RU160771U1

RU160771U1 - GAS DIESEL POWER SYSTEM

Info

Publication number: RU160771U1
Application number: RU2015153011/11U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Степанович Савельев; Максим Николаевич Кочетков; Евгений Валентинович Овчинников; Алексей Владимирович Родионов; Александр Владимирович Родионов; Сергей Юрьевич Уютов; Виктор Владимирович Фурман
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2016-03-27

Abstract

Система питания газодизеля, содержащая линию подачи газа, связывающую источник газового топлива с впускным коллектором двигателя, линию питания жидким топливом с насосом высокого давления, отличающаяся тем, что она снабжена электронным блоком управления, управляющим исполнительным устройством насоса высокого давления, механически связанным с рейкой топливного насоса высокого давления, электромагнитными клапанами подачи газа в цилиндры двигателя, исполнительным устройством управления заслонкой перепуска отработавших газов из выпускного коллектора во впускной в соответствии с входящими сигналами от датчиков температуры охлаждающей жидкости, отработавших газов, воздуха, давления газа, положения рейки подачи топлива, частоты вращения коленчатого вала, положения верхней мертвой точки, детонации, расхода воздуха, электронной педали подачи топлива, ручного регулятора подачи топлива, переключателя режима «Дизель-Газодизель», переключателя «Ручной-Автоматический».A gas-diesel supply system comprising a gas supply line connecting a gas fuel source to an engine intake manifold, a liquid fuel supply line with a high pressure pump, characterized in that it is equipped with an electronic control unit controlling an actuator of the high pressure pump mechanically connected to the fuel pump rail high pressure solenoid valves for supplying gas to the engine cylinders, an actuator for controlling the exhaust gas bypass valve in the intake manifold in accordance with the input signals from the sensors of the coolant temperature, exhaust gases, air, gas pressure, fuel rail position, crankshaft speed, top dead center position, detonation, air flow, electronic fuel pedal, manual regulator fuel supply, switch mode "Diesel-Gas diesel", switch "Manual-Automatic".

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к системам питания дизелей жидким и газообразным топливом, в частности сжиженным углеводородным газом и может использоваться в системах питания двигателей внутреннего сгорания работающих на газомоторных топливах, таких как сжиженные углеводородные топлива, природный газ и другие.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to internal combustion engines, and in particular to diesel and liquid fuel systems, in particular liquefied petroleum gas, and can be used in power systems of internal combustion engines operating on gas engine fuels, such as liquefied hydrocarbon fuels, natural gas and others.

Известна система питания двигателей жидким и газообразным топливом, содержащая всасывающий коллектор, который содержит подключенную к нему линию подачи газообразного топлива, которая состоит из последовательно соединенных баллона, вентиля, испарителя, газового редуктора, подпружиненного приводного регулятора подачи газа, также содержит линию низкого давления подачи жидкого топлива имеющую, в частности, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, на насосе высокого давления установлен центробежный регулятор, имеющий рычаг, главную пружину, связанную с рычагом управления, который через тягу с прорезью ограничения свободного хода и пружиной связан с рейкой топливного насоса высокого давления которая связана с элементом который имеет ограничение перемещения благодаря подвижному упору, дополнительно имеет подсистему регулирования подачи газа в виде золотникового распределителя, подпружиненного мембранного исполнительного механизма, кинематически соединенного с регулятором подачи газа, при этом золотниковый распределитель имеет подвижный золотник, связанный с рычагом регулятора, и подвижную втулку, связанную с рычагом, в корпусе золотникового распределителя и втулке имеются каналы, имеющие возможность сообщения с каналом золотника, связанного через дроссель с каналом слива и далее сливной магистралью, каналы золотника также имеют возможность сообщения с перепускным каналом, а через него с исполнительным механизмом или каналом слива, каналы сообщены с выходом топливоподкачивающего насоса. [А.С. №1612104, кл. F02M 43/00].A known engine power system for liquid and gaseous fuels, comprising a suction manifold, which contains a gaseous fuel supply line connected to it, which consists of a series-connected cylinder, valve, evaporator, gas gear, spring-loaded drive gas supply regulator, also contains a low pressure line for supplying liquid fuel having, in particular, a fuel priming pump, a high pressure fuel pump, a centrifugal regulator is installed on the high pressure pump, I have the main lever, the main spring connected to the control lever, which is connected through a rod with a freewheeling restriction slot and a spring to the rail of the high-pressure fuel pump which is connected to an element that has movement restriction due to the movable stop, additionally has a gas flow control subsystem in the form of a spool , a spring-loaded membrane actuator kinematically connected to the gas supply regulator, while the spool valve has a movable valve A tee connected to the regulator lever and a movable sleeve connected to the lever have spool channels in the spool valve housing and sleeve that can communicate with a spool channel connected through a throttle to a drain channel and then a drain line, and spool channels also have the ability to communicate with a bypass channel, and through it with the actuator or drain channel, the channels are in communication with the output of the fuel priming pump. [A.S. No. 1612104, class F02M 43/00].

Недостатком известной системы питания является отсутствие регулирования подачи топлива, в зависимости от возникновения детонации и методов ее снижения, их сложность или отсутствие автоматического, всережимного регулирования величины подачи газообразного топлива во впускной коллектор при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы дизеля.A disadvantage of the known power system is the lack of regulation of the fuel supply, depending on the occurrence of detonation and methods for its reduction, their complexity or the absence of automatic, all-mode regulation of the amount of gaseous fuel supplied to the intake manifold when changing the speed and load conditions of the diesel engine.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является система питания двигателя внутреннего сгорания жидким и газообразным топливом, содержащая линию подачи газа, сообщающую источник газового топлива с впускным коллектором двигателя через подпружиненный приводной регулятор подачи газа, линию питания жидким топливом с топливоподкачивающим насосом, насосом высокого давления, имеющим рейку с подвижным упором и центробежным регулятором, рычаг которого через главную пружину связан с рычагом управления и с тягой рейки с возможностью ограниченного свободного хода и подпружинен относительно ее, а также подпружиненный мембранный исполнительный механизм, кинематически связанный с регулятором подачи газа, золотниковый распределитель, имеющий подвижно установленные в корпусе втулку и золотник, подключенный с возможностью сообщения топливоподкачивающего насоса одновременно с мембранным исполнительным механизмом и через дроссель со сливом, причем золотник кинематически связан с рычагом центробежного регулятора, а втулка - обратной связью с регулятором подачи газа, система снабжена дополнительным подпружиненным мембранным механизмом, кинематически связанным с подвижным упором рейки и сообщенным с входом регулятора подачи газа, а линия подачи газа снабжена электромагнитным двухпозиционным клапаном, имеющим возможность сообщения входа регулятора подачи газа с его выходом и разобщения с источником газового топлива. [А.С. №1749531, кл. F02M 43/00, 1989].The closest technical solution to the proposed one is a power system for an internal combustion engine with liquid and gaseous fuels, comprising a gas supply line communicating a gas fuel source with an engine intake manifold through a spring-loaded gas supply drive regulator, a liquid fuel supply line with a fuel priming pump, and a high pressure pump having a rail with a movable stop and a centrifugal regulator, the lever of which is connected through the main spring to the control lever and to the rod traction with limited free-wheeling and spring-loaded relative to it, as well as a spring-loaded diaphragm actuator kinematically connected to the gas supply regulator, a spool valve having a sleeve and a spool movably mounted in the housing, connected with the possibility of communicating the fuel pump simultaneously with the diaphragm actuator and through the throttle with drain, and the spool is kinematically connected with the lever of the centrifugal regulator, and the sleeve is feedback with the feed regulator g First of all, the system is equipped with an additional spring-loaded membrane mechanism kinematically connected with the movable stop of the rail and connected to the input of the gas supply regulator, and the gas supply line is equipped with an electromagnetic on-off valve that can communicate with the gas supply regulator input with its output and disconnect with the gas fuel source. [A.S. No. 1749531, class F02M 43/00, 1989].

Недостатком известной системы является ее сложность отсутствие решения для снижения детонации при работе в режиме газодизель. Так же, применение сложных гидромеханических элементов усложняют настройку системы, кроме того, отсутствует возможность автоматического всережимного регулирования при работе на всех режимах работы двигателя.A disadvantage of the known system is its complexity; the lack of a solution to reduce detonation when operating in gas-diesel mode. Also, the use of complex hydromechanical elements complicates the adjustment of the system, in addition, there is no possibility of automatic all-mode regulation during operation at all engine operating modes.

Технической задачей полезной модели является снижение детонации при работе дизеля в газодизельном режиме, повышение надежности системы, оптимизация подачи жидкого и газообразного топлива посредством электронного управления подачей топлив при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы газодизеля и улучшение его топливной экономичности.The technical task of the utility model is to reduce detonation when the diesel engine is in the gas-diesel mode, increase the reliability of the system, optimize the supply of liquid and gaseous fuels through electronic control of the fuel supply when changing the speed and load modes of the gas diesel and improve its fuel efficiency.

Поставленная техническая задача достигается тем, что система питания газодизеля, содержащая линию подачи газа, связывающую источник газового топлива с впускным коллектором двигателя, линию питания жидким топливом с насосом высокого давления, согласно полезной модели, она снабжена электронным блоком управления, управляющим исполнительным устройством насоса высокого давления, механически связанным с рейкой топливного насоса высокого давления, электромагнитными клапанами подачи газа в цилиндры двигателя, исполнительным устройством управления заслонкой перепуска отработавших газов из выпускного коллектора во впускной в соответствии с входящими сигналами от датчиков температуры охлаждающей жидкости, отработавших газов, воздуха, давления газа, положения рейки подачи топлива, частоты вращения коленчатого вала, положения верхней мертвой точки, детонации, расхода воздуха, электронной педали подачи топлива, ручного регулятора подачи топлива, переключателя режима «Дизель-Газодизель», переключателя «Ручной-Автоматический».The stated technical problem is achieved in that the gas-diesel supply system comprising a gas supply line connecting a gas fuel source to an engine intake manifold, a liquid fuel supply line with a high pressure pump, according to a utility model, it is equipped with an electronic control unit controlling a high pressure pump actuator mechanically connected to the rail of the high-pressure fuel pump, electromagnetic valves for supplying gas to the engine cylinders, actuator control of the exhaust gas bypass valve from the exhaust manifold to the intake manifold in accordance with the input signals from the sensors of the coolant temperature, exhaust gases, air, gas pressure, fuel rail position, crankshaft speed, top dead center position, detonation, air flow, electronic fuel supply pedals, manual fuel supply regulator, “Diesel-Gas diesel” mode switch, “Manual-Automatic” switch.

Полезная модель объясняется чертежами.The utility model is explained in the drawings.

На фиг. 1 представлена система питания газодизеля.In FIG. 1 shows a gas diesel power system.

Система питания газодизеля содержит линию подачи газа, сообщающую источник газового топлива 1 с впускным коллектором 2 двигателя. Линия подачи газа содержит последовательно соединенные вентиль 3, заправочное устройство 4, запорный электромагнитный клапан 5, газовый фильтр 6, газовый редуктор 7, фильтр 8 тонкой очистки газа, электромагнитные клапаны 9 подачи газа в цилиндр двигателя.The gas-diesel supply system comprises a gas supply line communicating a gas fuel source 1 with an engine intake manifold 2. The gas supply line includes a valve 3 connected in series, a refueling device 4, a shutoff solenoid valve 5, a gas filter 6, a gas reducer 7, a fine gas filter 8, and electromagnetic valves 9 for supplying gas to the engine cylinder.

Система содержит линию питания жидким топливом, имеющую топливный бак 10, фильтр грубой очистки топлива 11, топливоподкачивающий насос 12, фильтр тонкой очистки топлива 13, топливный насос высокого давления 14, имеющего исполнительное устройство 15, форсунки 16.The system comprises a liquid fuel supply line having a fuel tank 10, a coarse fuel filter 11, a fuel priming pump 12, a fuel fine filter 13, a high pressure fuel pump 14 having an actuator 15, nozzles 16.

Система питания газодизеля содержит электронную систему регулирования подачи и переключения топлив, которая состоит из блока управления 17, получающего сигналы от датчиков температуры охлаждающей жидкости 18, отработавших газов 19, воздуха 20, давления газа 21, положения рейки подачи жидкого топлива 22, частоты вращения коленчатого вала 23, положения верхней мертвой точки 24, детонации 25, расхода воздуха 26, электронной педали подачи топлива 27, ручного регулятора подачи топлива 28, переключателя режима «Дизель-Газодизель» 29, переключателя «Ручной-Автоматический» 30.The gas diesel power supply system contains an electronic fuel supply and switching control system, which consists of a control unit 17 that receives signals from temperature sensors of the coolant 18, exhaust gases 19, air 20, gas pressure 21, the position of the fuel rail 22, the crankshaft speed 23, top dead center position 24, detonation 25, air flow 26, electronic fuel pedal 27, manual fuel control 28, diesel-gas mode switch 29, manual switch -Automatic ”30.

Система питания газодизеля содержит систему перепуска отработавших газов состоящую из исполнительного устройства 31 управления заслонкой 32 перепуска отработавших газов из выпускного коллектора 33 во впускной, установленной после воздушного фильтра 34.The gas diesel power supply system comprises an exhaust gas bypass system consisting of an actuator 31 for controlling the exhaust gas bypass valve 32 from the exhaust manifold 33 into an intake manifold installed after the air filter 34.

В качестве альтернативного топлива могут быть использованы газомоторные топлива.As an alternative fuel, gas engine fuels can be used.

Система питания газодизеля работает следующим образом.The power system of a gas diesel engine operates as follows.

При включении переключателя «Дизель-Газодизель» 29 в положение Газодизель, блок управления 17 получает сигнал о переходе режима работы в Газодизель и далее обрабатывает сигналы от датчиков температуры охлаждающей жидкости 18, давления газа 21, температуры воздуха 20, температуры отработавших газов 19, расхода воздуха 26, детонации 25, частоты вращения 23, положения верхней мертвой точки 24, ручного регулятора подачи топлива 28, педального задатчика подачи топлива 27, переключателя «ручной-педаль» 30.When the switch "Diesel-Gas diesel" 29 in the position of the Diesel, the control unit 17 receives a signal about the transition of the operating mode to Diesel and further processes the signals from the sensors of the temperature of the coolant 18, gas pressure 21, air temperature 20, exhaust gas temperature 19, air flow 26, detonation 25, rotational speed 23, top dead center position 24, manual fuel feed control 28, fuel feed pedal switch 27, manual-pedal switch 30.

Блок управления 17 открывает запорный электромагнитный клапан 5, газообразное топливо поступает от баллона к электромагнитным клапанам подачи газа 9. После достижения требуемого давления в газовой магистрали по данным с датчика давления газа 21, требуемой температуры охлаждающей жидкости по данным с датчика температуры охлаждающей жидкости 18 блок управления 17 регулирует открытие электромагнитных клапанов 9 обеспечивая подачу газового топлива. По данным с датчика положения верхней мертвой точки 24 блок управления 17 определяет время открытия электромагнитных клапанов 9 перед началом такта впуска в каждый цилиндр. По данным с датчика частоты вращения 23, блок управления 17 определяет продолжительность и величину открытия электромагнитных клапанов 9.The control unit 17 opens the shut-off solenoid valve 5, gaseous fuel flows from the cylinder to the gas solenoid valves 9. After reaching the required pressure in the gas line according to the gas pressure sensor 21, the required coolant temperature according to the data from the coolant temperature sensor 18, the control unit 17 controls the opening of the solenoid valves 9 for the supply of gas fuel. According to the data from the top dead center position sensor 24, the control unit 17 determines the opening time of the solenoid valves 9 before the start of the intake stroke into each cylinder. According to the speed sensor 23, the control unit 17 determines the duration and magnitude of the opening of the electromagnetic valves 9.

При работе в газодизельном режиме возможно возникновение явления детонации, в случае ее регистрации датчиком детонации 25 блок управления 17 при помощи исполнительного устройства 31 открывает заслонку 32 перепуская часть отработавших газов из выпускного коллектора 33 во впускной коллектор 2. В зависимости от показаний датчиков детонации 25 температуры отработавших газов 19, положения исполнительного устройства 15, частоты вращения 23, педального задатчика 27 или ручного регулятора 28 возможен перепуск отработавших газов до 50% состава рабочей смеси из выпускного коллектора 33 во впускной 2.When operating in the gas-diesel mode, a knock phenomenon may occur, if it is detected by the knock sensor 25, the control unit 17, using the actuator 31, opens the shutter 32 by passing part of the exhaust gas from the exhaust manifold 33 to the intake manifold 2. Depending on the readings of the knock sensors 25, the exhaust temperature gases 19, the position of the actuator 15, the rotational speed 23, the foot switch 27 or the manual controller 28 can bypass the exhaust gases up to 50% of the working cm B from the exhaust manifold 33 to the inlet 2.

Дополнительно блок управления 17 регулирует количество запальной дозы дизельного топлива в сторону увеличения и уменьшает подачу газового топлива до исключения явления детонации. Запальная доза дизельного топлива в зависимости от режима работы может изменяться от 5 до 40%.Additionally, the control unit 17 controls the amount of the ignition dose of diesel fuel in the direction of increase and reduces the supply of gas fuel to the exclusion of the phenomenon of detonation. The ignition dose of diesel fuel, depending on the operating mode, can vary from 5 to 40%.

При включении переключателя «Дизель-Газодизель» 29 в положение «Дизель», блок управления 17 получает сигнал о переходе режима работы в «Дизель» и далее обрабатывает сигналы от датчиков температуры охлаждающей жидкости 18, температуры воздуха 20, частоты вращения 23, положения верхней мертвой точки 24, ручного регулятора подачи топлива 28 или педального задатчика подачи топлива 27, переключателя «Ручной-Автоматический» 30.When you turn on the switch "Diesel-Gas diesel" 29 in the position "Diesel", the control unit 17 receives a signal about the transition of the operating mode to "Diesel" and then processes the signals from the sensors of the temperature of the coolant 18, air temperature 20, speed 23, the position of the upper dead point 24, the manual fuel supply controller 28 or the foot switch 27; the “Manual-Automatic” switch 30.

Блок управления 17 закрывает запорный электромагнитный клапан 5, перекрывая подачу газообразного топлива к электромагнитным клапанам 9 подачи газа. В зависимости от показаний датчиков 18 температуры охлаждающей жидкости, положения верхней мертвой точки 24, частоты вращения 23, положения педального задатчика 27 или ручного регулятора 28 блок управления 17 автоматически регулирует подачу дизельного топлива в зависимости от заданного режима работы. Система перепуска отработавших газов регулирует поступление отработавших газов из выпускного коллектора 33 при помощи исполнительного устройства 31 и заслонки 32 во впускной коллектор 2 в зависимости от режимов работы до 10%.The control unit 17 closes the shut-off solenoid valve 5, blocking the supply of gaseous fuel to the solenoid valves 9 of the gas supply. Depending on the readings of the coolant temperature sensors 18, the top dead center position 24, the rotational speed 23, the position of the foot switch 27 or the manual controller 28, the control unit 17 automatically adjusts the supply of diesel fuel depending on the specified operating mode. The exhaust gas bypass system controls the flow of exhaust gases from the exhaust manifold 33 using the actuator 31 and the damper 32 into the intake manifold 2, depending on the operating conditions, up to 10%.

Пуск двигателя производится при работе на жидком топливе, как и двигателей с обычной системой питания, при этом блок управления 17 при помощи исполнительного устройства 15 обеспечивает максимальную подачу топлива во время пуска. При достижении требуемой частоты вращения регулировка подачи топлива происходит в зависимости от выбранного режима подачи топлива. В случае выбранного режима «Газодизель» переключение на газообразное топливо происходит после обеспечения следующих условий: температура охлаждающей жидкости более 80°C (может отличаться в зависимости от модели двигателя); давление газа не менее 2,5 атм., не более 3,1 атм. (может отличаться в зависимости от используемого газа); переключатель режима «Дизель-Газодизель» в положении «Газодизель»; при частоте вращения коленчатого вала более 800 об/мин (может отличаться в зависимости от модели двигателя); возможна настройка дополнительных параметров.The engine is started when running on liquid fuel, as well as engines with a conventional power system, while the control unit 17 using the actuator 15 provides maximum fuel supply during start-up. Upon reaching the required speed, the fuel supply is adjusted depending on the selected fuel supply mode. In the case of the selected "Gas diesel" mode, switching to gaseous fuel occurs after the following conditions are met: the temperature of the coolant is more than 80 ° C (may differ depending on the engine model); gas pressure not less than 2.5 atm., not more than 3.1 atm. (may vary depending on the gas used); “Diesel-Gas-diesel” mode switch in the “Gas-diesel” position; at a crankshaft speed of more than 800 rpm (may vary depending on the engine model); possible to configure additional parameters.

В лаборатории «Двигателей и применения альтернативных топлив» ФГБНУ ВИМ изготовлен и испытан опытный образец системы питания газодизеля.In the laboratory "Engines and the use of alternative fuels" FGBNU VIM made and tested a prototype of a gas-diesel power system.

Результаты испытаний показали, что система питания газодизеля обеспечивает исключение явления детонации на всех режимах работы двигателя в газодизельном режиме, имеет более простую конструкцию, высокую надежность, автоматизированный перевод двигателя на газодизельный процесс, автоматизированную подачу жидкого и газообразного топлива посредством всережимного управления подачей при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы газодизеля, улучшает топливную экономичность двигателя за счет замещения жидкого топлива газом, снижает токсичность отработавших газов двигателя.The test results showed that the gas-diesel supply system ensures the exclusion of the detonation phenomenon at all engine operating modes in the gas-diesel mode, has a simpler design, high reliability, an automated transfer of the engine to the gas-diesel process, and automated supply of liquid and gaseous fuel by means of the all-regime supply control when changing the speed and load operating modes of a gas diesel engine, improves fuel efficiency of the engine due to the replacement of liquid fuel with gas, sn compresses engine exhaust emissions.

Claims

A gas-diesel supply system comprising a gas supply line connecting a gas fuel source to an engine intake manifold, a liquid fuel supply line with a high pressure pump, characterized in that it is equipped with an electronic control unit controlling an actuator of the high pressure pump mechanically connected to the fuel pump rail high pressure solenoid valves for supplying gas to the engine cylinders, an actuator for controlling the exhaust gas bypass valve in the intake manifold in accordance with the input signals from the sensors of the coolant temperature, exhaust gases, air, gas pressure, fuel rail position, crankshaft speed, top dead center position, detonation, air flow, electronic fuel pedal, manual regulator fuel supply, switch mode "Diesel-Gas diesel", switch "Manual-Automatic".