Спосіб конвертації дизеля в газовий двигун внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням

1. Спосіб конвертації дизеля в газовий двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) з іскровим запалюванням, що включає зниження ступеня стискання у кожній камері згоряння шляхом збільшення її розмірів встановленням багатошарової прокладки, який відрізняється тим, що шари багатошарової прокладки складають з двох стандартних прокладок та металевого прошарку між ними, а металевий прошарок виготовляють більших розмірів у порівнянні з серійними прокладками для покращення відводу тепла від прокладок при роботі двигуна. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що з U 2 (19) 1 3 торного 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. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб конвертації дизеля в газовий двигун внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням, що включає зниження ступеня стискання у кожній камері згоряння шляхом збільшення її розмірів встановленням щонайменше 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 по товщині одношаровій прокладці [Див. патент України на корисну модель № 32397, МПК F02B 11/00, 2008 p.]. Суттєвими недоліками такого способу конвертації є те, що багатошарова прокладка є не достатньо надійним ущільненням газового стику блока циліндрів та головки циліндрів в умовах високих температур та тисків робочого тіла ДВЗ. Металевий прошарок багатошарової прокладки, який знаходиться між двома стандартними металоазбестовими прокладками, та зазвичай виготовлений з листового дюралюмінію товщиною 1-2 мм не має достатньої теплопровідності для відведення значної кількості тепла від камери згоряння. Це може призвести до оплавлення кромок прокладки, а в кінцевому результаті і до її прогоряння на режимі максимальних навантажень. Особливо це стосується конвертації дизеля за концепцією стехіометричного двигуна, який на всіх режимах працює при значенні коефіцієнта надлишку повітря а=1. В цьому випадку при роботі газового двигуна на режимі максимальної потужності температура робочого тіла може бути на 200 С вищою за максимальну температуру циклу дизеля. Крім того, відцентровий та вакуумний регулятори випередження запалювання серійного переривачарозподільника бензинового двигуна, який встановлюють на газовому двигуні, не забезпечує потрібних для цього двигуна значень кута випередження запалювання, що призводить до погіршення його енергетичних та економічних показників. Крім того, на газовому двигуні відсутній привід керування дросельними заслінками, що унеможливлює рух транспортного засобу з таким двигуном. Крім того, пневмовідцентровий обмежувач максимальної частоти обертання, який встановлюють на газовому двигуні, має складну конструкцію та ненадійний в роботі. Задачею, на вирішення якої 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 забезпеченні 63741 4 достатнього ресурсу його роботи при мінімальній трудомісткості конвертування, забезпеченні потужнісних та економічних показників на рівні дизеля та низьких викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами. Поставлена задача 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 за рахунок встановлення багатошарової прокладки, згідно з корисною моделлю, що заявляється, її шари складають з двох стандартних прокладок та металевого прошарку між ними, а металевий прошарок виготовляють більших розмірів у порівнянні з серійними прокладками для покращення відводу тепла від прокладок при роботі двигуна. Крім того, з дизеля демонтують паливну апаратуру, встановлюють іскрову систему запалювання на місце демонтованої апаратури та газову паливну апаратуру, причому характеристики відцентрового та вакуумного регуляторів випередження запалювання коректують у відповідності до параметрів двигуна, а газоповітряний змішувач із дросельними заслінками встановлюють центрально на виготовленому заново впускному колекторі. Крім того, встановлюють привод керування дросельними заслінками газоповітряного змішувача. Крім того, обмеження максимальної частоти обертання колінчастого вала конвертованого з дизеля газового двигуна здійснюють припиненням подачі газу шляхом вимкнення подачі напруги на електромагнітний клапан газового редуктора електронним блоком керування за сигналом датчика частоти обертання при перевищенні останньої допустимого значення. 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 та більших розмірів у порівнянні з серійною прокладкою. Краї металевого прошарку, який виступає за межі двигуна, загинають. 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 5 газоповітряного змішувача та газового редуктора низького тиску узгоджують з витратними характеристиками двигуна. Встановлюють серійну іскрову систему запалювання, причому на відміну від прототипа коректують характеристики відцентрового та вакуумного регуляторів кута випередження запалювання або встановлюють спеціально виготовлену для цього двигуна мікропроцесорну систему запалювання, замінюють привод керування важелем паливоподачі насоса високого тиску на привод керування дросельними заслінками газоповітряного змішувача, встановлюють електронну систему обмеження максимальної частоти обертання колінчастого вала двигуна. Для наочності спосіб конвертації дизеля в газовий ДВЗ з іскровим запалюванням можна представити у вигляді конструктивної схеми, де 1, 3 серійні прокладки головки циліндрів, 2 - металевий прошарок, 4 - свічка запалювання. 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 стискання газового двигуна зменшено з 16 до 12,5. На переобладнаному двигуні замість форсунок встановлено іскрові свічки запалювання, привод ПНВТ переобладнано для кріплення переривача-розподільника, який встановлений співвісно з приводом, встановлено безконтактне електронне запалювання з датчиком Хола в переривачі-розподільнику. На виготовленому заново впускному колекторі центрально встановлено газоповітряний змішувач СГ-250, а також встановлено газові редуктори високого і низького тиску та інше газове обладнання. Тобто дизель конвертували в двигун з іскровим запалюванням і зовнішнім сумішоутворенням. Експериментальні випробування конвертованого газового двигуна включали моторні дослідження на електричному гальмівному стенді. Газовий двигун стійко працював на всіх режимах. Була отримана серія 63741 6 навантажувальних характеристик при різних частотах обертання колінчастого вала. Експериментальні дослідження переобладнаного газового двигуна підтвердили його працездатність в усьому діапазоні швидкісних і навантажувальних режимів з максимальною потужністю, більшою на 1,98-4,3 %, та еквівалентною питомою ефективною витратою палива, на 20,5-25,4 % вищою, ніж у дизеля. При цьому значення коефіцієнта надлишку повітря знаходилось в межах 0,98-1,02. За результатами порівняльної оцінки екологічних показників переобладнаного газового двигуна і базового дизеля за 13-режимним циклом ESC встановлено, що сумарна токсичність, зведена до CO, газового двигуна у 1,83 разу менша, ніж у дизеля через відсутність у відпрацьованих газах газового двигуна твердих часток та нижчих питомих викидів СmНn і NOX. 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, викиди оксидів сірки якого наносять суттєву шкоду екології. 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. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 63741 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601