу фототранзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к топливной аппаратуре, обеспечивающей подачу газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания.

В настоящее время накоплен значительный опыт создания газосмесительных установок, обеспечивающих подачу газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

В книге Е.Г.Григорьева, В.Д.Колубаева и др. «Газобаллонные автомобили». М., изд. «Машиностроение»., 1989 г. на с.27-40 описаны конструкции газосмесительных устройств. В книге В.А.Золотницкого «Экономный автомобиль на газовом топливе». М. изд. «Русьавтокнига»., 2001 г. с.7-11 описаны усовершенствованные конструкции газосмесительных устройств.

Однако упомянутые технические решения ориентированы на традиционный способ обеспечения условий смесеобразования и не гарантируют в должной степени полноту сгорания топлива, особенно на переходных режимах.

В качестве прототипа предложенного технического решения предлагается газовый смеситель фирмы «Импко карбюрейшн» (США), описанный в книге А.И.Морева, В.И.Ерохина «Газобаллонные автомобили»., М., изд. Транспорт., 1992, с.152.

При пуске двигателя вакуум из впускного трубопровода при приоткрытой дроссельной заслонке передается по каналам в камеру между крышкой смесителя и мембраной, вызывая перемещение мембраны и сжатие пружины. Дозирующий клапан, связанный с мембраной и запорной шайбой, открывается и газ из полости канала поступает в полость, где смешивается с воздухом, проходящим в смеситель между корпусом смесительной камеры и шайбой мембраны, а также между входной полостью и подвижным сегментом. Регулировка расхода газа на режиме холостого хода производится винтом, установленным таким образом, что при вывертывании открывается канал, соединяющий пространство под мембраной с атмосферой. Регулировка осуществляется один раз, что обусловливает наличие и нерегулируемых режимов работы, с чем приходится мириться.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение надежности регулирования соотношения газ/воздух на всех режимах работы двигателя при одновременном уменьшении габаритов и массы датчика, построенного на основе современных элементов конструкции, ориентированных на электронное управление с применением элементов светотехники.

Работа более совершенного по конструкции регулятора соотношения расходов газа и воздуха основана на взаимосвязи усилий, создаваемых разделенными потоками газа и воздуха, которые воздействуют на две механически соединенные пластины, помещенные соответственно в потоки газа и воздуха.

Устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания с регулятором соотношения расходов газа и воздуха содержит впускной трубопровод газа и дозирующий элемент, имеющий в своем составе регулировочный винт, при вывертывании которого открывается канал, обеспечивающий прохождение газа.

Регулятор соотношения расходов газа и воздуха, установленный на ДВС, содержит корпус, располагаемый над патрубком подвода воздуха, в верхней части которого размещен подающий газовый трубопровод, сечение которого изменяет винт поршня регулятора, приводимый в движение шаговым двигателем. Управление шаговым двигателем осуществляет датчик соотношения расходов газа и воздуха, содержащий подвижные пластины, установленные в подающем газовом трубопроводе и патрубке подвода воздуха. Положение подвижных пластин меняется в зависимости от действующих на них потоков газа и воздуха, обеспечивая тем самым срабатывание дозирующего устройства.

Дозирующее устройство содержит в своем составе светодиод и оптически связанный с ним фототранзистор, выдающий соответствующий сигнал через электронную схему на шаговый двигатель.

Шаговый двигатель вворачивает или выворачивает винт, причем условия работы предложенного регулятора соотношения расходов газа и воздуха имеют вид:

F_{воздуха} =F_газа,

где F_{воздуха} - сила воздушного потока; F_газа - сила потока газа.

Потоки газа и воздуха воздействуют на пластины регулятора.

Датчик соотношения расходов газа и воздуха выполнен в виде корпуса, несущего в своей нижней части подшипники оси подвижных пластин, а в своей верхней части - противолежащие отверстия для размещения светодиода и фототранзистора. При этом перемещение оси, соединяющей друг с другом две пластины, происходит в отверстии, выполненном по оси корпуса датчика, а восстановление равновесного состояния датчика наступает в момент, когда светодиод экранирует ось, прекращая работу фототранзистора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:

На фиг.1 изображено устройство регулятора с поперечным сечением.

На фиг.2 - то же в сечении по пластинам.

На фиг.3 изображен чувствительный элемент регулятора.

На фиг.4 - то же в поперечном сечении.

На фиг.5 представлена принципиальная схема общей компоновки устройства для подачи газообразного топлива в ДВС с обозначениями линий подачи газа и бензина.

На фиг.6 приведена принципиальная схема подачи газа и воздуха в регулятор соотношения расходов и воздействия давления газовоздушной смеси на чувствительный элемент (пластины) датчика соотношения расходов, поэтому ее элементы даны без оцифровки.

Устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания с использованием регулятора соотношения расходов газа и воздуха содержит в своем составе впускной трубопровод газа 1 и дозирующий элемент, имеющий в своем составе регулировочный винт 2, при вывертывании которого открывается канал, обеспечивающий прохождение газа.

На ДВС устанавливается корпус 3, располагаемый над патрубком подвода воздуха 4, в верхней части корпуса 3 размещен подающий газовый трубопровод 5, сечение которого изменяет винт 2 поршня регулятора, приводимый в движение шаговым двигателем 6. Управление шаговым двигателем 6 осуществляет датчик соотношения расходов газа и воздуха, содержащий подвижные пластины 7 и 8, установленные в подающем газовом трубопроводе 9 и патрубке подвода воздуха 4.

Положение подвижных пластин 7 и 8 меняется в зависимости от действующих на них потоков газа и воздуха (см. фиг.3 и фиг.4), обеспечивая срабатывание дозирующего устройства.

Дозирующее устройство содержит в своем составе светодиод 10 и оптически связанный с ним фототранзистор 11 (см. фиг.4), выдающий соответствующий сигнал через электронную схему на шаговый двигатель 6.

Шаговый двигатель 6 выворачивает или вворачивает винт 2 поршня регулятора, причем условия работы использованного регулятора соотношения расходов газа и воздуха имеют вид:

F_{воздуха}=F_газа,

где F_{воздуха} - сила воздушного потока; F_газа - сила потока газа.

Потоки газа и воздуха воздействуют на пластины 7 и 8 в течение всего времени работы ДВС.

Датчик соотношения расходов газа и воздуха выполнен в виде корпуса 12, несущего в своей нижней части подшипники 13 оси 14 подвижных пластин 7 и 8 (см. фиг.4).

В верхней части корпуса 12 расположены противолежащие отверстия для размещения светодиода 10 и фототранзистора 11. При этом перемещение оси 14, несущей стержни 15 и 16, на которых размещены пластины 7 и 8, происходит в отверстии, выполненном по оси корпуса датчика 12 (см. фиг.4).

Восстановление равновесного состояния датчика наступает в момент, когда светодиод 10 экранируется осью 14, несущей стержни 15, 16, прекращая тем самым работу фототранзистора 11. Ограничительные винты 17 позволяют стабилизировать положение стержня 16. Сигналы, поступающие от датчика соотношения расходов газа и водуха в электронный блок, обеспечивают открытие (закрытие) канала подачи газа 5.

На принципиальной схеме компоновки устройства для подачи газообразного топлива в ДВС (см. фиг.5) оцифрованы следующие составные элементы:

18 - газовый баллон;

19 - электронный блок управления;

20 - двигатель ДВС;

21 - бензобак;

22 - электромагнитный клапан;

23 - редуктор-испаритель;

24 - отсечной электромагнитный клапан;

25 - датчик фазы;

26 - регулятор соотношения расходов газа и воздуха;

27 - бензонасос;

28 - электромагнитный клапан.

Описание работы двигателя внутреннего сгорания на газовом топливе.

При включении двигателя (см. фиг.5) сигнал от датчика фазы 25 поступает в электронный блок 19, который выдает команду отсечному электромагнитному клапану 22. Газ из баллона 18 поступает в редуктор-испаритель 23, затем на отсечной клапан 24, который открывается электронным блоком 19 вместе с клапаном 22. После этого газ попадает в регулятор соотношения расходов газа и воздуха 26, включающего: шаговый двигатель, дозирующее устройство, состоящее из винта регулятора, поршня регулятора и датчика соотношения расходов газа и воздуха.

По сигналу датчика соотношения расходов газа и воздуха через электронный блок регулятор соотношения расходов газа и воздуха открывает газовый поток.

Параллельно в регулятор соотношения расходов газа и воздуха 26 поступает воздушный поток в результате засасывания воздуха при вращении двигателя ДВС. Таким образом, (см. фиг.6) образуется газовоздушная смесь заданного состава.

Управление работой шагового двигателя (см. фиг.1) осуществляет датчик соотношения расходов газа и воздуха, в составе которого использованы светодиод 10 и фототранзистор 11. Перемещение стержня 16, на котором закреплены пластины 7 и 8, происходит в отверстии, выполненном по оси корпуса 12 (см. фиг.3 и фиг.4).

Восстановление равновесного состояния датчика наступает в момент, когда светодиод 10 экранируется осью 14, несущей стержни 15, 16, прерывая работу фототранзистора 11. Величина перемещения оси 14 несущей стержень 16 регулируется установочными винтами 17.

Газовое топливо (см. фиг.1) поступает в дозирующее устройство регулятора соотношения расходов газа и воздуха, включающего винт 2 регулятора и поршень регулятора, способных изменять проходное сечение канала поступления газа 5.

Газовый поток, воздействуя на пластину датчика соотношения расходов в подающем газовом трубопроводе, вызывает отклонение закрепленного на оси 14 стержня 16, перекрывающего светодиод 10. Одновременно на вторую пластину датчика соотношения расходов, помещенную в патрубок подвода воздуха 4, действует воздушный поток, вызывая направленное отклонение.

По сигналу, поступающему от датчика соотношения расходов через электронный блок, поршень регулятора расхода газа, соединенный с торца с подающим газ отверстием, боковой своей поверхностью открывает (закрывает) щель подачи газа.

При испытании в режиме использования газа экономия топлива в ДВС составляет в зависимости от нагрузки от 5 до 10% за счет точности и быстроты срабатывания регулятора расхода газа и воздуха в сравнении с существующими.