RU2745692C1

RU2745692C1 - Fuel supply system for an internal combustion engine

Info

Publication number: RU2745692C1
Application number: RU2020123248A
Authority: RU
Inventors: Виктор Евгеньевич Щерба; Александр Павлович Болштянский; Евгений Алексеевич Лысенко
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2021-03-30

Abstract

FIELD: engine manufacturing.

SUBSTANCE: invention relates to engine manufacturing, in particular to systems for supplying fuel to an internal combustion engine at low ambient temperatures, and can be used in gasoline and diesel internal combustion engines. The fuel supply system includes a low pressure fuel pump connected to the inlet of the starting injector, the outlet of the injector and the inlet pipeline. A working chamber of a positive displacement compressor of a piston or rotary type is installed between the outlet of the starting nozzle and this pipeline. The injector turns on at a low engine temperature, injects fuel into the compressor working chamber, where the fuel evaporates and, together with compressed air, enters the intake manifold.

EFFECT: invention makes engine manufacturing more effective.

9 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в условиях низких температур окружающей среды.The invention relates to engine building, in particular to systems for supplying fuel to an internal combustion engine at low ambient temperatures.

Известны системы подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащие бак с топливом, соединенный через всасывающую магистраль с насосом низкого давления, нагнетательная магистраль которого подключена к устройству для создания топливовоздушной смеси в виде топливных форсунок или карбюратора (см., например, кн. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. - М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2001. - 384 с., стр. 228, фиг. 7.14 и кн. А.П. Болштянский, Ю.А. Зензин, В.Е. Щерба. Основы конструкции автомобиля. М.: «Легион-Автодата», 2005. - 312 с., страницы 64-65, рисунки 16.1 и 17.1).Known systems for supplying fuel to an internal combustion engine, containing a tank with fuel, connected through a suction line with a low pressure pump, the discharge line of which is connected to a device for creating a fuel-air mixture in the form of fuel injectors or a carburetor (see, for example, book S. Akimov. V., Chizhkov Yu.P. Electrical equipment of automobiles. - Moscow: ZAO KZhI "Za rulem", 2001. - 384 p., P. 228, fig. 7.14 and prince A.P. Bolshtyansky, Yu.A. Zenzin , VE Shcherba. Fundamentals of car design. M .: "Legion-Avtodata", 2005. - 312 p., Pages 64-65, figures 16.1 and 17.1).

Известна также система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая бак с топливом, соединенный через всасывающую магистраль с насосом низкого давления, нагнетательная магистраль которого подключена к устройству для создания добавочной топливовоздушной смеси в виде пусковой форсунки, причем последняя имеет впускное и выпускное отверстия (см. кн. А.П. Болштянский, Ю.А. Зензин, В.Е. Щерба. Основы конструкции автомобиля. М.: «Легион-Автодата», 2005. - 312 с., страницы 89, 94, 101, 102, рисунки 21.7, 21.12, 23.1, 23.2).It is also known a system for supplying fuel to an internal combustion engine, containing a tank with fuel, connected through a suction line to a low pressure pump, the discharge line of which is connected to a device for creating an additional fuel-air mixture in the form of a starting nozzle, the latter having an inlet and outlet (see. Prince A.P. Bolshtyansky, Yu.A. Zenzin, V.E. Shcherba. Fundamentals of car design. M .: "Legion-Avtodata", 2005. - 312 p., pages 89, 94, 101, 102, figures 21.7, 21.12, 23.1, 23.2).

Известна также система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая бак с топливом, соединенный через всасывающую магистраль с топливным насосом низкого давления, нагнетательная линия которого подключена к устройству для создания добавочной топливовоздушной смеси, содержащему пусковую форсунку, выпускное отверстие которой соединено с впускным трубопроводом двигателя, и содержащая устройство для испарения и смешивания топлива с воздухом (см. патент РФ № 2295057 «Система впрыска топлива», МПК F02M 53/00, опубл. 10.03.2007 в Б.И. № 7).It is also known a system for supplying fuel to an internal combustion engine, containing a tank with fuel, connected through a suction line to a low-pressure fuel pump, the discharge line of which is connected to a device for creating an additional fuel-air mixture containing a starting nozzle, the outlet of which is connected to the intake manifold of the engine, and containing a device for evaporation and mixing of fuel with air (see RF patent No. 2295057 "Fuel injection system", IPC F02M 53/00, publ. 10.03.2007 in BI No. 7).

Недостатком перечисленных систем является низкое содержание паров топлива, поступающих во впускной трубопровод в процессе пуска ДВС при низких температурах (ниже минус 30-35 градусов Цельсия) окружающей среды, в связи с чем пуск ДВС при этих температурах становится затрудненным или вообще невозможным.The disadvantage of these systems is the low content of fuel vapors entering the intake manifold during starting the internal combustion engine at low temperatures (below minus 30-35 degrees Celsius) of the environment, and therefore starting the internal combustion engine at these temperatures becomes difficult or even impossible.

Технической задачей изобретения является обеспечение более надежного пуска ДВС при низкой температуре окружающей среды.The technical problem of the invention is to provide more reliable starting of the internal combustion engine at low ambient temperatures.

Указанная задача решается тем, что в известных системах подачи топлива устройство для создания добавочной топливовоздушной смеси выполнено в виде рабочей камеры компрессора объемного действия, рабочая камера которого размещена между выпускным отверстием пусковой форсунки и впускным трубопроводом. Рабочая камера компрессора может быть выполнена в виде цилиндра с поршнем, соединенным с механизмом привода, размещенным в картере компрессора и соединенным с электродвигателем, имеющим статор и ротор, и эта камера содержит всасывающие и нагнетательные клапаны, причем нагнетательный клапан соединен с впускным трубопроводом, всасывающий клапан соединен с атмосферой, а выпускное отверстие форсунки соединено с рабочей камерой в зоне между нижней и верхней мертвыми точками траектории движения поршня вдоль его оси. Всасывающий клапан компрессора может быть установлен в поршне и соединен с атмосферой через картер и зазоры между статором и ротором электродвигателя. Запорный орган нагнетательного клапана может иметь имеет элемент, выполненный, например, в виде стержня, выступающего в рабочую камеру компрессора. Всасывающий клапан компрессора может быть установлен в поршне и соединен с атмосферой через картер компрессора и зазоры между статором и ротором электродвигателя. Статор и или ротор электродвигателя могут быть сделаны из нешихтованной конструкционной стали, а обмотки статора и или ротора могут быть изготовлены с минимально возможным электрическим сопротивлением. Цилиндр компрессора может содержать гильзу и или клапанную плиту из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например, изготовленную из конструкционной керамики. На плоскости поршня, обращенной в сторону клапанной плиты, может быть закреплена пластина, изготовленная из материала с низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита или конструкционной керамики.This problem is solved by the fact that in the known fuel supply systems the device for creating an additional fuel-air mixture is made in the form of a working chamber of a positive displacement compressor, the working chamber of which is located between the outlet of the starting nozzle and the inlet pipeline. The working chamber of the compressor can be made in the form of a cylinder with a piston connected to a drive mechanism located in the compressor crankcase and connected to an electric motor having a stator and a rotor, and this chamber contains suction and discharge valves, and the discharge valve is connected to the inlet pipeline, the suction valve connected to the atmosphere, and the outlet of the nozzle is connected to the working chamber in the area between the lower and upper dead points of the trajectory of the piston along its axis. The compressor suction valve can be installed in the piston and connected to the atmosphere through the crankcase and the clearances between the stator and the rotor of the electric motor. The shut-off element of the discharge valve may have an element made, for example, in the form of a rod, protruding into the working chamber of the compressor. The compressor suction valve can be installed in the piston and connected to the atmosphere through the compressor crankcase and the clearances between the stator and the rotor of the electric motor. The stator and or rotor of the electric motor can be made of uncoated structural steel, and the stator and or rotor windings can be made with the lowest possible electrical resistance. The compressor cylinder may include a liner and or valve plate made of a material with a low thermal conductivity, for example, made of structural ceramics. On the plane of the piston facing the valve plate, a plate made of a material with low thermal conductivity, for example, fiberglass or structural ceramics, can be fixed.

Поршень может быть выполнен дифференциальным с образованием жидкостной насосной полости, соединенной с выпускным отверстием форсунки и рабочей камерой с помощью канала и сопла, направленного в сторону рабочей камеры The piston can be made differential with the formation of a liquid pumping cavity connected to the outlet of the nozzle and the working chamber by means of a channel and a nozzle directed towards the working chamber

Рабочая камера компрессора может быть выполнена в виде цилиндра с размещенным в нем эксцентрично ротором с высотой, равной высоте цилиндра, имеющим расположенные по наружной поверхности пазы с вложенными в них пластинами, ширина которых равна высоте цилиндра, соединенного с всасывающим и нагнетательным окном, причем выпускное отверстие пусковой форсунки размещено в зоне всасывающего окна, а нагнетательное окно соединено с впускным трубопроводом двигателя.The working chamber of the compressor can be made in the form of a cylinder with an eccentrically placed rotor with a height equal to the height of the cylinder, having grooves located on the outer surface with plates embedded in them, the width of which is equal to the height of the cylinder connected to the suction and discharge windows, and the outlet the starting nozzle is located in the area of the suction port, and the discharge port is connected to the intake manifold of the engine.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 – 7 показана система подачи топлива в двигатель со впрыском бензина и электронной системой управления, на фиг. 8 и 9 – карбюраторного двигателя, на фиг. 10 – ДВС, работающего по циклу Дизеля, на фиг. 11 и 12 показано пусковое устройство с компрессором роторного типа.FIG. 1 to 7 show a fuel supply system for an engine with petrol injection and an electronic control system, FIG. 8 and 9 - carburetor engine, Fig. 10 - an internal combustion engine operating on a Diesel cycle, FIG. 11 and 12 show a starter with a rotary compressor.

На фиг.1 изображена полная схема системы впрыска топлива, на фиг.2 - увеличенный фрагмент системы в зоне пусковой форсунки, на фиг.3 и 4 - устройство для испарения и смешивания топлива с воздухом в виде поршневого компрессора с пусковой форсункой, на фиг. 5 и 6 – соответственно фрагменты цилиндра устройства с поршнем и пусковой форсункой в процессе сжатия и нагнетания смеси воздуха и паров топлива во впускной трубопровод двигателя, на фиг. 7 – устройство для испарения и смешивания топлива с воздухом, содержащее дифференциальный поршень.Figure 1 shows a complete diagram of the fuel injection system, figure 2 - an enlarged fragment of the system in the area of the starting nozzle, figures 3 and 4 - a device for evaporating and mixing fuel with air in the form of a piston compressor with a starting nozzle; 5 and 6 - respectively, fragments of the cylinder of the device with a piston and a starting nozzle in the process of compression and injection of a mixture of air and fuel vapors into the intake manifold of the engine, FIG. 7 - a device for evaporation and mixing of fuel with air, containing a differential piston.

Система впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) состоит из топливного бака 1, соединенного с топливным насосом низкого давления 2, который подает топливо в фильтр тонкой очистки 3. The fuel injection system for the internal combustion engine (Fig. 1) consists of a fuel tank 1 connected to a low pressure fuel pump 2, which supplies fuel to a fine filter 3.

Регулятор давления топлива 4 сбрасывает излишки давления топлива обратно в бак 1, поддерживая постоянным давление топлива, подаваемого по нагнетательной линии 5 на вход пусковой форсунки 6 с электромагнитным приводом и на вход топливных электромагнитных рабочих форсунок 7, впрыскивающих топливо в цилиндры 8 двигателя, на которых установлен общий датчик температуры охлаждающей жидкости 9. The fuel pressure regulator 4 dumps excess fuel pressure back into the tank 1, maintaining a constant pressure of the fuel supplied through the injection line 5 to the input of the starting injector 6 with an electromagnetic drive and to the input of the electromagnetic fuel injectors 7 that inject fuel into the cylinders 8 of the engine on which it is installed common coolant temperature sensor 9.

Электронный блок управления (ЭБУ) 10 с блоком реле 11 служат для выработки и передачи команд в виде электрических импульсов на все управляемые элементы системы. Electronic control unit (ECU) 10 with relay unit 11 are used to generate and transmit commands in the form of electrical impulses to all controlled elements of the system.

Датчик 12 служит для определения положения и частоты вращения коленчатого вала и сообщает эту информацию по линии электрической связи в ЭБУ 10. The sensor 12 serves to determine the position and speed of the crankshaft and reports this information via the electrical communication line to the ECU 10.

Датчики 13 (выключатель), 14 (высотный корректор) и 15 (расходомер) служат соответственно для определения эффективного проходного сечения впускного тракта 16, давления окружающей среды (атмосферного давления) и расхода воздуха через впускной тракт 16. Sensors 13 (switch), 14 (altitude corrector) and 15 (flow meter) serve, respectively, to determine the effective flow area of the intake tract 16, the ambient pressure (atmospheric pressure) and the air flow through the intake tract 16.

Термореле 17 представляет собой датчик температуры, измеряющий температуру охлаждающей жидкости, циркулирующей в полостях цилиндров 8, и электрическое реле, соединяющее при низкой температуре охлаждающей жидкости электрическое питание через блок реле 11 с пусковой форсункой 6. The thermostat 17 is a temperature sensor that measures the temperature of the coolant circulating in the cylinder chambers 8, and an electrical relay that connects, at low coolant temperature, electrical power through the relay unit 11 to the starting injector 6.

Винт качества (состава) смеси на холостом ходу 18, клапан добавочного воздуха 19 и винт 20 количества смеси на холостом ходу служат для регулировки работы двигателя на холостом ходу. The screw of the quality (composition) of the mixture at idle speed 18, the additional air valve 19 and the screw 20 of the amount of the mixture at idle speed serve to adjust the engine idling.

Выключатель зажигания 21 (показан в крайнем правом положении «выключено») соединяет в положении «включено» (среднее положение) источник электроэнергии (обозначен знаком «+») с блоком реле 11 и непосредственно с термореле 17 в положении «старт» (крайнее левое положение). The ignition switch 21 (shown in the rightmost "off" position) connects in the "on" position (middle position) the power source (indicated by the "+" sign) with the relay unit 11 and directly from the thermostat 17 in the "start" position (the leftmost position ).

Канал 22 служит для подвода разрежения из впускного тракта 16 к регулятору давления топлива 4. Дроссельная заслонка 23 кинематически связана с датчиком 13 и служит для изменения проходного сечения впускного тракта 16, приводится в движение от педали акселератора (не показана). Channel 22 serves to supply vacuum from the intake tract 16 to the fuel pressure regulator 4. The throttle valve 23 is kinematically connected to the sensor 13 and serves to change the flow area of the intake tract 16, is driven from the accelerator pedal (not shown).

Впускной коллектор 24 соединяет впускной тракт 16 с полостью цилиндра 8, в котором совершает возвратно-поступательное перемещение поршень 25. Клапан 26 служит для впуска рабочей смеси в цилиндр 8, выпускной клапан условно не показан.The intake manifold 24 connects the intake tract 16 with the cavity of the cylinder 8, in which the piston 25 reciprocates. The valve 26 serves to inject the working mixture into the cylinder 8, the exhaust valve is not conventionally shown.

На пусковой форсунке 6 (фиг. 2) установлен поршневой компрессор 27 с электродвигателем 28, подключенным вместе с форсункой 6 параллельно термореле 17, измеряющего температуру жидкости 29 в рубашке охлаждения двигателя. On the starting nozzle 6 (Fig. 2) a piston compressor 27 is installed with an electric motor 28 connected together with the nozzle 6 in parallel with the thermostat 17, which measures the temperature of the liquid 29 in the engine cooling jacket.

Более подробно пусковая форсунка 6 и компрессор 27 изображены на фиг. 3. Форсунка содержит запорную иглу 30, прижатую пружиной 31 к седлу 32, соединенному с выпускным отверстием 33 и далее с впускным коллектором 24. Управление положением запорной иглы 30 осуществляется электрической обмоткой 34, подключенной через термореле 17 к ЭБУ 10 (см. фиг. 2 и 1). Впускное отверстие 35 форсунки через канал 36 в корпусе 37 соединено с каналом 5 нагнетания топлива (см. фиг. 1 и 2).The starting nozzle 6 and compressor 27 are shown in more detail in FIG. 3. The nozzle contains a shut-off needle 30, pressed by a spring 31 to a seat 32 connected to the outlet 33 and then to the intake manifold 24. The position of the shut-off needle 30 is controlled by an electrical winding 34 connected through a thermostat 17 to the ECU 10 (see Fig. 2 and 1). The inlet opening 35 of the nozzle is connected through the channel 36 in the housing 37 to the fuel injection channel 5 (see Figs. 1 and 2).

Между выпускным отверстием 33 пусковой форсунки и впускным трубопроводом 24 размещена рабочая камера 38 компрессора 27, выполненная в виде цилиндра 39 с поршнем 40, соединенным с механизмом привода, состоящим из шатуна 41 с кривошипом 42, размещенным в картере 43 компрессора и соединенным с асинхронным электродвигателем 44, имеющим статор 45 с обмотками 46 и короткозамкнутый ротор 47. Рабочая камера 38 содержит всасывающий 48 и нагнетательные 49 клапаны. Нагнетательный клапан 49 соединен с впускным трубопроводом 24 через отверстие 50, ограниченное втулкой 51 из теплоизоляционного материала. Between the outlet 33 of the starting nozzle and the inlet pipeline 24, there is a working chamber 38 of the compressor 27, made in the form of a cylinder 39 with a piston 40 connected to a drive mechanism consisting of a connecting rod 41 with a crank 42, located in the crankcase 43 of the compressor and connected to an induction motor 44 having a stator 45 with windings 46 and a squirrel-cage rotor 47. Working chamber 38 contains a suction 48 and delivery 49 valves. The delivery valve 49 is connected to the inlet line 24 through an opening 50 defined by a sleeve 51 of heat-insulating material.

Статор 45 и ротор 47 электродвигателя 44 изготовлены из нешихтованной конструкционной стали, например, марки «Сталь 30», обмотки статора 46 изготовлены с минимально возможным из условия работоспособности электрическим сопротивлением.The stator 45 and the rotor 47 of the electric motor 44 are made of uncoated structural steel, for example, the “Steel 30” grade, the stator windings 46 are made with the lowest possible electrical resistance from the operating condition.

Всасывающий клапан 48 установлен в поршне 40 и соединен с атмосферой через картер 43 компрессора и зазоры между статором 45 и ротором 47 электродвигателя, для чего также служат отверстия 52 и 53. A suction valve 48 is installed in the piston 40 and is connected to the atmosphere through the compressor crankcase 43 and the clearances between the stator 45 and the rotor 47 of the electric motor, for which holes 52 and 53 also serve.

Выпускное отверстие 33 форсунки соединено с рабочей камерой 38 в зоне между нижней НМТ и верхней ВМТ мертвыми точками траектории движения поршня 40 вдоль оси цилиндра.The outlet 33 of the nozzle is connected to the working chamber 38 in the area between the lower BDC and the upper TDC by the dead points of the trajectory of the piston 40 along the axis of the cylinder.

Запорный орган нагнетательного клапана 49 имеет элемент, выполненный в виде стержня 54, выступающего в закрытом состоянии в рабочую камеру 38 компрессора.The shut-off element of the delivery valve 49 has an element made in the form of a rod 54, projecting in the closed state into the working chamber 38 of the compressor.

Цилиндр 39 компрессора содержит гильзу 55 и клапанную плиту 56, изготовленные из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например, гильза 55 изготовлена из конструкционной керамики на основе кремния, а клапанная плита 56 – из стеклотекстолита.The compressor cylinder 39 contains a liner 55 and a valve plate 56 made of a material with a low thermal conductivity, for example, the liner 55 is made of silicon-based engineering ceramics, and the valve plate 56 is made of fiberglass.

На плоскости поршня 40, обращенной в сторону клапанной плиты 56, закреплена пластина 57, изготовленная из материала с низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита или конструкционной керамики на основе кремния.On the plane of the piston 40 facing the valve plate 56, a plate 57 is fixed, made of a material with a low thermal conductivity, for example, of fiberglass or silicon-based structural ceramics.

Запорный орган нагнетательного клапана 49 поджат пружиной 58.The shut-off element of the discharge valve 49 is biased by a spring 58.

Мультивибратор 59 служит для преобразования постоянного тока в переменный. Multivibrator 59 serves to convert direct current into alternating current.

На фиг. 7 показано устройство, в котором поршень 40 выполнен дифференциальным с образованием жидкостной насосной полости 60, соединенной с выпускным отверстием 33 форсунки 6 и рабочей камерой 38 каналом 61 и соплом 62, направленным в сторону рабочей камеры 38.FIG. 7 shows a device in which the piston 40 is made differential with the formation of a liquid pumping cavity 60 connected to the outlet 33 of the nozzle 6 and the working chamber 38 by a channel 61 and a nozzle 62 directed towards the working chamber 38.

На фиг. 8 показана схема подачи топлива в бензиновый карбюраторный двигатель, состоящая из топливного бака 70 с топливным фильтром 71, подводящего топливопровода 72, мембранного топливного насоса 73, получающего движение от коленчатого вала ДВС (условно не показан), отводящего топливопровода 74, соединяющего насос 73 с карбюратором 75, имеющим воздушный фильтр 76 с входным отверстием 77 и крышкой 78, топливопровода 79, соединяющего отводящий топливопрод 74 с устройством 80 для создания добавочной топливовоздушной смеси, промежуточной вставки 81 между карбюратором 75 и фланцем 82 впускного трубопровода 24 (впускного коллектора ДВС) с отверстием 83, соединяющим отверстие 50 устройства 80 с впускным патрубком 24. Мультивибратор 59 установлен на устройстве 80. Отверстие 83 проделано в теплоизоляционной втулке 84 (см. также фиг. 9). Кнопка КН служит для временного подключения водителем устройства пуска к аккумуляторной батарее АКБ.FIG. 8 shows a diagram of the fuel supply to a gasoline carburetor engine, consisting of a fuel tank 70 with a fuel filter 71, a fuel supply line 72, a membrane fuel pump 73, receiving movement from the crankshaft of the internal combustion engine (not conventionally shown), a fuel outlet line 74 connecting the pump 73 to the carburetor 75, having an air filter 76 with an inlet 77 and a cover 78, a fuel line 79 connecting the fuel outlet line 74 with a device 80 for creating an additional fuel-air mixture, an intermediate insert 81 between the carburetor 75 and the flange 82 of the intake line 24 (intake manifold of the internal combustion engine) with an opening 83 connecting the opening 50 of the device 80 with the inlet 24. The multivibrator 59 is mounted on the device 80. The opening 83 is made in the heat insulating sleeve 84 (see also Fig. 9). KH button to temporarily connect the driver to the starter battery of the battery.

На фиг. 10 показана схема подачи топлива в двигатель 90, работающий по циклу Дизеля. FIG. 10 shows a diagram of the fuel supply to the engine 90 operating on the Diesel cycle.

Схема помимо самого ДВС 90 содержит топливный бак 91 с фильтром 92, подводящий топливопровод 93, подкачивающий топливный насос низкого давления 94, отводящего топливного шланга 95, подающего топливо в топливный насос 96 высокого давления (ТНВД), соединенный с форсунками четырехцилиндрового двигателя 97, 98, 99 и 100, и топливного шланга 101, подающего топливо под низким давлением в устройство 80, изображенное ранее на фиг. 9. Это устройство закреплено на впускном трубопроводе 24 кронштейнами 102 и соединено с ним трубкой 103. В начале трубопровода 24 установлен воздушный фильтр 104. The circuit, in addition to the internal combustion engine 90 itself, contains a fuel tank 91 with a filter 92, a fuel supply line 93, a low pressure fuel pump 94, a fuel outlet hose 95 that supplies fuel to a high pressure fuel pump 96 (high pressure fuel pump), connected to the injectors of a four-cylinder engine 97, 98, 99 and 100, and a fuel hose 101 supplying low pressure fuel to the device 80 previously depicted in FIGS. 9. This device is fixed to the inlet pipeline 24 by brackets 102 and connected to it by a pipe 103. An air filter 104 is installed at the beginning of the pipeline 24.

На фиг. 11 и 12 показано пусковое устройство, камера компрессора которого выполнена в виде цилиндра 105 с размещенным в нем эксцентрично ротором 106 с высотой, равной высоте цилиндра 105, имеющим расположенные по наружной поверхности пазы 107 с вложенными в них пластинами 108, ширина которых равна высоте цилиндра 105. Цилиндр 105 соединен с всасывающим 109 и нагнетательным 110 окном, выпускное отверстие 33 пусковой форсунки размещено в зоне всасывающего окна 109 с использованием отверстия 111, а нагнетательное окно 110 соединено через отверстие 83 с впускным трубопроводом 24 двигателя. Выточка 112 в цилиндре 105 соединяет цилиндр с нагнетательным окном 110. Между наружной поверхностью ротора 106 и внутренней поверхностью цилиндра 105 образована серповидная рабочая полость 113, разбитая пластинами108 на отдельные объемы переменной величины.FIG. 11 and 12 show a starting device, the compressor chamber of which is made in the form of a cylinder 105 with an eccentrically placed rotor 106 with a height equal to the height of the cylinder 105, having grooves 107 located on the outer surface with plates 108 embedded in them, the width of which is equal to the height of the cylinder 105 The cylinder 105 is connected to the suction 109 and the delivery 110 ports, the outlet 33 of the starting nozzle is located in the region of the suction port 109 using the port 111, and the delivery port 110 is connected through the port 83 to the engine intake manifold 24. The recess 112 in the cylinder 105 connects the cylinder to the discharge port 110. Between the outer surface of the rotor 106 and the inner surface of the cylinder 105, a crescent-shaped working cavity 113 is formed, divided by plates 108 into separate volumes of variable size.

Система впрыска топлива работает следующим образом (фиг. 1). При работающем двигателе топливо из бака 1 топливным насосом 2 через фильтр тонкой очистки 3 подается к рабочим форсункам 7 и впрыскивается во впускной патрубок 24 в зоне впускного клапана 26. Далее топливо смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая сгорает в цилиндре 8 после сжатия поршнем 25. Количество поступающего в патрубок воздуха регулируется водителем с помощью дроссельной заслонки 23 и контролируется датчиком 15. Количество впрыскиваемого топлива регулируется временем открытого и закрытого состояния электромагнитных рабочих форсунок 7, которое оптимизируется ЭБУ 10, получающим информацию от датчика (выключателя) 13 положения дроссельной заслонки 23, датчика 14 (высотного корректора), контролирующего величину атмосферного давления, датчика-распределителя зажигания 12, следящего за положением и частотой вращения коленчатого вала, датчика 15 (расходомера) и датчика 9 температуры охлаждающей жидкости. Включение и выключение (открытие и закрытие) электромагнитных рабочих форсунок 7 осуществляется блоком реле 11 по командам ЭБУ 10.The fuel injection system works as follows (Fig. 1). When the engine is running, fuel from the tank 1 by the fuel pump 2 through the fine filter 3 is supplied to the working injectors 7 and is injected into the intake manifold 24 in the area of the intake valve 26. Further, the fuel is mixed with air, forming a combustible mixture, which burns in the cylinder 8 after compression by the piston 25. The amount of air entering the pipe is regulated by the driver using the throttle valve 23 and controlled by the sensor 15. The amount of injected fuel is regulated by the time of the open and closed state of the electromagnetic working injectors 7, which is optimized by the ECU 10, which receives information from the sensor (switch) 13 of the throttle position 23 , sensor 14 (altitude corrector), which controls the value of atmospheric pressure, ignition distributor sensor 12, which monitors the position and speed of the crankshaft, sensor 15 (flow meter) and coolant temperature sensor 9. The switching on and off (opening and closing) of the electromagnetic working injectors 7 is carried out by the relay unit 11 according to the commands of the ECU 10.

При пуске холодного двигателя выключатель зажигания 21 находится в крайнем левом (по чертежу) положении (при этом двигатель вращается стартером, который на чертеже не показан), температура охлаждающей жидкости 29 (фиг. 2) низкая, и термореле 17 по команде ЭБУ 10 через блок реле 11 подключает пусковую форсунку 6, которая при этом открывается, т.е. магнитное поле, создаваемое обмоткой 34 (фиг. 4), сдвигает запорную иглу 30 влево от седла 32, и топливо начинает впрыскиваться через отверстие 33 в рабочую полость 38.When starting a cold engine, the ignition switch 21 is in the extreme left (according to the drawing) position (while the engine rotates with a starter, which is not shown in the drawing), the temperature of the coolant 29 (Fig. 2) is low, and the thermal relay 17 is commanded by the ECU 10 through the block relay 11 connects the starting nozzle 6, which opens at the same time, i.e. the magnetic field created by the winding 34 (Fig. 4) moves the shut-off needle 30 to the left of the seat 32, and the fuel begins to be injected through the hole 33 into the working cavity 38.

При включении пусковой форсунки 6 (см. также фиг. 2) одновременно включается электродвигатель 44 и приводит во вращение кривошип 42, в результате чего поршень 40 начинает совершать возвратно-поступательное движение, что приводит к изменению объема полости 38. При движении поршня 40 вниз объем этой полости сокращается, и происходит сжатие в ней воздуха вместе с каплями впрыснутого топлива. При сжатии воздуха его температура повышается, что приводит к испарению капель топлива и превращению их в пар. When the starting nozzle 6 is turned on (see also Fig. 2), the electric motor 44 is simultaneously turned on and rotates the crank 42, as a result of which the piston 40 begins to reciprocate, which leads to a change in the volume of the cavity 38. When the piston 40 moves down the volume this cavity contracts, and air is compressed in it together with the droplets of injected fuel. When the air is compressed, its temperature rises, which leads to the evaporation of fuel droplets and their transformation into steam.

Сжатие воздуха продолжается до тех пор, пока поршень не приблизится к положению ВМТ и не нажмет на стержень 54, в результате чего пружина 58 сжимается, и клапан 49 открывается, пропуская горячую смесь паров топлива и воздуха в коллектор 24. Compression of the air continues until the piston approaches the TDC position and pushes the rod 54, as a result of which the spring 58 is compressed and the valve 49 opens, allowing the hot mixture of fuel vapor and air to flow into the manifold 24.

В коллекторе 24 горячие пары топлива смешиваются с холодным всасываемым в ДВС воздухом и частично конденсируются в мельчайшие капли топлива, а частично остаются в виде пара, после чего через открытый клапан 26 попадают в цилиндр 8 ДВС. In the manifold 24, hot fuel vapors are mixed with cold air sucked into the internal combustion engine and partially condensed into tiny droplets of fuel, and partially remain in the form of steam, after which they enter the cylinder 8 of the internal combustion engine through the open valve 26.

Таким образом, в процессе сжатия топливовоздушной смеси в цилиндре 8 оказывается практически не испарившееся из-за очень низкой температуры топливо, впрыснутое в виде крупных капель через топливную форсунку 7, и поступившие через отверстие 51 пары топлива вместе с мельчайшими сконденсировавшимися каплями топлива, которые успешно испаряются в процессе сжатия в цилиндре 8 благодаря своей маленьком массе. Наличие готовых к успешному воспламенению паров топлива в цилиндре 8 чрезвычайно способствуют успешному пуску ДВС.Thus, in the process of compression of the air-fuel mixture in the cylinder 8 there is practically no fuel vaporized due to the very low temperature, injected in the form of large droplets through the fuel injector 7, and fuel vapor entering through the opening 51 together with the smallest condensed fuel droplets, which successfully evaporate during compression in cylinder 8 due to its low weight. The presence of fuel vapors in cylinder 8, ready for successful ignition, greatly contributes to the successful start of the internal combustion engine.

Усилие пружины 58 подбирается таким образом, что клапан 49 остается закрытым в течение всего хода сжатия воздуха в камере 38. Это позволяет однозначно лимитировать степень сжатия воздуха в камере 38 в пределах, не позволяющих воздуху нагреться до температуры вспышки паров топлива с одной стороны, и в то же время создать температуру, при которой происходит максимально возможное испарение капель топлива. Кроме того, таким образом исключается влияние сил инерции, препятствующих своевременному открытию и закрытию клапана, которое происходит в начале движения поршня 40 назад от положения ВМТ к положению НМТ. The force of the spring 58 is selected in such a way that the valve 49 remains closed during the entire compression stroke of the air in the chamber 38. This makes it possible to unambiguously limit the compression ratio of the air in the chamber 38 within the limits that do not allow the air to heat up to the flash point of the fuel vapor on one side, and in at the same time, create a temperature at which the maximum possible evaporation of fuel droplets occurs. In addition, this eliminates the influence of inertial forces that impede the timely opening and closing of the valve, which occurs at the beginning of the movement of the piston 40 backward from the TDC position to the BDC position.

Несмотря на то, что всасываемый воздух и детали пускового устройства имеют очень низкую температуру окружающей среды, при которой производится пуск ДВС, получению достаточной для активного испарения топлива высокой температуры сжимаемого в цилиндре 38 воздуха способствует тот факт, что гильза 55 цилиндра, плита 56 поршня 40 и клапанная плита 57 изготовлены из нетеплопроводного материала, и теплоотдача от воздуха в процессе его сжатия и нагнетания к окружающим его стенкам минимальна.Despite the fact that the intake air and parts of the starting device have a very low ambient temperature at which the internal combustion engine is started, the fact that the cylinder liner 55, the plate 56 of the piston 40 and the valve plate 57 are made of a non-thermally conductive material, and the heat transfer from the air as it is compressed and forced to the surrounding walls is minimal.

В процессе сжатия и нагнетания, когда поршень 40 движется от НМТ к ВМТ, объем картера 43 увеличивается, давление в нем падает, и холодный атмосферный воздух поступает в него через отверстия 53, зазор между статором 45 и ротором 47 и отверстие 52. In the process of compression and injection, when the piston 40 moves from BDC to TDC, the volume of the crankcase 43 increases, the pressure in it drops, and cold atmospheric air enters it through holes 53, the gap between the stator 45 and the rotor 47 and the hole 52.

В связи с тем, что статор и ротор изготовлены из сплошного металла, при прохождении переменного тока через обмотки 46 статора 45 и обмотки ротора 47, возникающие в металле индукционные вихревые тока велики, статор и ротор из-за этого при работе электродвигателя 44 быстро нагреваются. Этому же способствует тот факт, что обмотки 46 имеют низкое электрическое сопротивление, протекающий через них ток велик, и они так же быстро нагреваются. Due to the fact that the stator and the rotor are made of solid metal, when the alternating current passes through the windings 46 of the stator 45 and the winding of the rotor 47, the induction eddy currents arising in the metal are large, the stator and rotor because of this, during the operation of the electric motor 44, they quickly heat up. This is facilitated by the fact that the windings 46 have a low electrical resistance, the current flowing through them is large, and they heat up just as quickly.

Пуск ДВС при очень низкой температуре, как правило, продолжается до 10-ти - 15-ти секунд, и за это время температура статора и ротора к концу процесса пуска может достигать 100-120-ти градусов Цельсия, в связи с чем в конце пуска происходит заметный первичный подогрев воздуха, поступающего в увеличивающийся объем картера 43 из атмосферы. При движении поршня 40 вверх подогретый в картере воздух через клапан 48 поступает в увеличивающуюся камеру 38 через клапан 48. Это обстоятельство увеличивает вероятность пуска ДВС.Starting an internal combustion engine at a very low temperature, as a rule, lasts up to 10-15 seconds, and during this time the temperature of the stator and rotor by the end of the starting process can reach 100-120 degrees Celsius, and therefore at the end of the start there is a noticeable primary heating of the air entering the increasing volume of the crankcase 43 from the atmosphere. When the piston 40 moves up, the air heated in the crankcase through the valve 48 enters the expanding chamber 38 through the valve 48. This circumstance increases the likelihood of starting the internal combustion engine.

В том случае, если первый пуск ДВС оказался неудачным, второй пуск производят через 30-40 секунд, давая возможность аккумулятору автомобиля восстановить свои свойства. При этом следующий пуск производится при прохождении атмосферного воздуха через зазоры уже полностью прогретого электродвигателя 44, что способствует лучшему подогреву всасываемого в камеру 38 воздуха и успеху пуска ДВС.In the event that the first start of the internal combustion engine was unsuccessful, the second start is made after 30-40 seconds, allowing the car battery to restore its properties. In this case, the next start is carried out when atmospheric air passes through the gaps of the already fully heated electric motor 44, which contributes to better heating of the air sucked into the chamber 38 and the success of the ICE start-up.

В изображенном на фиг. 7 устройстве в режиме пуска ДВС топливо из форсунки 6 попадает сначала в полость 60, где при ходе поршня 40 вниз дожимается до высокого давления (до 50-ти – 70-ти бар и выше) и впрыскивается через сопло 62 в камеру 38 уже в виде мелкодисперсных капель, что способствует его более полному испарению. Кроме того, наличие промежуточной полости 60, имеющей определенный объем, позволяет лимитировать количество топлива, подаваемого в полость 38 и создавать оптимальное количество добавочного топлива, подаваемого в цилиндр 8 ДВС в процессе пуска. В таком варианте конструкции форсунка 6 начинает выполнять функцию обычного электромагнитного клапана.In the embodiment shown in FIG. 7 device in the ICE starting mode, the fuel from the nozzle 6 first enters the cavity 60, where, during the downward stroke of the piston 40, it is compressed to high pressure (up to 50 - 70 bar and higher) and is injected through the nozzle 62 into the chamber 38 already in the form finely dispersed droplets, which contributes to its more complete evaporation. In addition, the presence of the intermediate cavity 60, which has a certain volume, allows you to limit the amount of fuel supplied to the cavity 38 and create an optimal amount of additional fuel supplied to the cylinder 8 of the internal combustion engine during start-up. In this embodiment, the injector 6 begins to function as a conventional solenoid valve.

После успешного пуска ДВС добавочное топливо продолжает поступать до тех пор, пока двигатель не прогреется, и термореле 17 не отключит питание от форсунки 6 и электродвигателя 44.After a successful start of the internal combustion engine, additional fuel continues to flow until the engine warms up and the thermostat 17 disconnects the power from the injector 6 and the electric motor 44.

На фиг. 8 и 9 показана схема устройства для пуска карбюраторного ДВС, не снабженного электронной системой управления двигателем. Между фланцем 82 впускного трубопровода 24 и карбюратором 75 имеется вставка 81, на которой и закреплено устройство 80, связанное с первичной камерой карбюратора отверстием 83. При пуске двигателя начинает работать штатный топливный насос 73, который подает бензин в карбюратор и в устройство 80. Одновременно с включением стартера водитель нажимает на кнопку КН, вводя в работу устройство 80, которое изображено на фиг. 9 и ничем не отличается от устройства, изображенного на фиг. 3 и 4. После успешного пуска двигателя водитель еще некоторое время удерживает кнопку КН в нажатом состоянии, пока не поймет, что двигатель работает устойчиво. Это, например, станет ясно, когда стрелка прибора, показывающего температуру охлаждающей жидкости, сдвинется с нулевой отметки, показывая, что ДВС прогрелся до плюсовой температуры.FIG. 8 and 9 show a diagram of a device for starting a carburetor ICE, which is not equipped with an electronic engine control system. Between the flange 82 of the intake pipe 24 and the carburetor 75 there is an insert 81, on which a device 80 is fixed, connected to the primary chamber of the carburetor by a hole 83. When the engine is started, the standard fuel pump 73 starts working, which supplies gasoline to the carburetor and to the device 80. Simultaneously with by turning on the starter, the driver presses the button KH , putting into operation the device 80, which is shown in FIG. 9 and is no different from the device shown in FIG. 3 and 4. After a successful start of the engine, the driver keeps the KH button pressed for some time until he realizes that the engine is running stably. This, for example, will become clear when the arrow of the device showing the temperature of the coolant moves from the zero mark, showing that the internal combustion engine has warmed up to positive temperature.

Аналогично происходит и пуск дизельного ДВС (фиг. 10). При пуске двигателя начинает работать топливоподкачивающий насос низкого давления 94, который подает топливо к ТНВД 96 и в устройство 80 с ручным подключением, аналогичным изображенному на фиг. 9, которое установлено на впускном коллекторе 24.The start of a diesel internal combustion engine (Fig. 10) takes place in a similar way. When the engine is started, the low-pressure fuel pump 94 starts operating and supplies fuel to the high-pressure fuel pump 96 and to a hand-connected device 80 similar to that shown in FIG. 9, which is installed on the intake manifold 24.

На фиг. 11 и 12 показано пусковое устройство в случае его работы с карбюраторным ДВС без электронного управления. При вращении ротора 106 пластины 107 под действием центробежных сил прижимаются к зеркалу цилиндра 105, и между пластинами образуются межпластинчатые полости, которые вращаются по окружности с одновременным изменением их объема. В зоне всасывающего окна 109 межпластинчатые объем увеличивается, и происходит всасывание воздуха через это окно, затем этот объем уменьшается, происходит сжатие воздуха с его одновременным нагревом, и потом сжатый горячий воздух через выточку 112 и отверстия 110 и 83 поступает во всасывающий коллектор ДВС. FIG. 11 and 12 show the starting device in the case of its operation with a carburetor ICE without electronic control. When the rotor 106 rotates, the plates 107 under the action of centrifugal forces are pressed against the mirror of the cylinder 105, and inter-plate cavities are formed between the plates, which rotate around the circumference with a simultaneous change in their volume. In the area of the suction port 109, the inter-plate volume increases, and air is sucked through this window, then this volume decreases, the air is compressed with its simultaneous heating, and then the compressed hot air through the recess 112 and holes 110 and 83 enters the intake manifold of the internal combustion engine.

Пусковая форсунка 6 установлена в зоне всасывания, и во время пуска ДВС впрыскивает струю топлива в цилиндр 105. Эта струя, состоящая из крупных капель, разбивается быстро вращающимися пластинами 108 на более мелкие капли, которые успешно испаряются в сжатом горячем воздухе уже в зоне нагнетания, и в отверстие 83 попадает уже смесь паров топлива и горячего воздуха.The starting nozzle 6 is installed in the suction zone, and during the start-up of the internal combustion engine, it injects a jet of fuel into the cylinder 105. This jet, consisting of large droplets, is broken by rapidly rotating plates 108 into smaller droplets, which successfully evaporate in the compressed hot air already in the injection zone, and a mixture of fuel vapor and hot air enters the opening 83.

Данное устройство может также успешно работать и в системе пуска ДВС с электронным управлением. К его достоинствам следует отнести простоту механизма сжатия воздуха, хорошую уравновешенность и высокую производительность (относительно массогабаритных характеристик), к недостатку – неэкономичность сжатия воздуха до сравнительно большого давления (более 5-6 бар) из-за существенных торцевых перетечек воздуха в зоне сжатия-нагнетания.This device can also successfully work in the starting system of an internal combustion engine with electronic control. Its advantages include the simplicity of the air compression mechanism, good balance and high performance (relative to weight and size characteristics), the disadvantage is the inefficiency of air compression to a relatively high pressure (more than 5-6 bar) due to significant end flow of air in the compression-discharge zone ...

Таким образом, в предложенной конструкции в отличие от известных при пуске двигателя внутреннего сгорания при низкой температуре окружающей среды на первых же ходах поршней в цилиндрах за счет лучших условия для испарения создается большее количество паров топлива, способного к надежному воспламенению, обеспечивающему уверенный пуск двигателя. Это позволяет считать техническую задачу полностью выполненной.Thus, in the proposed design, in contrast to those known when starting an internal combustion engine at a low ambient temperature, at the very first strokes of the pistons in the cylinders, due to the better conditions for evaporation, a greater amount of fuel vapors is created, capable of reliable ignition, ensuring a confident engine start. This allows us to consider the technical task fully completed.

Claims

1. A system for supplying fuel to an internal combustion engine, comprising a tank with fuel, connected through a suction line to a low pressure fuel pump, the discharge line of which is connected to a device for creating an additional fuel-air mixture, containing a starting nozzle, the outlet of which is connected to the intake manifold of the engine, and comprising a device for evaporating and mixing fuel with air, characterized in that this device is made in the form of a positive displacement compressor, the working chamber of which is located between the outlet of the starting nozzle and the inlet pipeline.

2. The fuel supply system according to claim 1, characterized in that the working chamber of the compressor is made in the form of a cylinder with a piston connected to a drive mechanism located in the compressor crankcase and connected to an electric motor having a stator and a rotor, and contains suction and discharge valves, moreover, the discharge valve is connected to the inlet pipeline, the suction valve is connected to the atmosphere, and the nozzle outlet is connected to the working chamber in the zone between the lower and upper dead points of the piston movement path along the cylinder axis.

3. The fuel supply system according to claim 1 or 2, characterized in that the shut-off element of the injection valve has an element made, for example, in the form of a rod protruding in the closed state into the working chamber of the compressor.

4. The fuel supply system according to claim 1 or 2, characterized in that the compressor suction valve is installed in the piston and is connected to the atmosphere through the compressor crankcase and the gaps between the stator and the rotor of the electric motor.

5. The fuel supply system according to claim 4, characterized in that the stator and / or rotor of the electric motor is made of non-laminated structural steel, and the stator and / or rotor windings are made with the lowest possible electrical resistance.

6. A fuel supply system according to claim 1 or 2, characterized in that the compressor cylinder comprises a liner and / or a valve plate made of a material with a low thermal conductivity coefficient, for example, made of structural ceramics.

7. The fuel supply system according to claim 1 or 2, characterized in that a plate made of a material with low thermal conductivity, for example, fiberglass or structural ceramics, is fixed on the plane of the piston facing the valve plate.

8. The fuel supply system according to claim 1 or 2, characterized in that the piston is made differential with the formation of a liquid pumping cavity connected to the outlet of the nozzle and the working chamber by a channel and a nozzle directed towards the working chamber.

9. The fuel supply system according to claim 1, characterized in that the working chamber of the compressor is made in the form of a cylinder with an eccentrically placed rotor with a height equal to the height of the cylinder, having grooves located along the outer surface with plates inserted into them, the width of which is equal to the height cylinder connected to the suction and discharge ports, and the outlet of the starting nozzle is located in the area of the suction port, and the discharge port is connected to the inlet pipeline of the engine.