PL216421B1 - Reduktor ciśnienia gazu, zwłaszcza do systemów zasilania silników spalinowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest reduktor ciśnienia gazu, zwłaszcza do systemów zasilania silników spalinowych.

Doprowadzenie paliwa gazowego do kolektora dolotowego lub komory spalania silnika spalinowego musi być poprzedzone obniżeniem jego ciśnienia do nominalnych warunków pracy układu zasilania. Urządzeniem odpowiedzialnym za utrzymanie stałej wartości ciśnienia oraz wymaganego natężenia przepływu pomiędzy zbiornikami paliwa a niskociśnieniowym układem zasilania jest reduktor ciśnienia. Ponadto reduktor odpowiedzialny jest za kompensację ciśnienia w układzie zasilania w czasie wzrostu/spadku mocy silnika w momencie zwiększania/zmniejszania zapotrzebowania dawki paliwa dostarczanego do silnika. Reduktor powinien także zapewniać stabilizację termiczną przepływającego przez niego czynnika na ściśle określonym poziomie.

W zgłoszeniu patentowym polskim nr 382000 przedstawione jest urządzenie wykorzystujące elastyczną membranę oraz element sprężysty. Elementy te przy wykorzystaniu różnicy ciśnień w komorach nad oraz pod membraną oraz napięcia elementu sprężystego pozwalają na otwieranie oraz zamykanie zaworu wylotowego a tym samym otrzymanie wymaganej wartości ciśnienia na wyjściu z reduktora. Elementem sterującym jest trzpień połączony z membraną. Zmiana wartości ciśnienia na wyjściu z reduktora jest możliwa poprzez regulację napięcia wstępnego sprężyny.

Z opisu patentowego US nr 4069839 znane jest urządzenie wykorzystujące elastyczną membranę, element sprężysty oraz układ dźwigni jako główne elementy układu regulacji ciśnienia. Ruch membrany wywołany różnicą ciśnień w komorach reduktora oraz siłą sprężyny przenosi się poprzez układ dźwigni na trzpień sterujący. Na końcu trzpienia zamontowany jest element uszczelniający zawór wlotowy gazu. Regulacja ciśnienia gazu jest możliwa poprzez zmianę napięcia wstępnego sprężyny.

Istotą reduktora ciśnienia gazu, zwłaszcza do systemów zasilania silników spalinowych posiadającego membranę, kanały łączące, czujnik ciśnienia, regulator, sprężynę oraz elektrozawór, jest to że składa się z dwóch części górnej i dolnej połączonych ze sobą wzdłuż osi pionowej, obudowa górna składa się z komory wysokiego ciśnienia usytuowanej nad membraną, zaś obudowa dolna z króćcem dolotowym posiada komorę wysokiego ciśnienia usytuowaną pod membraną oraz komorę zredukowanego ciśnienia, przy czym komora wysokiego ciśnienia i komora zredukowanego ciśnienia połączone są ze sobą za pomocą dyszy głównej, zaś w obudowie dolnej w jej części dolnej znajduje się króciec wylotowy z gwintem zewnętrznym, natomiast w części środkowej membrany zamocowany jest trzpień, ze sprężyną, sterujący dyszą główną z elementem uszczelniającym, natomiast komory wysokiego ciśnienia połączone są ze sobą kanałem, a w obudowie górnej i obudowie dolnej umieszczone są przyłącza elektrozaworu, przy czym elektrozawór sterowany jest przez regulator w zamkniętej pętli toru sprzężenia zwrotnego w oparciu o sygnał napięciowy z czujnika ciśnienia umieszczonego w komorze zredukowanego ciśnienia. Pomiędzy obudową górną i obudową dolną znajduje się membrana. Regulacja wartości ciśnienia zredukowanego odbywa się poprzez elektrozawór sterowany regulatorem w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego w oparciu o sygnał napięciowy z czujnika ciśnienia umieszczonego w komorze zredukowanego ciśnienia.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że umożliwia on bezstopniową regulację ciśnienia bez zmiany parametrów mechanicznych. Zmiana wartości zredukowanego ciśnienia odbywa się poprzez zmianę wartości zadanej regulatora. Reduktor charakteryzuje się małymi gabarytami oraz małą masą, możliwa jest również łatwa wymiana lub konserwacja elementów urządzenia. Zminimalizowana liczba ruchomych elementów ogranicza prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia urządzenia. Zaletą jest także bardzo szybka reakcja urządzenia na nagłe zmiany warunków pracy całego układu. Istnieje również możliwość zastosowania reduktora w systemie zasilania dowolnym paliwem gazowym. Reduktor może także pracować w dowolnej pozycji.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku w przekroju wzdłużnym.

Reduktor ciśnienia gazu, zwłaszcza do systemów zasilania silników spalinowych składa się z dwóch części górnej 2 i dolnej 7 połączonych ze sobą wzdłuż osi 16 pionowej. Obudowa 2 górna składa się z komory 14a wysokiego ciśnienia usytuowanej nad membraną 1. Obudowa 7 dolna z króćcem 5 dolotowym posiada komorę 14b wysokiego ciśnienia usytuowaną pod membraną 1 oraz komorę 15 zredukowanego ciśnienia, przy czym komora 14b wysokiego ciśnienia i komora 15 zredukowanego ciśnienia połączone są ze sobą za pomocą dyszy 4 głównej. W obudowie 7 dolnej w jej

PL 216 421 B1 części dolnej znajduje się króciec 13 wylotowy z gwintem zewnętrznym. W części środkowej membrany 1 zamocowany jest trzpień 10 ze sprężyną 9 sterujący dyszą 4 główną z elementem 17 uszczelniającym. Komory 14a i 14b wysokiego ciśnienia połączone są ze sobą kanałem 3. W obudowie 2 górnej i obudowie 7 dolnej umieszczone są przyłącza 11 elektrozaworu 12, przy czym elektrozawór 12 sterowany jest przez regulator 8 w zamkniętej pętli toru sprzężenia zwrotnego w oparciu o sygnał napięciowy z czujnika 6 ciśnienia umieszczonego w komorze 15 zredukowanego ciśnienia. Pomiędzy obudową 2 górną i obudową 7 dolną znajduje się membrana 1. Regulacja wartości ciśnienia zredukowanego odbywa się poprzez elektrozawór 12 sterowany regulatorem 8 w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego w oparciu o sygnał napięciowy z czujnika 6 ciśnienia umieszczonego w komorze 15 zredukowanego ciśnienia.

Zasada działania urządzenia według wynalazku opiera się na regulacji wartości ciśnienia pomiędzy komorami 14a, 14b, 15 przy użyciu elektrozaworu 12 sterowanego regulatorem 8. W komorach 14a i 14b wysokiego ciśnienia przedzielonych membraną 1 wykonaną z elastycznego materiału panuje ciśnienie takie jak ciśnienie w zbiorniku paliwa. Przez przyłącze 5 dolotowe czynnik roboczy dopływa do komór 14a i 14b wysokiego ciśnienia wywierając nacisk powierzchniowy na membranę 1 reduktora z obydwu jej stron. W wyniku oddziaływania różnicy ciśnień nad i pod membraną 1 następuje jej odkształcenie i otworzenie lub zamknięcie dyszy 4 głównej. W chwili otwarcia dyszy 4 głównej następuje dopływ czynnika do komory 15 zredukowanego ciśnienia i jego rozprężenie, po czym czynnik przepływa w kierunku króćca 13 wylotowego reduktora do układu zasilania silnika. Różnicę nacisku powierzchniowego oddziaływującego ciśnienia na membranę 1 uzyskuje się poprzez obniżenie ciśnienia nad membraną 1. Spadek ciśnienia następuje w wyniku uruchomienia elektrozaworu 12 i odpływu czynnika z komory 14a wysokiego ciśnienia do komory 15 zredukowanego ciśnienia. Jeżeli w komorze 15 zredukowanego ciśnienia następuje obniżenie ciśnienia poniżej wartości zadanej wówczas elektrozawór 12 zostaje otwarty. Zadziałanie elektrozaworu 12 skutkuje odpływem czynnika z komory 14a wysokiego ciśnienia do komory 15 zredukowanego ciśnienia. Spadek ciśnienia w komorze 14a wysokiego ciśnienia powoduje odkształcenie membrany 1 i zwiększenie przelotu dyszy 4 głównej, co prowadzi do napływu czynnika do komory 15 zredukowanego ciśnienia i wzrostu ciśnienia w tej komorze. Z kolei w przypadku wzrostu ciśnienia powyżej wartości ciśnienia zadanego w komorze 15 zredukowanego ciśnienia następuje zamknięcie elektrozaworu 12. Wyłączenie z pracy elektrozaworu 12 powoduje wzrost ciśnienia w komorze 14a wysokiego ciśnienia i odkształceniem się membrany 1. Odkształcenie membrany 1 wiąże się z przysłonięciem przelotu dyszy 4 głównej przez trzpień 10 sterujący. Zamykanie zaworu wspomagane jest dodatkowo przez sprężynę 9. Różnica ciśnień oddziaływujących po obydwu stronach membrany 1 powoduje odkształcanie membrany 1 i ewentualne otwieranie lub zamykanie zaworu dyszy 4 głównej. Elementem sterującym otwieraniem oraz zamykaniem elektrozaworu 12 jest regulator 8 pracujący w zamkniętej pętli toru sprzężenia zwrotnego na podstawie wartości zadanej w oparciu o sygnał napięciowy z czujnika 6 ciśnienia umieszczonego w komorze 15 zredukowanego ciśnienia.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Reduktor ciśnienia gazu, zwłaszcza do systemów zasilania silników spalinowych posiadający membranę, kanały łączące, czujnik ciśnienia, regulator, sprężynę oraz elektrozawór, znamienny tym, że składa się z dwóch części górnej (2) i dolnej (7) połączonych ze sobą wzdłuż osi (16) pionowej, obudowa (2) górna składa się z komory (14a) wysokiego ciśnienia usytuowanej nad membraną (1) zaś obudowa (7) dolna z króćcem (5) dolotowym posiada komorę (14b) wysokiego ciśnienia usytuowaną pod membraną (1) oraz komorę (15) zredukowanego ciśnienia, przy czym komora (14b) wysokiego ciśnienia i komora (15) zredukowanego ciśnienia połączone są ze sobą za pomocą dyszy (4) głównej, zaś w obudowie (7) dolnej w jej części dolnej znajduje się króciec (13) wylotowy z gwintem zewnętrznym, natomiast w części środkowej membrany (1) zamocowany jest trzpień (10) ze sprężyną (9) sterujący dyszą (4) główną z elementem (17) uszczelniającym, natomiast komory (14a) i (14b) wysokiego ciśnienia połączone są ze sobą kanałem (3), a w obudowie (2) górnej i obudowie (7) dolnej umieszczone są przyłącza (11) elektrozaworu (12), przy czym elektrozawór (12) sterowany jest przez regulator (8) w zamkniętej pętli toru sprzężenia zwrotnego w oparciu o sygnał napięciowy z czujnika (6) ciśnienia umieszczonego w komorze (15) zredukowanego ciśnienia.

   PL 216 421 B1
2. 2. Reduktor według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy obudową (2) górną i obudową (7) dolną znajduje się membrana (1).
3. 3. Reduktor według zastrz. 1, znamienny tym, że regulacja wartości ciśnienia zredukowanego odbywa się poprzez elektrozawór (12) sterowany regulatorem (8) w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego w oparciu o sygnał napięciowy z czujnika (6) ciśnienia umieszczonego w komorze (15) zredukowanego ciśnienia.