Тепловой двигатель для работы на газовом топливе

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Технический результат - повышение простыми средствами эффективности и стабильности работы двигателя на газовом топливе. Тепловой двигатель внутреннего сгорания содержит головку цилиндров с клапанами для подачи в цилиндры топливовоздушной смеси, смеситель горючего газа с воздухом, воздухораспределительную трубу, имеющую входное отверстие, расположенное в ней сбоку на расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, расположенные в загнутых опорных ножках. Напротив отверстия расположена воронка, установленная в гофрированном футляре, прикрепленном к трубе. Напротив воронки в трубе установлен клиновидный вкладыш. Смеситель расположен между опорными ножками трубы и головкой цилиндров и в нем выполнены каналы, сообщенные с источником горючего газа, и окна для прохода топливовоздушной смеси, образуемой в ножках трубы. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к тепловым двигателям, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим газообразное топливо.

Известны различные конструкции тепловых двигателей внутреннего сгорания, работающих на газовом топливе. Например, тепловой двигатель, представленный в выданных в США патентах №№ 4399795, 4494515, МПК F02B 43/00, содержит смеситель горючего газа и воздуха, сделанный в виде перфорированной топливоподающей трубки, сообщенной с источником горючего газа и расположенной поперек входного патрубка воздушного фильтра. Тепловой двигатель, показанный в международной заявке WO 02/099265, МПК F02M 21/04, содержит воздухозаборник, лопастной смеситель горючего газа и воздуха, расположенный во впускном трубопроводе, и впускной коллектор, имеющий несколько рукавов для подачи топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя, в которых под их головкой расположены поршни. В опубликованной в Великобритании заявке № 1215188, МПК F02M 21/04, показан тепловой двигатель для работы на газовом топливе, содержащий смеситель горючего газа с воздухом, выполненный в виде кольцевой детали, с которой соединен фланец воздухоподающей трубы, другой фланец которой соединен с впускным коллектором, прикрепленным к головке цилиндров, имеющей впускные клапаны для подачи топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя, содержащие поршни. Воздухоподающая труба имеет горловину, расположенную в корпусе смесителя внутри кольцевого пространства, сообщенного через отверстие в корпусе с трубопроводом подачи горючего газа.

Более близким аналогом является представленный в заявке №468556, МПК F02B 43/00, поданной на выдачу европейского патента, тепловой двигатель для работы на газовом топливе, содержащий смеситель горючего газа с воздухом, сделанный в виде перфорированной трубки, расположенной вдоль впускного трубопровода. Однако в этом двигателе не обеспечено надлежащее смешение горючего газа с воздухом и не предусмотрены средства для гашения нарушающих работу двигателя воздушных волн, возникающих в воздушных потоках из-за попеременного открытия и закрытия впускных клапанов.

Решаемой задачей является обеспечение простыми средствами эффективной и стабильной работы теплового двигателя внутреннего сгорания на газовом топливе.

Решение этой задачи обеспечено тем, что тепловой двигатель для работы на газовом топливе, содержащий поршни, установленные в цилиндрах, над которыми расположена головка цилиндров с клапанами для подачи в цилиндры топливовоздушной смеси, и смеситель горючего газа с воздухом, снабжен воздухораспределительной трубой подачи воздуха к цилиндрам двигателя, имеющей входное отверстие, расположенное в ней сбоку на расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, расположенные в загнутых опорных ножках, число которых равно числу цилиндров двигателя, напротив входного отверстия воздухораспределительной трубы расположена воронка, установленная в гофрированном футляре, прикрепленном к воздухораспределительной трубе, напротив воронки в воздухораспределительной трубе установлен клиновидный вкладыш, а смеситель горючего газа и воздуха расположен между опорными ножками воздухораспределительной трубы и головкой цилиндров двигателя и в нем выполнены каналы, сообщенные с источником горючего газа, и окна для прохода топливовоздушной смеси, образуемой в опорных ножках воздухораспределительной трубы.

В тепловом двигателе, охарактеризованном приведенной выше совокупностью признаков, при наличии указанной воздухораспределительной трубы со смесителем горючего газа с воздухом, имеющих простые формы, и воронки, расположенной в гофрированном футляре напротив клиновидного вкладыша, разделяющего воздушный поток в стороны его потребителей и отражающего воздушные волны в футляр для их гашения, воздушные потоки проходят простыми путями с минимальными аэродинамическими потерями напора от входного отверстия воздухораспределительной трубы до цилиндров двигателя через полости в воздухораспределительной трубе и окна в смесителе с обеспечением стабильности газодинамических процессов и интенсивного перемешивания горючего газа с воздухом для образования однородной смеси.

Стенки клиновидного вкладыша, обращенные к воронке, выполнены вогнутыми с цилиндрической поверхностью у основания вкладыша и плоскими у его вершины, а гофрированный футляр воронки сделан в виде прямоугольной коробки со ступенчатыми стенками, расширяющимися между концами футляра.

Опорные ножки воздухораспределительной трубы имеют примыкающие к смесителю фланцы с ушками, в которых сделаны отверстия для установки резьбовых крепежных элементов, соединяющих воздухораспределительную трубу и смеситель с головкой цилиндров двигателя. Опорные ножки воздухораспределительной трубы сделаны переменной толщины, уменьшающейся в сторону смесителя, образуя перед ним кривой диффузор, в котором размещены топливоподающие трубки смесителя.

На фигуре 1 представлен тепловой двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы на газовом топливе.

На фигуре 2 показана головка цилиндров двигателя с воздухораспределительной и смесительной аппаратурой.

На фигуре 3 изображена воздухораспределительная труба.

На фигуре 4 изображен смеситель горючего газа с воздухом.

На фигуре 5 показан вкладыш воздухораспределительной трубы.

На фигуре 6 показан смеситель в разрезе.

Шестицилиндровый двигатель внутреннего сгорания для работы на газовом топливе, представленный на фигуре 1, содержит головку 1 цилиндров 2, расположенную над поршнями 3. Поршни 3 соединены кривошипно-шатунными механизмами с коленчатым валом двигателя для его вращения. В головке 1 цилиндров расположены клапаны для подачи в цилиндры 2 топливовоздушной смеси, образуемой при смешении воздуха с горючим газом, подаваемым от его источника 4, и устройства 5 для воспламенения топливовоздушной смеси при рабочем ходе поршня, содержащие свечу зажигания (фигура 2).

Двигатель содержит воздухораспределительную впускную трубу 6 для подачи воздуха к цилиндрам двигателя, имеющую входное отверстие 7, расположенное сбоку воздухораспределительной трубы 6 примерно на одинаковом расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, четное число которых равно четному числу цилиндров двигателя. Выходные отверстия воздухораспределительной трубы 6 расположены в сделанных у нее загнутых трубчатых опорных ножках 8. Опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы имеют фланцы 9, примыкающие к смесителям 10 горючего газа и воздуха, установленным между воздухораспределительной трубой и головкой цилиндров двигателя. Фланцы 9 имеют ушки 11 (фигура 3), в которых соосно со сквозными отверстиями 12, сделанными в каждом смесителе 10 (фигура 4), сделаны сквозные отверстия 13 для установки резьбовых крепежных элементов, соединяющих воздухораспределительную трубу 6 и смесители 10 с головкой 1 цилиндров двигателя. Изогнутые опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы 6 сделаны переменной толщины, то есть с переменными поперечными размерами, уменьшающейся в сторону смесителя, образуя перед ним кривой диффузор.

К воздухораспределительной трубе 6 напротив ее входного отверстия прикреплен гофрированный футляр 14 конической воронки 15. Фигурный футляр 14 сделан в виде тонкостенной коробки прямоугольного профиля со ступенчатыми стенками, образующими между концами футляра гофр 16, расширяющий полость в футляре вокруг воронки 15. Наличие этой полости, расширяющейся между концами футляра, стабилизирует газодинамические процессы в воздухораспределительной трубе 6, уменьшая колебания в ней воздуха, происходящие при попеременном открытии и закрытии впускных клапанов в головке цилиндров двигателя. Напротив воронки 15 в воздухораспределительной трубе 6 установлен клиновидный вкладыш 17, который является рассекателем воздушного потока. Вкладыш 17 соединен с воздухораспределительной трубой резьбовыми крепежными элементами. Стенки 18 (фигура 5) вкладыша 17, обращенные к воронке 15, у основания 19 вкладыша выполнены вогнутыми с цилиндрической поверхностью. У вершины вкладыша его стенки 20 выполнены плоскими, образующими между собой острый угол 21.

Каждый смеситель 10 горючего газа и воздуха содержит гребенчатый корпус, образующий проставку между воздухораспределительной трубой 6 и головкой 1 цилиндров двигателя. В гребнях 22 корпуса смесителя сделаны окна 23 (фигура 6) для прохода топливовоздушной смеси, то есть воздуха, смешанного с газообразным топливом, и сквозное отверстие 24, сообщенное с источником 4 горючего газа трубопроводом 25, прикрепленным к корпусу смесителя 10 посредством штуцера 26. С противоположной стороны отверстие 24 закрыто резьбовой пробкой 27. Около каждого окна 23 в корпусе смесителя сделан канал 28, сообщающийся с отверстием 24 подачи газового топлива. В канале 28 расположен нормально закрытый клапан 29 с пропорциональным электромагнитным управлением от электронной системы управления двигателем, открывающий проход газового топлива через канал 28 при подаче к нему электрического тока. Корпус клапана 29 с элементами электромагнитного управления подачей горючего газа установлен сверху на смесителе 10. Канал 28 имеет горизонтальный участок, образованный отверстием 30, закрытым снаружи резьбовой пробкой 31, и вертикальный участок, образованный отверстием 32, закрытым сверху резьбовой пробкой 33. С отверстием 32 сообщено отверстие 34, в которое вставлена и закреплена конической резьбой топливоподающая трубка 35, выступающая внутрь опорной ножки 8 в образованный в ней диффузор навстречу потоку воздуха. На участке топливоподающей трубки 35, расположенном в опорной ножке 8, сделаны продольные щели для выхода газового топлива с периферии этой трубки. Эти щели расположены по винтовой линии. Участок корпуса смесителя 10, с которым соединена резьбой топливоподающая трубка 35, сделан в виде бобышки 36, расположенной в окне 23. Эта бобышка 36, образующая бугорок, создает дополнительное завихрение топливовоздушной смеси, способствуя лучшему перемешиванию горючего газа и воздуха. Для регулирования мощности двигателя имеется поворотная дроссельная заслонка, расположенная в воздухозаборнике 37.

При работе двигателя воздух, засасываемый в цилиндры двигателя при такте всасывания, проходит через воронку 15 и попадает на клиновидный вкладыш 17 воздухораспределительной трубы 6, который разделяет поток воздуха, направляя его в сторону отверстий в опорных ножках 8 воздухораспределительной трубы. В опорных ножках 8 воздух смешивается с горючим газом, поступающим в них через топливоподающие трубки 35. Причем вследствие крутого поворота потоков воздуха при поступлении их в опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы 6 и вследствие кривизны опорных ножек 8 потоки воздуха завихряются, в результате чего простыми средствами обеспечено эффективное перемешивание горючего газа с воздухом, образуя гомогенную, то есть однородную топливовоздушную смесь. Образованная от смешения воздуха с горючим газом топливовоздушная смесь через опорные ножки 8 и окна 23 в смесителях 10 проходит в головку 1 цилиндров двигателя и через расположенные в ней поочередно открывающиеся впускные клапаны поступает в цилиндры 2 двигателя, где она воспламеняется устройством 5, содержащим свечу зажигания. При воспламенении топливовоздушной смеси давление в цилиндре многократно увеличивается и под его воздействием поршень 3 совершает рабочий ход, поворачивая коленчатый вал двигателя. При этом воздушные волны, возникающие из-за пульсации потока воздуха, проходящего через опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы, вследствие поочередного открытия и закрытия впускных клапанов в головке цилиндров, эффективно гасятся гофрированным футляром 14 воронки 15.

Представленный тепловой двигатель для работы на газовом топливе имеет простую и надежную аппаратуру, приготавливающую топливовоздушную смесь, которая поступает в цилиндры двигателя простыми путями при малом аэродинамическом сопротивлении ее потоку, что способствует повышению эффективности работы двигателя. Причем сочетание воздухораспределительной трубы с гофрированным футляром воронки и наличие в ней клиновидного вкладыша с криволинейной поверхностью стенок, обращенных к воронке, обеспечивает эффективное гашение воздушных ударных волн, возникающих при открытии и закрытии впускных клапанов в головке цилиндров, так как образующаяся воздушная волна отражается клиновидным вкладышем в полость внутри гофрированного футляра воронки, где вследствие фигурной формы этой полости и конической формы воронки происходит ее глушение.

1. Тепловой двигатель для работы на газовом топливе, содержащий цилиндры с поршнями, головку цилиндров с клапанами для подачи в цилиндры топливовоздушной смеси, смеситель горючего газа с воздухом, отличающийся тем, что он содержит воздухораспределительную трубу, имеющую входное отверстие, расположенное в ней сбоку на расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, расположенные в загнутых опорных ножках, у входного отверстия воздухораспределительной трубы расположена воронка, установленная в гофрированном футляре, прикрепленном к воздухораспределительной трубе, напротив воронки в воздухораспределительной трубе установлен клиновидный вкладыш, а смеситель горючего газа и воздуха расположен между опорными ножками воздухораспределительной трубы и головкой цилиндров двигателя и в нем выполнены каналы, сообщенные с источником горючего газа, и окна для прохода топливовоздушной смеси, образуемой в опорных ножках воздухораспределительной трубы.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что стенки клиновидного вкладыша, обращенные к воронке, выполнены вогнутыми с цилиндрической поверхностью у основания вкладыша и плоскими у его вершины, а гофрированный футляр воронки сделан в виде прямоугольной коробки со ступенчатыми стенками, расширяющимися между концами футляра.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что опорные ножки воздухораспределительной трубы имеют примыкающие к смесителю фланцы с ушками, в которых сделаны отверстия для установки резьбовых крепежных элементов, соединяющих воздухораспределительную трубу и смеситель с головкой цилиндров двигателя.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что опорные ножки воздухораспределительной трубы сделаны переменной толщины, уменьшающейся в сторону смесителя, образуя перед ним кривой диффузор, в котором размещены топливоподающие трубки смесителя.