RU1777630C - Система питани двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Использование: двигателестроение, ус- тройства дл  регулировани  двигателей внутреннего сгорани  (ДВС), работающих одновременно на нескольких видах топлива . Сущность изобретени : система питани  ДВС помимо стандартных элементов питани  газовым и дизельным топливом содержит редуктор-регул тор расхода газа, состо щий из редуктора низкого давлени  А, который через клапан 4 подсоединен к газовому резервуару 27, и регул тора расхода газа В, соединенного с полостью низкого

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  регулировани  двигателей внутреннего сгорани  (ДВС), работающих одновременно на нескольких видах топлива.

Система может быть использована в двигателестроении.

Известна система питани  ДВС (см. журнал Химическа  технологи , 1989, №6, с. 45-47), содержаща  регул тор и топливный насос высокого давлени , рейка которого и двуплечий рычаг регул тора кинематически соединены с главным рычагом регул тора, соединенного с управл ющим золотником гидроусилител  и воздействующего на газовую и воздушные заслонки. Благодар  этому при работе двигател  по газодизельному циклу регул тор может воздействовать либо только на подачу газа при неподвижной рейке топливного насоса, отрегулированного на подачу небольшой запальной дозы дизельного топлива , либо одновременно на подачу газа и дизельного топлива. Газовоздушна  смесь в газодизель поступает на вход в турбокомпрессор под действием создаваемого ими разрежени ,

Недостатком известной системы питани  газодизел   вл етс  то, что подача газовоздушной смеси на вход в турбокомпрессор снижает давление наддува, так как плотность газовоздушной смеси ниже, чем плотность воздуха (по данным испытани м - см. там же), давление наддува газовоздушной смеси 30-40 кПа вместо 60-95 кПа по технической характеристике дизел  (двигатель ЯМЗ-240Н1), а это ведет к снижению массового наполнени  цилиндров и как результат - снижает эффективную мощность двигател  с турбонаддувом при работе его по газодизельному циклу. Кроме этого, в данной системе питани  неэффективно используетс  давление сжатого газа. Давление газа, содержащегос  в резервуаре (баллоне) под давлением 20 МПа, сначала понижают до давлени , близкого к атмосферному , а затем оп ть сжимают в компрессоре , на что затрачиваетс  значительна  часть энергии, а также газ, поступающий на вход в компрессор, нагреваетс  от гор чих

стенок компрессора, увеличива сь в объеме , снижает эффективность работы компрессора , то есть снижаетс  давление наддува.

Недостатком известной системы питани  двигател  с турбонаддувом  вл етс  низка  удельна  мощность двигател  при работе его по газодизельному циклу.

Известна система питани  двигател  внутреннего сгорани , обеспечивающа 

подачу газового топлива во впускной трубопровод под давлением (авт. св. № 137743, кл. F 02 М 21/02), выбранна  в качестве прототипа. Она содержит установленный на впускном коллекторе двигател  карбюратоpa-смесител , в корпусе которого выполнен диффузор и установлены эжектор и дроссельна  заслонка, кинематически св занна  с педалью акселератора. Система содержит также регул тор (пневморегул тор ) расход газа, состо щий из корпуса, внутри которого установлена мала  диафрагма , жестко закрепленна  на штоке, который через рычаг соединен с клапаном, На этом же штоке установлена больша  диафрагма . К корпусу регул тора (пневморегул - тора) расхода газа прикреплена крышка с регулировочным винтом. Крышка со стенками корпуса и большой диафрагмой образуют сообщенную с атмосферой атмосферную

полость, внутри которой установлена пружина .

Корпус, больша  и мала  диафрагмы образуют полость управл ющего давлени  (полость низкого давлени ), котора  каналом сообщена с диффузором. Корпус, мала  диафрагма и клапан образуют полость переменного давлени  (полость высокого давлени ), вход в которую через клапан, канал, фильтр с электромагнитным клапаном и ре5 дуктор высокого давлени  (редуктор) соединен с газовым резервуаром (баллоном), а выход из нее каналом соединен с пнев- моклапаном, включающим корпус, внутри которого установлена диафрагма, и прикрепленную к нему крышку. Между диафрагмой и крышкой установлена пружина. Крышка и диафрагма пневмоклапана образуют вакуумную полость, котора  каналом сообщена с задроссельным пространством карбюратора-смесител . А корпус и диафрагма пневмоклапана образуют рабочую полость, вход в которую через клапан и канал соединен с полостью переменного давлени  (полостью высокого давлени ) регул тора (пневморегул тора) расхода газа , а выход - через канал с эжектором.

Недостатком известной системы питани  двигателей с подачей газа во впускной трубопровод под давлением  вл етс  низка  надежность в работе двигателей с наддувом , работающих по газодизельному циклу, так как данна  система не обеспечивает соответствующего расхода воздуха и газового топлива в зависимости от режима работы газодизел  с наддувом.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности в работе ДВС с наддувом, работающих по газодизельному циклу.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в системе питани  двигател  внутреннего сгорани  с турбонаддувом, содержащей газовый резервуар, впускной трубопровод двигател  с диффузором, газовую магистраль , регул тор расхода газа, соединенный с газовым резервуаром через газовую магистраль и выполненный в виде корпуса с закрепленными в нем соосными большой и малой диафрагмами, жестко св занными между собой и с клапаном, образующими совместно с корпусом и между собой полость управл ющего давлени , сообщенную с диффузором, причем мала  диафрагма совместно с корпусом образует полость переменного давлени , сообщенную с впускным трубопроводом после диффузора и турбокомпрессора, согласно изобретению регул тор расхода газа снабжен дополнительной диафрагмой, установленной соосно с большой диафрагмой и жестко св занной с последней с образованием между ними и корпусом полости разрежени , св занной с впускным трубопроводом до диффузора, а с днищем корпуса - полости магистрального давлени , сообщенной с впускным трубопроводом после турбокомпрессора, и газовым редуктором низкого давлени , вход которого сообщен с газовой магистралью, а выход - с полостью переменного давлени , причем диаметр дополнительной диафрагмы равен диаметру

малой диафрагмы и диафрагмы жестко св заны с клапаном, установленным на выходе редуктора низкого давлени .

На чертеже изображена обща  схема 5 описываемой системы питани  ДВС.

Она содержит редуктор-регул тор, включенный в магистраль газового топлива и включающий редуктор низкого давлени  А и регул тора расхода газа В. Редуктор низ0 кого давлени  А содержит корпус 1 и расположенную внутри него рабочую диафрагму 2, св занную рычагом 3 с клапаном 4. Корпус 1 и рабоча  диафрагма 2 совместно с клапаном 4 образуют полость низкого дав5 лени  5. Регул тор расхода газа В включает корпус 6, внутри которого расположен вакуумный разгружатель 7, содержащий кожух 8 и прикрепленную в нему кольцевую диаф-, рагму 9. Между кожухом 8 и кольцевой ди0 афрагмой 9 установлена пружина 10. Кожух 8 и кольцева  диафрагма 9 образуют вакуумную полость 11. На верхней части кожуха 8 закреплена мала  диафрагма 12, жестко соединенна  со штоком 13, св занна  рыча5 гом 14с клапаном 15 и образующа  с корпусом 6 регул тора расхода газа В полость переменного давлени  16.

На штоке 13 закреплена соосно малой диафрагме 12 больша  диафрагма 17, котрQ ра  совместно с малой диафрагмой 12, корпусом 6 и кожухом 8 образует полость управл ющего давлени  18. На этом же штоке 13 установлена дополнительна  диафрагма 19, равна  по диаметру малой диафрагме

5 12 и образующа  полость разрежени  20. К корпусу 6 регул тора расхода газа В прикреплена крышка 21, внутри которой установлена пружина 22. Крышка 21 и дополнительна  диафрагма 19 образуют поQ лость магистрального давлени  23. Полость низкого давлени  5 через клапан 4, канал 24, фильтр с электромагнитным клапаном 25 и редуктор высокого давлени  26 сообщена с газовым резервуаром 27. Полость перемен5 чого давлени  16 каналом 28 через газовый дозатор 29 соединена с впускным коллекто- ром 30 цилиндра 31 двигател . Полость магистрального давлени  23 каналом 32 также соединена с впускным коллектором 30. На

п впускном коллекторе 30 установлен компрессор 33, который каналом 34 сообщен с впускным трубопроводом 35, на котором закреплен воздушный фильтр 36. Внутри впускного трубопровода 35 после воздушного фильтра 36 выполнен диффузор 37. горловина которого каналом 38 сообщена с вакуумной полостью 11,а каналом 39 - с полостью управл ющего давлени  18. Полость разрежени  20 каналом 40 сообщена с впускным трубопроводом 35. Газовый дозатор 29 ки5

нематически соединен с педалью акселератора 41 (элементы системы питани  двигател  дизельным топливом на чертеже не показаны, так как они аналогичны существующим ).

Система работает следующим образом .

При работе двигател  в газодизельном режиме в зоне рабочих частот вращени  разрежение из диффузора 37 впускного трубопровода 35 передаетс  в полость управл ющего давлени  18 регул тора расхода газа В и вследствие разности площадей диафрагм 12 и 17 создаетс  усилие, которое совместно с усилием, создаваемым давлением в полости магистрального давлени  23 на диафрагме 19, преодолева  усилие пружины 22, открывает клапан 15 и газовое топливо через полость переменного давлени  16, канал 28, газовый дозатор 29 поступает во впускной коллектор 30 двигател , куда одновременно поступает воздух после компрессора 33. При этом полость разрежени  20 через канал 40 сообщена с впускным трубопроводом 35 после воздушного фильтра 36, благодар  чему давление в полости переменного давлени  16 зависит от давлени  воздуха после турбокомпрессора 33 и от сопротивлени  воздушного фильтра 36, что и необходимо.

Докажем, что за вл ема  система питани  обеспечивает соответствие между расходом воздуха и расходом газа, то есть обеспечивает работоспособность дизельного двигател  с наддувом при работе его по газодизельному циклу.

Давление газа в полости переменного давлени  16 будет характеризоватьс  уравнением

Рг Fi2 - Рд Fi2 + Рд Fi - Рн Fi7+ + Рн Fig-PK Fis 0,(1)

где Pr - абсолютное давление газового топлива в полости переменного давлени ;

Рд - абсолютное давление в диффузоре;

Рн - абсолютное давление во впускном трубопроводе после фильтра;

Рк - абсолютное давление за компрессором ,

Fi2, Fi, Fig - площади соответственно диафрагм 12, 17 и 19.

После преобразовани  уравнени  (1) и име  в виду, что Fi2 Fig, получим

ИЛИ Рг - Рк (Рн - Рд)

F-I7 - F12 F12

(3)

Запишем выражение дл  коэффициента избытка воздуха а.

а -

Gr Lo

(4)

где LQ- теоретически необходимое количе- ство воздуха дл  полного сгорани  топлива;

Ge. Gr - действительные расходы соответственно воздуха и газового топлива.

15 GB (Od igpe

Gr Шг fr /Or,

(5) (6)

где Шв, ok - скорости соответственно воздуха в горловине диффузора и газового топлива в дросселе газового дозатора (в щели между дроссельной заслонкой и каналом газового дозатора);

тд, fr - площади соответственно горловины диффузора и дроссел  газового дозатора;

Pa . рг плотности соответственно воздуха в горловине диффузора и газового топлива в дросселе газового дозатора.

при небольшой разнице давлений (Рн - Рд) и (Рк - Рн) (до 2000 мм вод. ст.) воздух и газовое топливо можно рассматривать как несжимаемую среду и скорости их потоков в горловине диффузора и дроссел  газового

дозатора запишутс 

о Рн Рд

.

А

(7)

40„ Рг - Рк

( 2 гт Гк

А

(8)

где //д, fir - коэффициенты скорости соответственно в диффузоре и дросселе газового дозатора.

Подставл   значени  скорости (7) и (8) соответственно в (5) и (6), а полученные значени  расходов воздуха и газового топлива - в (4) и произвед  Преобразовани , будем иметь

а

- д Рь . -1 Lo fir fr

РН Рд .

Рг-Рк

О)

(Рг-Рк)Р12(Рн-РдХР17-Р12)

(2)

Учитыва , что тд, Lo и fir - величины посто нные, а значени  плотностей рв и

РГ дл  каждой частоты вращени  также остаютс  посто нными, то

РВ const B(1Q)

U А

С учетом выражений (10) и (3) уравнение (9) перепишетс 

(Рн-Рд)

(Рн-Рд)Р17-р12

: (11)

F12

или

F12

FIT - Fi2

(12)

Так как площади диафрагм Fi2 и FI величины посто нные, то уравнение (12) запишетс 

а

с

fr

(13)

где с - посто нный коэффициент дл  каждой частоты вращени 

с В

Fw

FI - Fi2

(14)

Зависимость (13) показывает, что при неизменной любой частоте вращени  во всем диапазоне нагрузок коэффициент избытка воздуха однозначно определ етс  только открытием дроссельной заслонки газового дозатора, то есть площадью образуемого дроссел  fr и не зависит ни от сопротивлени  воздушного фильтра, ни от давлени  за компрессором (коррекци  подачи газового топлива в зависимости от сопротивлени  воздушного фильтра и давлени  за компрессором).

Если пренебречь вли нием отношеРв ни  при переходе на другие частоты

А вращени , что не внесет значительной

ошибки, то зависимость (13) справедлива дл  всего диапазона режимов работы двигател .

Таким образом, за вл ема  система питани  обеспечивает подачу газового топлива во впускной коллектор двигател  (за компрессором) пропорциональную расходу воздуха (частоте вращени ) и открытию дроссельной заслонки газового дозатора,

независимо от давлени , создаваемого компрессором . Кроме обеспечени  надежности в работе двигател  с наддувом, работающего по газодизельному циклу во всех диапазонах скоростных и нагрузочных режимов.

это приводит к следующим преимуществам:

уменьшает работу, затрачиваемую в

компрессор, так как газовое топливо в нем

не сжимаетс , что повышает экономичность

двигател ;

снижает температуру гэзовоздушной смеси на входе в цилиндры благодар  смешению сжатого гор чего воздуха после компрессора с холодным газовым топливом, что

повышает его антидетонационную стойкость и улучшает надежности двигател  в работе.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Система питани  двигател  внутреннего сгорани  с турбонаддувом, содержаща  газовый резервуар, впускной трубопровод двигател  с диффузором, газовую магистраль , регул тор расхода газа, соединенный с газовым резервуаром через газовую магистраль и выполненный в виде корпуса с закрепленными в нем соосными большой и малой диафрагмами, жестко св занными

   между собой и с клапаном, образующими совместно с корпусом и между собой полость управл ющего давлени , сообщенную с диффузором, причем мала  диафрагма совместно с корпусом образует полость переменнрго давлени , сообщенную с впускным трубопроводом после диффузора и турбокомпрессора , отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности работы, регул тор расхода газа снабжен дополнительной диафрагмой, установленный соосно большой диафрагмой и жестко св занной с последней с образованием между ними и корпусом полости разрежени , св занной с впускным трубопроводом до диффузора, а с

   днищем корпуса - полости магистрального давлени , сообщенный с впускным трубоп- роводом после турбокомпрессора, и газовым редуктором низкого давлени , вход которого сообщен с газовой магистралью, а

   выход - с полостью переменного давлени , причем диаметр дополнительной диафрагмы равен диаметру малой диафрагмы, и диафрагмы жестко св заны с клапаном, установленным на выходе редуктора низкого давлени .