RU2008492C1

RU2008492C1 - Fuel system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2008492C1
Authority: RU
Inventors: Валерий Витальевич Кудрявцев; Виктор Сергеевич Швагирев
Original assignee: Валерий Витальевич Кудрявцев; Виктор Сергеевич Швагирев
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: system has circuit to feed liquid fuel to carburetor and gas fuel feed circuit with gas reservoir, gas pressure regulator, gas line with shutoff valve and automatic gas feed regulator operated by depression in intake manifold. Housing 16 of regulator has union 17 to supply gas and unions 7 and 8 with channels communicating with air cleaner and spool-type depression builder. Chamber of regulator housing 16 is divided by diaphragm 24 into spaces one of which communicates with atmosphere through hole 26. Installed in other space is metering valve with seat and spring-loaded shutoff member 19 secured on rod 21. Adjusting needles 23 are fitted in channels of unions 7 and 8. Rod 21 has tappet 25 secured on diaphragm 24. One end of spring 22 is connected with rod 21, the other end, with regulator housing 16. Seat 18 of metering valve arranged at side of union 17 is provided with hole to pass rod 21. Seating surface of seat 18 is conical. EFFECT: enhanced operation reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам питания автомобильных двигателей. The invention relates to engine building, and in particular to power systems for automobile engines.

Преимуществами систем питания двигателей внутреннего сгорания бензогазовоздушной смесью (бинарным топливом) являются снижение выброса токсичных компонентов (окиси углерода, окиси азота) с отработавшими газами, уменьшение расхода жидкого топлива, снижение требований к антидетонационным свойствам топлива, увеличение срока службы двигателя и улучшение ряда эксплуатационных показателей автомобиля. Все известные системы питания бинарным топливом используют раздельные контуры подачи жидкого и газообразного топлива. Как правило, в таких системах газовое топливо предварительно смешивается с воздухом либо с отработавшими картерными газами, а затем подается в задроссельное пространство карбюратора. Часть газовоздушной смеси либо чистого газа в некоторых системах питания может дополнительно подаваться в воздушный фильтр двигателя. The advantages of the power supply systems of internal combustion engines with a gas-gas mixture (binary fuel) are the reduction of the emission of toxic components (carbon monoxide, nitrogen oxide) with exhaust gases, a decrease in the consumption of liquid fuel, a decrease in the requirements for antiknock properties of the fuel, an increase in the engine's service life, and an improvement in a number of vehicle performance indicators . All known binary fuel supply systems use separate liquid and gaseous fuel supply circuits. Typically, in such systems, gas fuel is pre-mixed with air or with exhaust crankcase gases, and then fed into the throttle space of the carburetor. Part of the gas-air mixture or pure gas in some power supply systems can be additionally supplied to the engine air filter.

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур подачи жидкого топлива и контур подачи газового топлива, последний включает в себя газовый баллон, редуктор, газопровод с клапаном, при этом контур подачи газового топлива содержит две магистрали: одну для подачи газа в задроссельное пространство, другую - в воздушный фильтр, обе магистрали снабжены вентилями, одна из магистралей снабжена электрическим устройством управления подачи газового топлива, имеющим датчик открытия дроссельной заслонки и коммутационное реле, управляющее открытием дополнительного электромагнитного клапана и включающее в работу указанный контур [1] . A known internal combustion engine power supply system comprising a liquid fuel supply circuit and a gas fuel supply circuit, the latter includes a gas cylinder, a gearbox, a gas pipeline with a valve, the gas fuel supply circuit comprising two lines: one for supplying gas to the throttle space, the other - into the air filter, both lines are equipped with valves, one of the lines is equipped with an electric gas fuel supply control device having a throttle opening sensor and a switching a relay controlling the opening of an additional electromagnetic valve and including the specified circuit [1].

Недостатками данной системы являются дискретность регулирования, не позволяющая оптимизировать соотношение между количеством жидкого и газового топлива на всех режимах работы двигателя, и связанный с этим повышенный расход топлива, повышенная токсичность выхлопных газов в силу невозможности достижения оптимальных соотношений компонентов рабочей смеси. К существенным недостаткам можно отнести также повышенную опасность при эксплуатации системы в силу использования электромагнитного клапана запирания газопровода, неполное закрытие которого либо нахождение катушки клапана под напряжением при неработающем двигателе может повлечь за собой пожароопасную утечку газа в подкапотное пространство. The disadvantages of this system are the discreteness of regulation, which does not allow optimizing the ratio between the amount of liquid and gas fuel at all engine operating modes, and the associated increase in fuel consumption and increased exhaust gas toxicity due to the impossibility of achieving optimal ratios of the components of the working mixture. Significant disadvantages include the increased danger during the operation of the system due to the use of an electromagnetic valve for locking the gas pipeline, incomplete closing of which or when the valve coil is energized when the engine is idle can lead to a fire hazardous gas leak into the engine compartment.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур подачи жидкого топлива в карбюратор и контур подачи газового топлива, имеющий газовую емкость, редуктор, газопровод с запорным клапаном и автоматический регулятор подачи, управляемый разрежением во впускном коллекторе, причем корпус регулятора снабжен штуцером подвода газа и штуцерами с каналами, сообщенными соответственно с воздушным фильтром и с золотниковым формирователем разрежения, а камера корпуса регулятора разделена мембраной на полости, одна из которых сообщена с атмосферой, а в другой установлен дозирующий клапан с седлом и подпружиненным тарельчатым запорным элементом, закрепленным на штоке [2] . Closest to the invention in technical essence is a power supply system of an internal combustion engine comprising a liquid fuel supply circuit to a carburetor and a gas fuel supply circuit having a gas tank, a gearbox, a gas pipeline with a shut-off valve and an automatic feed regulator controlled by vacuum in the intake manifold, the housing the regulator is equipped with a gas supply fitting and fittings with channels communicated respectively with the air filter and with the spool former, and the housing chamber the regulator is divided by a membrane into cavities, one of which is connected to the atmosphere, and the other has a metering valve with a seat and a spring-loaded poppet locking element mounted on the rod [2].

К недостаткам этой системы можно отнести сложность конструкции, включающей три мембраны и два клапана, один из которых снабжен двумя седлами. Нормальное функционирование системы возможно лишь при правильной работе каждого из многих элементов конструкции, что приводит к недостаточной надежности системы в целом. Кроме того, поскольку от взаимного расположения конструктивных элементов, образующих формирователь разрежения, регулятор давления и пневмоусилитель, и от правильного распределения давления по элементам устройства зависит работоспособность системы, требуется очень сложная и трудоемкая предварительная регулировка элементов системы, что также является недостатком устройства. К недостаткам устройства можно отнести и крайнюю сложность обеспечения герметичности перегородки между объемами мембран, в которой перемещается шток, соединяющий мембраны пневмоусилителя, причем одновременно должно быть обеспечено легкое перемещение штока в отверстии перегородки. The disadvantages of this system include the complexity of the design, which includes three membranes and two valves, one of which is equipped with two seats. The normal functioning of the system is possible only with the correct operation of each of the many structural elements, which leads to insufficient reliability of the system as a whole. In addition, since the operability of the system depends on the relative position of the structural elements forming the rarefaction shaper, pressure regulator and pneumatic booster, and on the correct distribution of pressure among the device elements, a very complex and time-consuming preliminary adjustment of the system elements is required, which is also a disadvantage of the device. The disadvantages of the device include the extreme difficulty of ensuring the tightness of the septum between the membrane volumes, in which the rod connecting the pneumatic booster membranes moves, and at the same time, the rod must be easily moved in the septum opening.

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение регулировочных характеристик, а также снижение расхода жидкого и газового топлива при одновременном снижении токсичности выхлопных газов. The aim of the invention is to increase reliability and improve regulatory characteristics, as well as reducing the consumption of liquid and gas fuels while reducing toxicity of exhaust gases.

Поставленная цель достигается тем, что система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур подачи жидкого топлива в карбюратор и контур подачи газового топлива, имеющий газовую емкость, редуктор, газопровод с запорным клапаном и автоматический регулятор подачи, управляемый разрежением во впускном коллекторе, причем корпус регулятора снабжен штуцером подвода газа и штуцерами с каналами, сообщенными соответственно с воздушным фильтром и с золотниковым формирователем разрежения, а камера корпуса регулятора разделена мембраной на полости, одна из которых сообщена с атмосферой, а в другой установлен дозирующий клапан с седлом и подпружиненным тарельчатым запорным элементом, закрепленным на штоке, снабжена установленными в каналах штуцеров регулировочными элементами в виде игл, шток снабжен толкателем, закрепленным на мембране, один конец пружины соединен со штоком, а другой - с корпусом регулятора, седло дозирующего клапана установлено со стороны штуцера подвода газа и выполнено с отверстием для прохода штока, а посадочная поверхность седла выполнена конической. This goal is achieved by the fact that the power supply system of the internal combustion engine, comprising a liquid fuel supply circuit to a carburetor and a gas fuel supply circuit having a gas tank, a gearbox, a gas pipeline with a shut-off valve and an automatic flow regulator controlled by vacuum in the intake manifold, wherein the regulator body is provided gas supply fitting and fittings with channels connected respectively to the air filter and to the spool shaper of rarefaction, and the chamber of the regulator body is divided by a membrane a wound in the cavity, one of which communicates with the atmosphere, and the other has a metering valve with a seat and a spring-loaded poppet locking element fixed to the rod, equipped with needle-shaped adjusting elements installed in the channels of the nozzles, the rod is equipped with a pusher mounted on the membrane, one end the springs are connected to the stem and the other to the regulator body, the metering valve seat is mounted on the side of the gas supply fitting and is made with a hole for the stem passage, and the seat seating surface is made of cal.

На фиг. 1 схематично представлена схема питания двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - конструкция автоматического регулятора. In FIG. 1 schematically shows a power circuit of an internal combustion engine; in FIG. 2 - design of an automatic controller.

Контур подачи газового топлива системы состоит из газовой емкости 1 для хранения запаса сжиженного газа, редуктора 2, газопровода 3, запорного клапана 4, автоматического регулятора 5 подачи газа, снабженного дозирующим клапаном 6, штуцером 7 подачи воздуха и/или каретных газов с регулировочным элементом, размещенным в цепи подачи воздуха из воздушного фильтра 9, и штуцером 8 отвода газовоздушной смеси с регулировочным элементом, соединенным с золотниковым формирователем разрежения 10 карбюратора 11, установленного на впускном коллекторе 12 двигателя. Контуp подачи жидкого топлива системы питания включает в себя бензобак 13, бензопровод 14, соединяющий бензобак с поплавковой камерой 15 карбюратора. The gas fuel supply circuit of the system consists of a gas tank 1 for storing a supply of liquefied gas, a reducer 2, a gas pipeline 3, a shut-off valve 4, an automatic gas supply regulator 5 equipped with a metering valve 6, an air and / or carriage gas connection 7, with an adjustment element, placed in the circuit of the air supply from the air filter 9, and the fitting 8 of the outlet of the gas-air mixture with an adjustment element connected to the spool former of the rarefaction 10 of the carburetor 11 mounted on the intake manifold 12 gatel. The liquid fuel supply circuit of the power system includes a gas tank 13, a gas pipe 14 connecting the gas tank to the carburetor float chamber 15.

Корпус 16 регулятора 5 снабжен штуцером 17 подвода газа, в корпусе штуцера 17 установлено седло 18 с посадочной конической поверхностью и тарельчатый запорный элемент 19 дозирующего клапана 6 с уплотняющей прокладкой 20 и штоком 21, проходящим сквозь отверстие в седле во внутреннюю полость корпуса 16 регулятора 5. Шток 21 соединен натяжной пружиной 22 с корпусом регулятора. Кроме штуцера 17 подвода газа с дозирующим клапаном в корпусе 16 регулятора 5 установлены штуцер 7 подачи в корпус регулятора воздуха и/или картерных газов и штуцер 8 отвода газовоздушной смеси. Каналы штуцеров снабжены регулировочными элементами 23 в виде игл. Мембрана 24 разделяет камеру регулятора 5 на внутреннюю и внешнюю полости. Во внутренней полости установлен толкатель 25 штока 21 дозирующего клапана. Внешняя полость через отверстия 26 сообщается с атмосферой. The housing 16 of the regulator 5 is equipped with a gas supply fitting 17, a seat 18 with a tapered seating surface and a poppet locking element 19 of the metering valve 6 with a sealing gasket 20 and a stem 21 passing through the hole in the saddle into the internal cavity of the housing 16 of the controller 5 are installed in the housing of the fitting 17. The rod 21 is connected by a tension spring 22 to the regulator body. In addition to the nozzle 17 for supplying gas with a metering valve in the housing 16 of the regulator 5, a nozzle 7 for supplying air and / or crankcase gases to the regulator body and a nozzle 8 for discharging the gas-air mixture are installed. The channels of the fittings are equipped with adjusting elements 23 in the form of needles. The membrane 24 divides the chamber of the regulator 5 into the inner and outer cavities. A pusher 25 of the rod 21 of the metering valve is installed in the inner cavity. The external cavity through the openings 26 communicates with the atmosphere.

Работа системы происходит следующим образом. The system operates as follows.

При подаче напряжения на катушку электромагнитного клапана 4 последний открывается и газ из емкости 1 через редуктор 2 и открытый клапан 4 поступает в штуцер 17 подвода газа автоматического регулятора 5. Если перепад давления между внутренней и внешней полостями автоматического регулятора 5 отсутствует, что возможно в случае неработающего двигателя, дозирующий клапан 6 автоматического регулятора 5 закрыт и газ не поступает ни во впускной коллектор 12, ни в воздушный фильтр 9. При работе двигателя во впускном коллекторе 12 создается разрежение, дозирующий клапан 6 автоматического регулятора 5 открывается, газ из газопровода 3 поступает во внутреннюю полость регулятора 5, смешивается с поступающими туда же воздухом и/или картерными газами, и через штуцер 8 газовоздушная смесь подается во впускной коллектор 12 двигателя. Приготовленная таким образом газовоздушная смесь может подаваться в задроссельное пространство через штуцер дренажа картерных газов либо через специально установленную под фланцем карбюратора газовоздушную проставку. Управление регулятором подачи газа осуществляется разрежением, создаваемым двигателем. При этом количество газа, поступающего в регулятор 5, и соответственно количество газовоздушной смеси, поступающей в двигатель, пропорциональны величине разрежения во впускном коллекторе. Таким образом осуществляется процесс автоматического регулирования подачи бензогазовой смеси в двигатель. Причем при соответствующей первоначальной регулировке автоматически поддерживается выгодное соотношение между жидким и газообразным топливом в широком интервале рабочих режимов двигателя. When voltage is applied to the coil of the electromagnetic valve 4, the latter opens and the gas from the tank 1 through the gearbox 2 and the open valve 4 enters the gas connection 17 of the automatic regulator 5. If there is no pressure difference between the internal and external cavities of the automatic regulator 5, which is possible in case of a non-working engine, the metering valve 6 of the automatic controller 5 is closed and gas does not enter either the intake manifold 12 or the air filter 9. When the engine is running, a vacuum is created in the intake manifold 12, the metering valve 6 of the automatic controller 5 opens, the gas from the gas pipeline 3 enters the internal cavity of the controller 5, mixes with the air and / or crankcase gases that enter there, and through the nozzle 8, the gas-air mixture is fed into the intake manifold 12 of the engine. The gas-air mixture thus prepared can be fed into the throttle space through the crankcase drain fitting or through a gas-air spacer specially installed under the carburetor flange. The gas flow regulator is controlled by a vacuum created by the engine. In this case, the amount of gas entering the regulator 5, and accordingly the amount of gas-air mixture entering the engine, is proportional to the amount of vacuum in the intake manifold. Thus, the process of automatically controlling the supply of a gas-gas mixture to the engine is carried out. Moreover, with appropriate initial adjustment, a favorable ratio between liquid and gaseous fuels is automatically maintained in a wide range of engine operating modes.

Автоматический регулятор подачи газообразного топлива работает следующим образом. Automatic regulator of the supply of gaseous fuels works as follows.

В исходном состоянии, когда давление во внутренней полости регулятора 5 равно давлению атмосферы, мембрана 24 не имеет прогиба и своим толкателем 25 не давит на шток 21 клапана. Дозирующий клапан 6 закрыт за счет прижатия тарельчатого запорного элемента 19 к седлу 18 под действием силы натяжения пружины 22, приложенной к штоку 21 клапана. Следует отметить, что давление газа, действующее со стороны газопровода 3, создает дополнительное усилие прижатия тарельчатого запорного элемента 19 к седлу 18 дозирующего клапана 6. Таким образом, предлагаемое устройство практически не нуждается в использовании дополнительного предохранительного клапана в системе и полностью исключает утечку газа при неработающем двигателе. In the initial state, when the pressure in the internal cavity of the regulator 5 is equal to the atmospheric pressure, the membrane 24 does not have a deflection and does not press on the valve stem 21 with its pusher 25. The metering valve 6 is closed by pressing the plate-shaped locking element 19 to the seat 18 under the action of the tension force of the spring 22, applied to the valve stem 21. It should be noted that the gas pressure acting from the side of the gas pipeline 3 creates an additional force of pressing the disk-shaped shut-off element 19 to the seat 18 of the metering valve 6. Thus, the proposed device practically does not need to use an additional safety valve in the system and completely eliminates gas leakage when the valve is idle engine.

При работе двигателя давление во внутренней полости регулятора понижается, что вызывает прогиб мембраны 24, величина которого соответствует разности давлений, действующих на внешнюю и внутреннюю стороны мембраны 24, и ее упругости, и толкатель 25, жестко соединенный с мембраной 24, переместит шток 21 из первоначального положения. При этом откроется щель между тарельчатым запорным элементом 19 и седлом 18 дозирующего клапана 6, газ через открывшуюся щель поступит во внутреннюю полость корпуса 16 регулятора 5, причем чем больше разница давлений, тем больше пропускное сечение дозирующего клапана 6 и тем большее количество газа поступит во внутреннюю полость корпуса 16 регулятора 5. Требуемое количество воздуха для приготовления газовоздушной топливной смеси оптимального состава подается через регулируемый штуцер 7 подачи воздуха и/или картерных газов, снабженный регулировочным элементом 23. Количество подаваемого в регулятор газа автоматически регулируется разрежением во впускном коллекторе 12 двигателя. Для каждого конкретного режима двигателя устанавливает динамическое равновесие между забранным количеством газовоздушной смеси и поступающим количеством газа и воздуха. Предлагаемая конструкция регулятора системы питания, кроме обеспечения гладкой регулировочной характеристики в широком диапазоне расхода топлива в автоматическом режиме, обладает малой инерцией, что положительно сказывается на динамических свойствах двигателя. When the engine is running, the pressure in the internal cavity of the regulator decreases, which causes deflection of the membrane 24, the value of which corresponds to the difference in pressure acting on the external and internal sides of the membrane 24, and its elasticity, and the plunger 25, rigidly connected to the membrane 24, will move the rod 21 from the original provisions. This will open the gap between the poppet locking element 19 and the seat 18 of the metering valve 6, gas through the opened slot will enter the internal cavity of the housing 16 of the regulator 5, and the greater the pressure difference, the greater the flow cross section of the metering valve 6 and the greater the amount of gas will enter the internal the cavity of the housing 16 of the regulator 5. The required amount of air for the preparation of the gas-air fuel mixture of the optimal composition is supplied through an adjustable fitting 7 for supplying air and / or crankcase gases, equipped with a regulator leveling element 23. The amount of gas supplied to the regulator is automatically controlled by vacuum in the intake manifold 12 of the engine. For each specific engine mode, it establishes a dynamic equilibrium between the withdrawn amount of the gas-air mixture and the incoming amount of gas and air. The proposed design of the power system regulator, in addition to providing a smooth adjusting characteristic in a wide range of fuel consumption in automatic mode, has low inertia, which positively affects the dynamic properties of the engine.

Кроме того, изобретение обеспечивает по сравнению с известными системами снижение расхода жидкого и газового топлива и токсичности выхлопных газов за счет поддержания оптимального состава рабочей смеси на всех режимах работы двигателя, обладает повышенной безопасностью эксплуатации, так как не требует принятия дополнительных мер по перекрытию подачи газа при остановке двигателя, и обеспечивает высокие динамические свойства двигателя. In addition, the invention provides, in comparison with known systems, a reduction in the consumption of liquid and gas fuels and toxicity of exhaust gases by maintaining an optimal composition of the working mixture at all engine operating modes, and has enhanced operational safety, since it does not require additional measures to shut off the gas supply during engine shutdown, and provides high dynamic properties of the engine.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность системы питания двигателя внутреннего сгорания за счет обеспечения полной герметичности, отсутствия сложных механических элементов конструкции и обеспечивает гладкую регулировочную характеристику в широком интервале рабочих режимов двигателя за счет обеспечения пропорциональности между разрежением во впускном коллекторе и количеством поступающего газа и воздуха. (56) 1. Патент СССР N 1607692, кл. F 02 M 21/02, опублик. 1989. Thus, the invention improves the reliability of the power supply system of the internal combustion engine by ensuring complete tightness, the absence of complex mechanical structural elements and provides a smooth adjustment characteristic in a wide range of engine operating modes by ensuring proportionality between the vacuum in the intake manifold and the amount of incoming gas and air. (56) 1. USSR patent N 1607692, cl. F 02 M 21/02, published. 1989.

2. Авторское свидетельство СССР N 1617177, кл. F 02 M 21/04, 1989. 2. USSR author's certificate N 1617177, cl. F 02 M 21/04, 1989.

Claims

INTERNAL COMBUSTION ENGINE POWER SYSTEM, comprising a liquid fuel supply circuit to a carburetor and a gas fuel supply circuit having a gas tank, a reducer, a gas pipeline with a shut-off valve, and an automatic feed regulator controlled by vacuum in the intake manifold, the regulator body having a gas supply fitting and fittings with channels connected respectively with the air filter and with the spool shaper of rarefaction, and the chamber of the regulator body is divided by a membrane into cavities, one of which is connected on with the atmosphere, and in another there is a metering valve with a seat and a spring-loaded poppet locking element mounted on the stem, characterized in that, in order to increase reliability and improve the control characteristics, the system is equipped with needle-shaped adjusting elements installed in the channels of the fittings, the stem is equipped with a pusher mounted on the membrane, one end of the spring is connected to the rod, and the other to the regulator body, the metering valve seat is installed on the side of the gas supply fitting and is made with a hole A rod passageway, and a saddle seat surface is conical.