Газова система живлення двигуна внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до двигунобудування і зокрема, до систем паливного живлення для двигунів внутрішнього згоряння, що використовують як паливо природний або нафтовий газ, а також газорідинні суміші. Найбільш близьким аналогом газової системи що заявляється є система паливоподачі газорідинного двигуна внутрішнього згоряння, що містить лінію подавання рідкого палива з паливним насосом високого тиску, спорядженим всережимним регулятором частоти обертання, головний важіль якого має упор що регулюється і зв'язаний з рейкою насоса, лінію подавання газового палива з джерелом газу, редуктором і електромагнітним клапаном, регулятор подачі газу, який споряджено золотниковим розподільником кінематичне зв'язаним з головним важелем, рухомою втулкою золотника, виконавчим механізмом з напірною камерою і розташованим в ній керуючим органом, клапанним регулюючим органом, з'єднаним з виконавчим механізмом, дроселем, встановленим між клапанним регулюючим органом і впускним трубопроводом двигуна, а керуючий орган з'єднано з втулкою золотника виконавчого механізму за допомогою конічної пружини (дивись А.С. СРСР №1733661 А1 МПК F02D19/08, 1990р.). Недоліком цієї системи є складність конструкції через обов'язкову присутність слідкуючого гідравлічного підсилювача з виконавчим механізмом, які потребують стороннього джерела робочої рідини певного тиску. Другий недолік — при роботі двигуна на зовнішній швидкісній характеристиці витрата газу залишається незмінною у всьому діапазоні частоти обертання колінчастого валу, що неминуче призводить до надмірного збагачення робочої суміші при мінімальних та збідненню її при максимальних обертах, і як наслідок зниження енергетичних і екологічних показників двигуна. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити газову систему паливного живлення двигуна внутрішнього згоряння шляхом виключення із системи паливного живлення регулятора подачі газу з конічною пружиною та гідравлічного підсилювача з виконавчим механізмом та введення двомембранного регулятора подачі газу з порожниною керуючою тиску, а також спорядження всережимного регулятора частоти обертання пневматичним регулятором, що забезпечує спрощення системи і оптимізацію складу газоповітряної суміші на режимі максимальної подачі палива в усьому швидкісному діапазоні роботи двигуна, чим підвищує паливну економічність і знижує токсичність відпрацьованих газів. Поставлена задача вирішується тим, що в газовій системі паливного живлення двигуна внутрішнього згоряння що містить лінію подавання рідкого палива з паливним насосом високого тиску, спорядженим всережимним регулятором частоти обертання, головний важіль якого має упор що регулюється і зв'язаний з рейкою насоса, лінію подавання газового палива з джерелом газу, редуктором і електромагнітним клапаном, регулятор подачі газу, відповідно до винаходу, всережимний регулятор частоти обертання споряджено пневматичним регулятором, що містить корпус, в якому розташовані мембрана та клапан, які пов'язані між собою та із зворотною пружиною, і функціональну пружину якою мембрана зв'язана з головним важелем регулятора частоти обертання, при цьому корпус, мембрана і клапан утворюють порожнину командного тиску, а клапан і кришка корпуса утворюють дренажну порожнину пневматичного регулятора, що з'єднана з входом впускного каналу двигуна, при цьому порожнина командного тиску одним трубопроводом через жиклер з'єднана з горловиною дифузора, який встановлено у впускний канал двигуна, а другим трубопроводом - з порожниною керуючою тиску регулятора подачі газу, що утворена мембранами більшої та меншої ефективної площі і корпусом регулятора подачі газу, порожнина витратного тиску якого створена корпусом, мембраною меншої ефективної площі і пов'язаним з нею клапаном, яка своїм входом через клапан підключена до лінії постачання газового палива, а своїм виходом — через трубопровід до газової форсунки, при цьому в порожнині витратного тиску розміщена регулювальна пружина, мембрана більшої ефективної площі спільно з кришкою корпуса регулятора подачі газу утворюють порожнину розвантажувального тиску, яка через трубопровід сполучена з входом впускного каналу двигуна. Нова сукупність істотних ознак дозволяє одержати такі переваги: — спростити систему газового живлення двигуна внутрішнього згоряння за рахунок вилучення гідравлічного підсилювача і виконавчого механізму із схеми керування регулятором подачі газу; — забезпечити оптимальне співвідношення між витратою повітря і паливного газу на режимах повних навантажень по всьому швидкісному діапазону роботи двигуна, за рахунок введення пневматичного регулятора в канал керування регулятором подачі газу, що поліпшує стабільність його роботи на цих режимах, підвищує паливну економічність і знижує токсичність відпрацьованих газів. На кресленні представлена принципова схема запропонованої системи живлення. Система включає в себе паливний насос високого тиску 35 і форсунки 36 для подачі в циліндри двигуна запальної дози рідкого палива, всережимний регулятор частоти обертання 1 з головним важелем 2, який через тягу з прорізом зв'язаний з рейкою паливного насосу, що забезпечує можливість обмеженого вільного ходу, головного важеля 2 (рейка насоса, тяга та їх зв'язок з важелем 2 на кресленні не показано), і важелем керування 3, пневматичний регулятор 4, який складається з мембрани 5 і клапана 6, що пов'язані між собою, зворотної пружини 7 і функціональної пружини 8, яка кінематичне зв'язує головний важіль 2 регулятор частоти обертання з мембраною 5, корпуса 9, що з мембраною 5 і клапаном 6 утворюють порожнину А командного тиску, яка через жиклер 10 і трубопровід 11 з'єднана з горловиною дифузора 12, що встановлено у впускний канал 13 двигуна, а також кришки 14, що корпусом 9 та клапаном 6 утворюють дренажну порожнину Б, яка трубопроводом 15 з'єднана з входом впускного каналу 13 двигуна. Система живлення газом забезпечена газовим балоном 16, манометром 17, ручним вентилем 18, електромагнітним клапаном високого тиску 19, фільтром 20, редуктором високого тиску 21, підігрівачем для стислого газу або випарником для зрідженого газу 22, електромагнітним клапаном низького тиску 23, редуктором низького тиску 24. Газова система містить регулятор витрати газу 25, який складається мембрани меншої ефективної площі 26, пов'язаної з клапаном 27, що створює спільно з ним і корпусом порожнину витратного тиску В, яка своїм входом через клапан 27, редуктор низького тиску 24, електромагнітний клапан 23, нагрівник (випарник) 22, редуктор високого тиску 21, фільтр 20, електромагнітний клапан високого тиску 19 і ручний вентиль 18 підключена до газового балона 16, а своїм виходом через трубопровід 28 до газової форсунки 29. У порожнині витратного тиску В розміщена регулювальна пружина 30. Мембрани меншої 26 і більшої 31 ефективної площі утворюють спільно з корпусом регулятора витрати газу, порожнину керуючого тиску Г, яка через трубопровід 32 з'єднана з порожниною командного тиску А пневматичного регулятора 4. Мембрана 31 спільно з кришкою 33 утворюють порожнину розвантажувального тиску Д, яка через трубопровід 34 сполучена з входом впускного каналу 13 двигуна. Робота газодозуючої системи здійснюється наступним чином. Запуск двигуна виконується тільки на рідкому паливі за звичайним дизельним циклом. При цьому газова система вимкнена, паливний газ не надходить до двигуна. Для переходу на газодизельний режим (двигун працює як на рідкому паливі, так і на газорідинній суміші) відкриваються електромагнітні клапани 19 і 23, газ з балону 16 через фільтр 20, редуктор високого тиску 21, нагрівник (випарник) 22 і редуктор низького тиску 24, на виході якого підтримується певний надлишковий тиск, надходить до регулятора витрати газу 25. На режимі холостого ходу головний важіль 2 регулятора частоти обертання 4 не діє на пружину 8 пневматичного регулятора 4 і не перешкоджає зворотній пружині 7 тримати клапан 6 у відкритому стані. При цьому розрідження, що надходить в порожнину А з дифузора 12 через жиклер 10 повністю компенсується пневматичним потоком, що йде з дренажної порожнини Б, завдяки тому, що площа сідла клапана 6 значно більша від площі отвору жиклера 10. В такому стані пневматичний клапан 4 підтримує в порожнині В регулятора витрати газу 25 нульовий керуючий вакуум, а пружина 30 тримає клапан 27 закритим і завдяки цьому газ не надходить з регулятора витрати газу через форсунку 29 до двигуна. При зменшенні частоти обертання нижче заданої важелем керування З (зростає зовнішнє навантаження на двигун), головний важіль 2 відхиляється вліво, розтягує функціональну пружину 8 і пересилюючи зворотну пружину 7 починає прикривати клапан 6, який дроселює дренажний потік повітря з порожнини Б в порожнину А регулятора 4. В залежності від величини ходу головного важеля 2, а значить і сили дії пружини 8 на мембрану 5 в порожнині А створюється командний тиск РК, який знаходиться в межах PВ>РК≥РД, де РВ і РД — абсолютні тиски на вході у впускний канал 13 і в горловині дифузора 12 відповідно. При зниженні командного тиску РК в порожнині Г регулятора витрати газу 25 на мембранах 26 і 31 створюється зусилля, що відкриває клапан 27 який відкриває прохід газу в порожнину В і збільшує там тиск. Збільшення тиску газу в порожнині В урівноважує силу дії мембран 26 і 31, при цьому на виході регулятора витрати газу і, відповідно в трубопроводі 28 встановлюється тиск газу, пропорційно до керуючого РК, що призводить до зростання надходження газу через форсунку 29 до двигуна. Потужність двигуна збільшується і зменшення частоти обертання припиняється. При збільшенні частоти обертання (зменшується зовнішнє навантаження на двигун), регулятори 1 і 4 працюють у зворотній послідовності. При цьому важіль 2 зменшує деформацію пружини 8, клапан 6 більше відходить від сідла, командний тиск РК зростає і відповідно зменшуються робочий тиск газу на виході регулятора витрати газу і його витрата через форсунку 29. Потужність двигуна зменшується, зростання частоти обертання припиняється. За роботи газодизеля по зовнішній швидкісній характеристиці клапан 6 повністю закривається, тиск РК в порожнинах А і В знижується до рівня РК=РД, а на виході регулятора витрати газу встановлюється тиск газу відповідно частоті обертання колінчастого валу двигуна. Цим підтримується приблизно постійний коефіцієнт надлишку повітря газоповітряної суміші на режимах максимальної подачі палива. Номінальна подача газу налаштовується підбором прохідного перетину форсунки 29.