Спосіб конвертації дизеля в газовий двигун внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням

Корисна модель належить до машинобудування, а саме до двигунобудування і може бути використана при виробництві та переобладнанні автомобілів і тракторів. Відомий конвертований з дизеля газовий двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) з іскровим запалюванням, технологія виготовлення (конверсія) якого передбачає реконструкцію дизеля з монтажем на ньому форкамери та розташування запалювального пристрою за складною схемою [Див. А.С. СРСР №767380, МКЛ А 02В69/04, 1980р.]. Недоліком такого способу конвертації є те, що новий двигун має ускладнену конструкцію, а технологічний процес виготовлення - дорогий. Відомий також спосіб виготовлення газового ДВЗ з іскровим запалюванням шляхом переробки (конвертації) дизеля, який включає зниження ступені стискання у кожній камері згоряння шляхом виконання виямки у поршні дизельного двигуна, при цьому виямку утворюють шляхом спряження між собою сферичної поверхні та циліндра чи зрізаного конуса, діаметр якого перебільшує діаметр сфери, крім того утворюють газоповітряний потік, спрямований навколо осі циліндра [Див. патент РФ №2176737, МКЛ F02B11/02,1999р.]. Недоліком такого способу конвертації є те, що виготовлення фігурної виямки у дизельному поршні є технологічно складною операцією, здійснення якої потребує висококваліфікованої праці та точного обладнання для виготовлення такої виямки, що не завжди економічно доцільне. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб виготовлення газового ДВЗ з іскровим запалюванням шляхом переробки (конвертації) дизеля, який включає зниження ступеня стискання в кожній камері згоряння шляхом збільшення її розмірів демонтажем поршнів дизеля з наступним монтажем нових поршнів для утворення камери згоряння у надпоршневому просторі циліндра двигуна [Див. патент України на корисну модель №24970, МКВ F02B11 /00,2007р.]. Суттєвими недоліками такого способу конвертації є те, що, по-перше, виготовлення нових поршнів є технологічно складним процесом, його здійснення потребує висококваліфікованої праці та відповідного точного обладнання, в тому числі ливарного, тому виготовлення поршнів можливе лише в заводських умовах, що унеможливлює переобладнання дизелів, які знаходяться в експлуатації, по-друге, на таке переобладнання потрібно отримувати дозвіл моторного заводу-виробника на зміну конструкції двигуна, по-третє, така конвертація є незворотною, тобто в разі потреби зворотній процес (переобладнання газового двигуна в дизель) унеможливлений, по-четверте, переривач - розподільник системи запалювання, що встановлений в приводі паливного насоса високого тиску (ПНВТ) під прямим кутом до осі приводу, вимагає застосування відповідної передачі, що ускладнює конструкцію та утруднює регулювання кута випередження запалювання. Завданням, на вирішення якого спрямована корисна модель, що заявляється, є створення такого способу конвертації дизеля у газовий ДВЗ з іскровим запалюванням, який дозволяє отримати новий технічний результат, що полягає у спрощенні технологічного процесу конвертації шляхом монтажу конструктивно змінених прокладок головки циліндрів. Поставлене завдання вирішується таким чином. У відомому способі конвертації дизеля у газовий ДВЗ з іскровим запалюванням, що включає зниження ступеня стискання у кожній камері згоряння шляхом збільшення її розмірів, згідно з корисною моделлю, що заявляється, збільшення розмірів камери згоряння здійснюють встановленням щонайменш однієї потовщеної одношарової прокладки або багатошарової, при цьому її шари складаються з двох стандартних прокладок та металевого прошарку між ними, а загальну товщину багатошарової прокладки вибирають рівною товщині одношарової прокладки. Крім того, товщину прокладки, як одношарової, так і багатошарової визначають розрахунком для кожної конкретної марки ДВЗ, з врахуванням його ступеня стискання. Спосіб конвертації (переобладнання) дизеля у газовий ДВЗ з іскровим запалюванням здійснюють таким чином. Перед початком конвертації розраховують потрібний об'єм камери згоряння газового ДВЗ, виходячи із запланованого значення ступеня стискання. Визначають висоту камери згоряння і загальну товщину прокладки головки циліндрів, яка обирається більшою за товщину стандартної прокладки. Демонтують стандартну прокладку головки циліндрів і встановлюють замість неї багатошарову прокладку, яка складена з двох стандартних прокладок головки циліндрів і між ними виготовленої заново металевої прокладки розрахункової товщини. Або ж встановлюють одну суцільнометалеву прокладку, яку виготовляють з м’якого металу високої теплопровідності такої ж товщини, як сумарна товщина багатошарової прокладки. Оскільки конструкція двигуна залишається незмінною, то на таке переобладнання не потрібно отримувати дозвіл заводу-виробника двигуна. Таке переобладнання можна здійснювати в умовах автотранспортних підприємств та майстерень сільськогосподарських підприємств. Такий спосіб конвертації передбачає можливість зворотного переобладнання газового ДВЗ з іскровим запалюванням в дизель. Після встановлення прокладок демонтують дизельну паливну апаратуру та встановлюють на двигун серійне газове обладнання для зберігання та подачі газу в циліндри ДВЗ, характеристики газоповітряного змішувача та газового редуктора низького тиску узгоджують з витратними характеристиками двигуна. Встановлюють серійну іскрову систему запалювання, причому на відміну від прототипа, переривач- розподільник системи запалювання встановлюють в приводі паливного насоса високого тиску співвісно з приводом, тобто, горизонтально (ілюстрація способу показана на Фіг.), замінюють привід керування важелем паливоподачі насоса високого тиску на привід керування дросельними заслінками газоповітряного змішувача. Для наочності спосіб конвертації дизеля в газовий ДВЗ з іскровим запалюванням можна представити у вигляді конструктивної схеми, де 1 - газовий балон, 2 - витратний вентиль, 3 - газовий редуктор низького тиску, 4 газовий електромагнітний клапан, 5 - газовий редуктор низького тиску, 6 - газоповітряний змішувач, 7 - свічка запалювання, 8 – переривач - розподільник, 9 - катушка запалювання, 10 - прокладка головки циліндрів. За способом, що заявляється (як приклад його реалізації), в умовах лабораторії автомобільних двигунів переобладнано дизель Д-240 в газовий ДВЗ з іскровим запалюванням для роботи на природному газі. Ступінь стиску газового двигуна зменшено з 16 до 12 одиниць встановленням двох стандартних прокладок і між ними прокладки з листового дюралюмінію. На переобладнаному двигуні замість форсунок встановлено іскрові свічки запалювання фірми BRISK, привід ПНВТ переобладнано для кріплення переривача-розподілювача, який встановлений співвісно з приводом, встановлено безконтактне електронне запалювання з індуктивним датчиком в переривачі-розподільнику. На впускному колекторі встановлено газовий змішувач СГ-250, а також газові редуктори високого і низького тиску та інше газове обладнання. Тобто дизель конвертували в двигун з іскровим запалюванням і зовнішнім сумішоутворенням з можливістю зворотнього переобладанння. Експериментальні випробування конвертованого газового двигуна включали моторні дослідження на електричному гальмівному стенді. Газовий двигун стійко працював на всіх режимах. Була отримана навантажувальна характеристика при частоті обертання колінчастого вала 1400хв-1. На цьому режимі газовий двигун розвиває потужність приблизно таку ж, як дизель Д-240. Питома ефективна витрата палива на 3,5% більша, ніж у дизеля, оскільки газовий двигун працює на більш багатих сумішах. Рівень викидів CO і CmHn у газового двигуна менший і відсутня сажа у відпрацьованих газах. Шум при роботі газового двигуна значно менший, ніж дизеля. Крім того, в природному газі практично не міститься сірки, завдяки чому двигун, працюючий на СПГ, має практично нульовий рівень викидів SO2, що вигідно відрізняє його від дизеля, в якого викиди оксидів сірки наносять суттєву шкоду екології. Це особливо актуально для практичного використання, тому що в дизельному паливі, яке виробляється на багатьох нафтопереробних заводах вміст сірки в декілька разів перевищує допустимі норми. Важливою перевагою двигунів, які працюють на природному газі, є малі викиди в атмосферу двооксиду вуглецю СО2, який сприяє утворенню парникового ефекту на Землі. Це пояснюється тим, що в природному газі міститься менше вуглецю, ніж в нафтових паливах. За пропонованим способом можна переобладнувати, як нові дизелі, так і ті, які знаходяться в експлуатації. Стосовно останніх, то особливо виправданою є конвертація в газові двигуни дизелів при необхідності ремонту їх циліндро - поршневої групи або паливної апаратури, яка в даному випадку просто демонтується. В цьому випадку витрати на переобладнання дизеля частково компенсуються за рахунок засобів, які необхідно затратити на ремонт.