Регулятор-редуктор тиску для подачі метану або інших подібних палив в двигуни внутрішнього згоряння

Реферат: Об'єктом винаходу є регулятор-редуктор тиску метану для подачі в двигуни внутрішнього згоряння, який має корпус, розділений на три камери, сполучені одна з іншою за допомогою трубопроводів високого опору і за допомогою елемента відкривання/закривання, який виконаний як одне ціле з еластичною діафрагмою, поверхня якої є пропорційно більше, ніж елемента відкривання/закривання, так що помірний тиск в камері в напрямку від еластичної діафрагми є достатнім, щоб вигнути її, долаючи і опір тиску метану в суміжній камері і опір тиску метану в камері, яка безпосередньо з'єднана з баком (баками), а також опір зворотної пружини. Коли еластична діафрагма вигинається, вона тисне на шток, кінець якого виконаний як одне ціле з елементом відкривання/закривання, що дозволяє або попереджає пропуск метану крізь отвір, який з'єднує камеру, від якої метан подають до двигуна, з камерою, в яку метан подають безпосередньо з бака (баків). Додатково, трубопровід з'єднує камеру, де досягнутий достатній тиск для вигину діафрагми, з камерою, від якої метан з низьким тиском подають в систему подачі двигуна. В залежності від комплектації, зазначений трубопровід забезпечений двопозиційним клапаном і звуженою ділянкою, або, альтернативно, тільки двопозиційним клапаном. Регулятор-редуктор тиску укомплектований датчиком тиску, клапаном регулювання тиску, клапанами і з'єднаннями до електронних пристроїв, які регулюють операцію подачі палива в двигун. UA 109708 C2 (12) UA 109708 C2 UA 109708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Об'єктом винаходу є регулятор-редуктор тиску метану для подачі в двигуни внутрішнього згоряння. Регулятор-редуктор тиску за винаходом має корпус, розділений на три камери, які сполучаються одна з іншою з допомогою трубопроводів високого опору і з допомогою отвору і закриваючого елемента, який виконаний як одне ціле з еластичною діафрагмою, поверхня якої пропорційно більше, ніж відкриваючого-закриваючого елемента, так що помірний тиск всередині камери в напрямку від еластичної діафрагми є достатнім для вигину її, долаючи як протидію тиску метану, що присутній у суміжній камері, так і протидію тиску метану, що присутній в камері, яка безпосередньо з'єднана з баком (баками), а також протидію зворотної пружини. Коли еластична діафрагма вигинається, вона тисне на шток, кінець якого виконаний як одне ціле з відкриваючим-закриваючим елементом, що дозволяє або запобігає пропуск метану крізь отвір, який з'єднує камеру, з якої метан подають у двигун, з камерою, де метан подається безпосередньо з баку (баків). Додатково, трубопровід з'єднує камеру, де досягається достатній тиск для вигину діафрагми, з камерою, з якої метан під низьким тиском направляють у систему подачі палива двигуна; в залежності від компоновки, зазначений трубопровід має двопозиційний клапан і звужену ділянку або, при іншій компоновці, тільки двопозиційний клапан. Регуляторредуктор тиску за винаходом комплектують датчиком тиску, клапаном регулювання тиску, клапанами і з'єднаннями для електронних пристроїв, які регулюють роботу системи подачі палива в двигун. Рівень техніки Нині система для подачі метану у двигуни внутрішнього згоряння схематично складається з: - щонайменше, одного баку (циліндру), спроможного підтримувати газовий стан метану, при тиску приблизно 220 бар; - запобіжного клапану, який дозволяє ізолювати бак з метаном від системи для збереження; - пристрою завантаження метану, який дозволяє дозаправлення метану в бак, який має зворотний клапан; - регулятора-редуктора тиску, який має таку конструкцію, що дозволяє знижувати тиск метану від тиску в баку до тиску подачі палива в двигун, наприклад, 1,0/2,0 бар; - електромагнітного клапану, який зупиняє потік метану, коли двигун вимкнений; - каналу, який доставляє газ до інжекторів; - манометра, який інформує електронний регулюючий пристрій; - комутатора. Суттєво важливим для роботи системи є редуктор тиску, який повинен знижувати тиск метану в баку до величини, яка потрібна для роботи двигуна, як зазначалось приблизно 1,0/2,0 бара, і він повинен завжди забезпечувати доступність необхідної кількості палива під відповідним тиском, за вимогою, і швидке адаптування до змін умов роботи. Прикладом цього є забезпечення потрібної кількості метану під необхідним тиском при обгоні іншого автомобіля. Регулятори-редуктори, які зараз застосовують в двигунах внутрішнього згоряння мають дві або три стадії тиску, забезпечені пружинами і діафрагмами і/або плунжерами, які мають пружини, остання стадія яких є з вакуумним виходом, а їх робота звичайно визначається пружиною. Однією з проблем цих редукторів є те, що їх робота залежить від роботи механічних компонентів таких як пружини, пружні фіксатори, діафрагми, плунжери і установочні гвинти вихідного тиску; ці механічні компоненти можуть втрачати свою функціональність і настроювання, тим самим, спричиняючи відмови в роботі. Додаткова проблема спричинена тим, що існуючі регулятори-редуктори, які основані на роботі механічних пристроїв не можуть безперервно змінювати тиск метану, який подається у систему подачі палива двигуна відповідно до потрібної потужності або до раптових прискорень, або в умовах, які потребують невеликого тиску, і вони забезпечують метан тільки при постійному тиску, що може призводити до: а) втрат потужності при швидкому прискоренні; б) надмірного споживання палива, коли під час руху потрібний помірний тиск, наприклад, при постійній швидкості або при особливо сприятливих умовах руху. Приклад редуктора розкритий в патенті US 4 534 913 (автор - Bathe John G), де описаний регулятор-редуктор тиску для двигунів внутрішнього згоряння, який не вирішує проблем механічної простоти, швидкодії і точності регулювання регулятором. В патенті FR 2 859 502 описана карбюраторна збірка, яка має карбюратор і прискорюючу помпу. 1 UA 109708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В патенті ЕР 0 248 411 описана збірка для двигунів внутрішнього згоряння, яка має діафрагму, камеру регулювання тиску, клапанне гніздо в камері регулювання тиску. Пристрої за патентами FR 2 859 502 і ЕР 0 248 411 відрізняються від описаного в пункті 1 формули даного винаходу і не мають ознак цього пункту 1. Опис винаходу Об'єктом винаходу є редуктор-регулятор тиску для подачі метану або інших подібних палив в двигуни внутрішнього згоряння, в якому механічних компонентів є надзвичайно мало і по суті вони включають тільки зворотну пружину елементу, відкриття/закриття втікання палива в камеру, з якої паливо подають в систему подачі палива в двигун. Корпус редуктора-регулятора за винаходом розділений на три камери, які з'єднані трубопроводами і/або пристроями, що дозволяють відкриття/закриття отвору для пропуску метану, так що всередині камери, з якої метан подають в систему подачі палива двигуна, тиск, потрібний для правильної роботи двигуна, є завжди доступний, навіть, якщо тиск метану в баку (баках) знаходиться на максимумі або зменшений після споживання, або у випадку потреб системи подачі палива в двигун при раптовому прискоренні. Редуктор-регулятор тиску за винаходом забезпечує, що стиснений метан, який приходить з баку, направляється в першу камеру, з якої, з допомогою клапана регулювання тиску, який регулюється електронним пристроєм регулювання, метан вводять у другу меншу камеру, яка відділена від камери для направлення метану в двигун еластичною діафрагмою, яка має велику поверхню; метан вводять в меншу камеру під тиском, спроможним вигнути еластичну діафрагму, яка, через шток, регулює відкриття отвору, що сполучає вхідну камеру для метану і камеру, яка розподіляє метан до системи подачі палива в двигун. Як було зазначено, друга менша камера відділена від камери розподілення метану в двигун еластичною діафрагмою, яка вигинається під тиском метану, який присутній у другій меншій камері, коли тиск метану всередині камери розподілення метану в систему подачі палива в двигун зменшується в зв'язку з раптовою потребою потужності двигуна, наприклад, при раптовому прискоренні. Еластична діафрагма тисне на шток в отворі на стінці, яка відокремлює камеру розподілення метану в систему подачі палива в двигун від камери, яка вміщує метан з баку (баків); так як шток переміщується, то це спричиняє відхід засобу закриття і вивільнення отвору, крізь який метан тече безпосередньо і одразу в камеру, з якої він направляється в систему подачі палива в двигун, поки ця потреба в паливі не закінчується або поки тиск всередині другої камери не стає рівним тиску всередині камери, з якої метан направляється в систему подачі палива в двигун. Як тільки потреба в паливі закінчена, еластична діафрагма повертається у вихідне положення, тягне шток і таким чином засіб закриття блокує отвір сполучення і зупиняє пропуск метану з допомогою дії пружини. Щоб дозволити вигин еластичної діафрагми, а тому і зміщення штоку, кінець якого виконаний як одне ціле з клапаном, який дозволяє або попереджає відкриття/закриття отвору, поверхня еластичної діаграми є пропорційно більшою, ніж поверхня клапану. Для повторного збалансування тиску між меншою камерою і камерою розподілення метану в систему подачі палива в двигун є трубопровід, який може мати двопозиційний/регулюючий клапан, який регулюється електронним регулюючим пристроєм, і прийнятних розмірів звужену ділянку, щоб дозволити поступове падіння тиску метану між меншою камерою і камерою розподілення метану в систему подачі палива в двигун. Альтернативно, трубопровід може мати тільки двохпозиційний/регулюючий клапан, який регулюється електронним регулюючим пристроєм. Опис креслень Регулятор-редуктор тиску для подачі метану в двигуни внутрішнього згоряння за винаходом буде описаний з посиланням на приєднані креслення, на яких: на фіг. 1 показане схематичне втілення можливої реалізації, яке не є обмежуючим, на фіг. 2 показаний варіант втілення на фіг. 1. Опис втілення З посиланням на прикладені креслення, регулятор-редуктор для подачі метану в двигуни внутрішнього згоряння за винаходом складається з: - корпусу 1, який розділений на три камери: - камеру 2, в яку поступає метан з баку, - меншу камеру 3, в яку поступає метан з камери 2, - більшу камеру 4, в яку поступає метан з камери 3 і, в залежності від потреб двигуна, з камери 2 і відправляється до системи подачі палива в двигун. 2 UA 109708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Крім корпусу 1, розділеного на три камери 2, 3, 4, регулятор-редуктор має: - трубопровід 2а високого тиску для подачі метану з камери 2 в камеру З, - клапан 5 регулювання тиску при високому тиску для подачі метану в камеру З, - електронний регулюючий пристрій 6 для регулювання подачі метану в камеру З, - еластичну діафрагму 7, яка відділяє камеру 3 від камери 4; ця еластична діафрагма має пропорційно більшу поверхню, ніж поверхня клапану, який розташований всередині камери 2 і переміщуваний від еластичної діафрагми 7 з допомогою штока; функцією зазначеного клапана є відкриття і закриття отвору для пропуску метану з камери 2 в камеру 4, - шток 8, виконаний як одне ціле з еластичною діафрагмою 7 на одному боці і з клапаном 9 на іншому боці; шток 8 має таку довжину, що, коли еластична діафрагма 7 знаходиться в неробочому положенні, то клапан 9 повністю прилягає до стінок отвору 10, який з'єднує камеру 4 з камерою 2; зазначені стінки отвору 10 мають прокладку або ущільнення типу метал до металу, - пружний засіб 11 протилежного тиску, для повернення клапана 9 в його закрите положення, - трубопровід 12, який з'єднує камеру 3 з камерою 4 і який має пристрої, прийнятні для регулювання або зупинки пропуску метану, - звужену ділянку 13 у трубопроводі 12 і/або двопозиційний/регулюючий електромагнітний клапан 19 як регулюючі елементи пропуску метану, - отвір 14, який дозволяє подачу метану в камеру 2 з баку (баків), - отвір 15, який дозволяє подачу метану в систему подачі палива двигуна, - двопозиційний клапан 16 на трубопроводі подачі метану з баку (баків), - датчик 17 тиску між трубопроводом подачі метану до системи подачі палива двигуна і електронним регулюючим пристроєм 6, який регулює клапан 5 регулювання тиску подачі метану в камеру 3 і двопозиційний/регулюючий клапан 19, - отвір 18 для подачі метану в камеру 3 від клапана 5 регулювання тиску. Робота регулятора-редуктора за винаходом буде описана нижче. В камеру 2 корпусу 1 регулятор-редуктора поступає крізь отвір 14 метан, який приходить з баку (баків) під тиском, який є пропорційним рівню завантаження баку, приблизно 220 бар при повному баку і приблизно 10 бар при майже пустому баку. З допомогою трубопроводу 2а подачі і клапану 5 регулювання високого тиску, який регулюється електронним регулюючим пристроєм 6, що відслідковує споживання газу двигуном через датчик 17 тиску, метан направляється з камери 2 в камеру 3, яка є дуже малого розміру. В камері 3, завдяки малому розміру, тиск, потрібний для відкриття клапана 9, досягається швидко і легко. Камера 3 і камера 4 сполучені трубопроводом 12, який має пристрої, прийнятні для дроселювання або запобігання пропуску метану, причому, зазначені пристрої, в залежності від комплектації, мають двопозиційний/регулюючий клапан 19 і можливу звужену ділянку 13. Двопозиційний/регулюючий клапан 19 отримує сигнали на відкриття/закриття від електронного регулюючого пристрою 6, який обробляє дані, які отримує від датчика 17 тиску, таким чином попереджаючи проходження метану, коли тиск всередині камери 4 перевищує наперед визначений робочий тиск в системі подачі палива двигуна або дроселює тиск так, щоб підтримувати його постійним під час роботи (фіг. 2). Додатково до двопозиційного/регулюючого клапану 19 на трубопроводі 12 може бути встановлена калібрована звужена ділянка 13, щоб обмежити застосування клапану 19 для потреб закриття (фіг. 1). Коли тиск в середині камери 4, визначений з допомогою датчика 17 тиску, раптово падає, наприклад, при збільшеній потребі для двигуна, клапан 5 регулювання тиску, який регулюється електронікою пристрою 6, впорскує метан в камеру 3, в якій швидко досягається тиск, потрібний для вигину еластичної діафрагми 7, яка тисне на шток 8, внаслідок чого відбувається відхід клапана 9 від стінок отвору 10 і направлення потоку метану з камери 2 в камеру 4 в потрібній кількості. Як тільки споживання компенсоване і тиск всередині камери 4 повернувся до наперед визначених величин, еластична діафрагма 7 повертається у своє неробоче положення, тягне назад шток 8 і клапан 9, який закриває отвір 10, під дією тиску в камері 2 і пружного засобу, наприклад, пружини 11. Двопозиційний/регулюючий клапан 19 закривають з допомогою електронного регулюючого пристрою 6, коли датчик 17 тиску визначить високу потребу палива для використання, це стає причиною того, що всередині камери 3, яка, як було зазначено, має дуже малий розмір, тиск, потрібний для вигину еластичної діафрагми 7, швидко досягається і відбувається переміщення 3 UA 109708 C2 5 10 штоку 8 і клапану 9, внаслідок чого відбувається швидке відкриття отвору 10 і проходження метану з камери 2 в камеру 4. Наявність звуженої ділянки 13 і/або двопозиційного клапана на трубопроводі 12, який з'єднує камери 3 і 4, дозволяє і, як було зазначено, досягти швидкого підняття тиску всередині камери 4, у взаємодії з іншими присутніми пристроями, щоб задовольнити запит на паливо при раптовому підвищенні навантаження і кількості обертів двигуна, і залишати тиск всередині камери 4 на мінімальному рівні, навіть нижче 1 бара, коли запит на паливо для двигуна є мінімальним при сприятливих умовах руху. Можливість автоматичного настроювання підвищення тиску подачі палива і регулювання мінімального тиску подачі метанового газу в двигун не може бути забезпечена існуючими редукторами-регуляторами тиску, які є на ринку і настроювання тиску подачі палива яких здійснює виробник. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Регулятор-редуктор тиску для подачі метану в двигун внутрішнього згоряння, який відрізняється тим, що має: корпус (1), розділений на три камери (2, 3 і 4), кожна з яких має три різні внутрішні об'єми, причому камера (3) має менший об'єм, ніж камера (2), а камера (2) має менший об'єм, ніж камера (4); трубопровід для подачі метану з бака або баків до камери (2) крізь отвір (14) у стінці камери (2); двопозиційний клапан (16) для метану, що виходить з бака або баків; з'єднальний трубопровід (2а) від камери (2) до камери (3); клапан (5) регулювання тиску на з'єднальному трубопроводі (2а); з'єднальний трубопровід (12) від камери (3) до камери (4); пристрої регулювання і/або закриття з'єднувального трубопроводу (12); отвір (10) для пропуску метану між камерою (2) і камерою (4); клапан (9) для відкриття і закриття отвору (10) пропуску метану між камерою (2) і камерою (4), який з'єднаний зі штоком (8), що має протилежний кінець, виконаний як одне ціле з еластичною діафрагмою (7); причому еластична діафрагма (7) відділяє камеру (3) від камери (4) і має пропорційно більшу поверхню, ніж поверхня клапана (9), який відкриває і закриває отвір (10) пропуску метану між камерою (2) і камерою (4); пружний засіб (11), який разом з тиском метану в камері (2) утримує клапан (9) прилеглим до отвору (10); отвір (15) в камері (4) для подачі метану в двигун; датчик (17) тиску, розташований на з'єднанні з системою подачі палива в двигун; електронний регулюючий пристрій (6), який з'єднаний з датчиком (17) тиску, пристроями регулювання і закриття з'єднувального трубопроводу (12) та з клапаном (5) регулювання тиску, при цьому, під час застосування: тиск газу метану всередині камери (2) є рівним тиску в баку або баках; тиск газу метану всередині камери (3) є рівним або нижче, ніж тиск всередині камери (2); тиск газу метану всередині камери (3) є рівним або вище, ніж тиск всередині камери (4); тиск газу метану всередині камери (4) є рівним тиску, який потрібний для подачі в двигун. 2. Регулятор-редуктор тиску за п. 1, який відрізняється тим, що виконаний з можливістю підтримання тиску метану в камері (4) рівним тиску, який потрібний для подачі метану в двигун, за допомогою: безперервного регулювання тиску метану всередині камери (3), який безперервно змінюється клапаном (5) регулювання тиску на запит електронного регулюючого пристрою (6), який отримує дані від датчика (17) тиску про тиск, потрібний для застосування; з'єднувального трубопроводу (12), який має пристрої регулювання і закриття сполучення камери (3) з камерою (4); припливу метану з камери (2) в камеру (4), коли тиск метану в камері (3) є вищий, ніж тиск метану в камері (4), на таку величину, що забезпечує вигин еластичної діафрагми (7), переміщення штоком (8) клапана (9) від отвору (10), долаючи опір тиску метану в камері (2) і пружного засобу (11), таким чином дозволяючи прямий приплив метану з камери (2) в камеру (4). 3. Регулятор-редуктор тиску за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що виконаний з можливістю встановлення часу відкриття і закриття клапану регулювання тиску електронним 4 UA 109708 C2 5 10 15 20 25 30 регулюючим пристроєм (6) у відповідності до величин тиску, потрібних для роботи двигуна, які визначають датчиком (17) тиску. 4. Регулятор-редуктор тиску за п. 1, який відрізняється тим, що має прокладки для ущільнення, які виконані як ущільнення типу метал-до-металу та зафіксовані всередині їх гнізд. 5. Регулятор-редуктор тиску за п. 1, який відрізняється тим, що має прокладки для ущільнення, які виконані як ущільнюючі кільця та зафіксовані в їх гніздах. 6. Регулятор-редуктор тиску за п. 1, який відрізняється тим, що шток (8) виконаний як одне ціле з еластичною діафрагмою (7) на одному боці та з клапаном (9) на іншому боці, при цьому зазначений шток (8) має таку довжину, що, коли еластична діафрагма (7) є у своєму неробочому положенні, клапан (9) повністю прилягає до стінок отвору (10), який з'єднує камеру (4) з камерою (2), причому зазначені стінки отвору (10) забезпечені прокладками або ущільненнями типу матал-до-металу. 7. Регулятор-редуктор тиску за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що пристрої регулювання і перекриття тиску метану в трубопроводі (12), який з'єднує камеру (3) з камерою (4), складаються з двопозиційного клапану (19), який розташований на трубопроводі (12) і з'єднаний з електронним регулюючим пристроєм (6). 8. Регулятор-редуктор тиску за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що пристрої регулювання і перекриття тиску метану в трубопроводі (12), який з'єднує камеру (3) з камерою (4), складаються з двопозиційного клапану (19), який розташований на трубопроводі (12) і з'єднаний з електронним регулюючим пристроєм (6), і звуженої ділянки (13), яка дроселює потік метану. 9. Регулятор-редуктор тиску за одним із пп. 1, 2, 7 або 8, який відрізняється тим, що виконаний з можливістю закриття двопозиціиного клапану (19) на трубопроводі (12), який з'єднує камеру (3) з камерою (4), дозволяючи таким чином досягти швидкого зростання тиску в камері (3), вигину еластичної діафрагми (7) і переміщення штоку (8), наслідком чого є відкриття отвору (10) і зростання тиску метану в камері (4), у взаємодії з іншими наявними пристроями, на запит, що надходить при раптовому зростанні навантаження і кількості обертів двигуна. 10. Регулятор-редуктор тиску за п. 1, який відрізняється тим, що пристрої регулювання і/або закриття трубопроводу (12) мають можливість збереження тиску метану в камері (4) на мінімальних рівнях, отже навіть нижче ніж 1 бар, коли запит двигуна на паливо є мінімальним, тому що дорожні умови є надзвичайно сприятливими. 5 UA 109708 C2 6 UA 109708 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7