Система питания двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, устройства для регулирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих одновременно на нескольких видах топлива . Сущность изобретения: система питания ДВС помимо стандартных элементов питания газовым и дизельным топливом содержит редуктор-регулятор расхода газа, состоящий из редуктора низкого давления А, который через клапан 4 подсоединен к газовому резервуару 27, и регулятора расхода газа В, соединенного с полостью низкого

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 02 M 21/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К ПАТЕНТУ

19

Б

Ц (21) 4875531/06 (22) 16.10,90 (46) 23.11,92. Бюл. N 43 (71) Институт газа АН УССР (72) Н.А. Дикий, А,И. Пятничко, С.И, Калачев и И,С, Вознюк. (73) Институт газа АН УССР (56) Авторское свидетельство СССР

К 1377436, кл. F 02 М 21/02, 1987. (54) СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕН Н ЕГО С ГО РАН ИЯ

Д

1

24

»!Ж«1777630 АЗ (57) Использование: двигателестроение, ус-, тройства для регулирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих одновременно на нескольких видах топлива. Сущность изобретения: система питания

ДВС помимо стандартных элементов питания газовым и дизельным топливом содержит редуктор — регулятор расхода газа, состоящий из редуктора низкого давления

А, который через клапан 4 подсоединен к газовому резервуару 27, и регулятора расхода газа 8, соединенного с полостью низкого

1777630

25 давления 5 редуктора низкого давления А через клапан 15. Регулятор расхода газа В снабжен дополнительной диафрагмой 19.

Блок диафрагм через шток 13 воздействует на рычаг 14 клапана 15, регулируя давление в полости переменного давления 16, которая через газовый дозатор 29 соединена с впускным коллектором 30 двигателя. Полость управляющего давления 18 сообщена

Изобретение относится к устройствам для регулирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих одновременно на нескольких видах топлива.

Система может быть использована в двигателестроении.

Известна система питания ДВС (см. журнал "Химическая технология", 1989, Ъ 6, с. 45-47), содержащая регулятор и топливный насос высокого давления, рейка которого и двуплечий рычаг регулятора кинематически соединены с главным рычагом регулятора, соединенного с управляющим золотником гидроусилителя и воздействующего на газовую и воздушные заслонки. Благодаря этому при работе двигателя по газодизельному циклу регулятор 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. Газовоздушная смесь в газодизель поступает на вход в турбокомпрессор под действием создаваемого ими разрежения, Недостатком известной системы питания газодизеля является то, что подача газовоздушной смеси на вход в турбокомпрессор снижает давление наддува, так как плотность газовоздушной смеси ниже, чем плотность воздуха (по данным испытаниям — см. там же), давление наддува газовоздуш-. ной смеси 30 — 40 кПа вместо 60-95 кПа по технической характеристике дизеля (двигатель ЯМ3-240Н1), а это ведет к снижению массового наполнения цилиндров и как результат — снижает эффективную мощность двигателя с турбонаддувом при работе его по газодизельному циклу. Кроме этого, в данной системе питания неэффективно используется давление сжатого газа, Давление газа. содержащегося в резервуаре (баллоне) под давлением 20 МПа, сначала понижают до давления, близкого к атмосс горловиной диффузора 37, полость разрежения 20 сообщена с впускным трубопроводом после воздушного фильтра 36, а полость магистрального давления 23 сообщена с впускным коллектором после турбокомпрессора 33, благодаря чему происходит коррекция состава смеси по давлению наддува воздуха. Диаметры малой 12 и дополнительной 19 диафрагмы равны между собой. 1 ил. ферному, а затем опять сжимают в компрессоре, на что затрачивается значительная часть энергии, а также газ, поступающий на вход в компрессор, нагревается от горячих стенок компрессора, увеличиваясь в обьеме, снижает эффективность работы компрессора, то есть снижается давление наддува.

Недостатком известной системы питания двигателя с турбонаддувом является низкая удельная мощность двигателя при работе его по газодизельному циклу.

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающая подачу газового топлива во впускной трубопровод под давлением (авт. св, М 137743, кл. F 02 M 21/02), выбранная в качестве прототипа. Она содержит установленный на впускном коллекторе двигателя карбюратора-смесителя, в корпусе которого выполнен диффузор и установлены эжектор и дроссельная заслонка, кинематически связанная с педалью акселератора. Система содержит также регулятор (пневморегулятор} расход газа, состоящий из корпуса, внутри которого установлена малая диафрагма, жестко закрепленная на штоке, который через рычаг соединен с клапаном, На этом же штоке установлена большая диаф-

3р рагма. К корпусу регулятора (пневморегулятора) 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, большая и малая диафрагмы образуют полость управляющего давления (полость низкого давления), которая кана40 лом сообщена с диффузором, Корпус, малая диафрагма и клапан образуют полость переменного давления (полость высокого давления), вход в которую через клапан, канал, . фильтр с электромагнитным клапаном и редуктор высокого давления (редуктор) соеди1777630 нен с газовым резервуаром (баллоном), а выход из нее каналом соединен с пневмоклапаном, включающим корпус, внутри которого установлена диафрагма, и прикрепленную к нему крышку. Между ди- 5 афрагмой и крышкой установлена пружина.

Крышка и диафрагма пневмоклапана образуют вакуумную полость, которая каналом сообщена с эадроссельным пространством карбюратора-смесителя. А корпус и диаф- 10 рагма пневмоклапана образуют рабочую полость, вход в которую через клапан и канал соединен с полостью переменного давления (полостью высокого давления) регулятора (пневморегулятора) расхода га- 15 эа, а выход — через канал с эжектором, Недостатком известной системы питания двигателей с подачей газа во впускной трубопровод под давлением является низкая надежность в работе двигателей с над- 20 дувом, работающих по газодизельному циклу, так как данная система не обеспечивает соответствующего расхода воздуха и газового топлива в зависимости от режима работы газодизеля с наддувом. 25

Целью изобретения является повышение надежности в работе ДВС с наддувом, работающих по газодизельному циклу.

Поставленная цель достигается тем, что в системе питания двигателя внутреннего 30 сгорания с турбонаддувом, содержащей газовый резервуар, впускной трубопровод двигателя с диффузором, газовую магистраль, регулятор расхода газа, соединенный с газовым резервуаром через газовую маги- 35 страль и выполненный в виде корпуса с закрепленными в нем соосными большой и малой диафрагмами, жестко связанными между собой и с клапаном, образующими совместно с корпусом и между собой по- 40 лость управляющего давления, сообщенную с диффузором, причем малая диафрагма совместно с корпусом образует полость переменного давления, сообщенную с впускным трубопроводом после диф- 45 фузора и турбокомпрессора, согласно изобретению регулятор расхода газа снабжен дополнительной диафрагмой, установленной соосно с большой диафрагмой и жестко связанной с последней с образованием между ними и корпусом полости разрежения, связанной с впускным трубопроводом до диффузора, а с днищем корпуса — полости магистрального давления, сообщенной с впускным трубопроводом после турбокомпрессора. и газовым редуктором низкого давления, вход которого сообщен с газовой магистралью, а выход — с полостью переменного давления, причем диаметр дополнительной диафрагмы равен диаметру малой диафрагмы и диафрагмы жестко связаны с клапаном, установленным на выходе редуктора низкого давления, На чертеже изображена общая схема описываемой системы питания ДВС.

Она содержит редуктор-регулятор, включенный в магистраль газового топлива и включающий редуктор низкого давления А и регулятора расхода газа В. Редуктор низкого давления А содержит корпус 1 и расположенную внутри него рабочую диафрагму

2, связанную рычагом 3 с клапаном 4. Корпус 1 и рабочая диафрагма 2 совместно с клапаном 4 образуют полость низкого дав-. ления 5, Регулятор 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 диафрагмой 9 установлена пружина 10. Кожух

8 и кольцевая диафрагма 9 образуют ваку- . умную полость 11. На верхней части кожуха

8 закреплена малая диафрагма 12, жестко соединенная со штоком 13, связанная рычагом 14 с клапаном 15 и образующая с корпусом 6 регулятора расхода газа В полость переменного давления 16.

На штоке 13 закреплена соосно малой диафрагме 12 большая диафрагма 17, которая совместно с малой диафрагмой 12, корпусом 6 и кожухом 8 образует полость управляющего давления 18. На этом же штоке 13 установлена дополнительная диафрагма 19, равная по диаметру малой диафрагме

12 и образующая полость разрежения 20. К корпусу 6 регулятора расхода газа В прикреплена крышка 21, внутри которой установлена пружина 22, Крышка 21 и дополнительная диафрагма 19 образуют полость магистрального давления 23. Полость низкого давления 5 через клапан 4, канал 24. фильтр с электромагнитным клапаном 25 и редуктор высокого давления 26 сообщена с газовым резервуаром 27, Полость переменного давления 16 каналом 28 через газовый дозатор 29 соединена с впускным коллектором 30 цилиндра 31 двигателя. Полость магистрального давления 23 каналом 32 также соединена с впускным коллектором 30, На 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 диффуэор 37, горловина которого каналом 38 сообщена с вакуумной полостью 11, а каналом 39 — с полостью управляющего давления 18, Полость разрежения 20 каналом 40 сообщена с впускным трубопроводом 35. Газовый дозатор 29 ки1777630 в

Gг 4о (4) (5) Gr =- шг fr pr, (6) Рн — Рд . гддв =,ид 2 рв (8) д йд Яв, 1

Lo pr pr г х рн

Pr Рк (9) (2) нематически соединен с педалью акселератора 41 (злементы системы питания двигателя дизельным топливом на чертеже не показаны, так как они аналогичны существующим).

Система работает следующим образам.

При работе двигателя в гаэадизельном режиме в зоне рабочих частот вращения разрежение из диффузора 37 впускного трубопровода 35 передается в полость управляющего давления 18 регулятора расхода газа В и вследствие разности площадей диафрагм 12 и 17 создается усилие, которое совместна с усилием, создаваемым давлением в полости магистрального давления 23 на диафрагме 19, преодолевая усилие пружины 22, открывает клапан 15 и газовое топливо через полость переменного давления 16, канал 28, газовый дозатор 29 поступает во впускной коллектор 30 двигателя, куда одновременно поступает воздух после компрессора 33, При этом полость разрежения 20 через канал 40 сообщена с впускным трубопроводом 35 после воздушного фильтра 36, благодаря чему давление в полости переменного давления 16 зависит от давления воздуха после турбокомпрессора 33 и от сопротивления воздушного фильтра 36, что и необходимо.

Докажем, чта заявляемая система питания обеспечивает соответствие между расходом воздуха и расходом газа, то есть обеспечивает работоспособность дизельного двигателя с наддувом при работе его по газодизельному циклу.

Давление газа в полости переменного давления 16 будет характеризоваться уравнением

Pr F12 Рд Р12+ Рд F17 - Рн F17+

+Рн Flg-Рк Fig=0, (1) где Рг — абсолютное давление газового топлива в полости переменного давления;

Рд — абсолютное давление в диффузоре;

Рн — абсолютное давление во впускном трубопроводе после фильтра;

Р, — абсолютное давление за компрессором;

F12, F17, F1g — площади соответственно диафрагм 12, 17 и 19.

После преобразования уравнения (1) и имея В Виду, что F12 = Fig получим (Pr - Рк)1 12 =(Рн - Рд)(Р17 - Р12) или Pr-P.=(Р -Р,) F17 F12

Р12 (3) Запишем выражение для коэффициента избытка воздуха. a:

5 где Lo — теоретически необходимое количе10 ство воздуха для полного сгорания топлива;

G8, Gr — действительные расходы соответственно воздуха и газового топлива. где вв, вг — скорости соответственно воэ20 духа в горловине диффузора и газового топлива в дросселе газового дазатора (в щели между дроссельной заслонкой и каналом газового дозатора);

1д, fr — площади соответственно горло25 вины диффузора и дросселя газового доэатора;

Рв, Р„ — flllOTHOCTVI СООтВЕтСтВЕННО воздуха в горловине диффузора и газового топлива в дросселе газового дозатора.

30 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 дросселя газового

35 дозатора запишутся

40 Рг — Рк (d, =,иг 2 г к

pr где,ид,,иг — коэффициенты скорости соответственно в диффуэоре и дросселе газова45 го дозатора.

Подставляя значения скорости (7) и (8) соответственно в (5) и (6), а полученные значения расходов воздуха и газового топлива — в (4) и произведя г1реобраэования, 50 будем иметь учитывая, что 1д,,ид, Q и,и, — величины постоянные, а значения плотностей рв и

1777630 (10) 5

15 или

20 с а= —, г

c=B

F12 17 F12 (14) ð для каждой частоты вращения также остаются постоянными, то

=const = В -о pr pr

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

В F12 (12)

fr F17 Р12

Так как площади диафрагм F12 и F17 величины постоянные, то уравнение (12) запишется где с — постоя н н ы и коэффициент для каждой частоты вращения

Зависимость (13) показывает, что при неизменной любой частоте вращения во всем диапазоне нагрузок коэффициент избытка воздуха однозначно определяется только открытием дроссельной заслонки газового дозатора, то есть площадью образуемого дросселя бг и не зависит ни от сопротивления воздушного фильтра, ни от давления за компрессором (коррекция подачи газового топлива в зависимости от сопротивления воздушного фильтра и давления за компрессором).

Если пренебречь влиянием отношения при переходе на другие частоты

Pr вращения, что не внесет значительной ошибки, то зависимость (13) справедлива для всего диапазона режимов работы двигателя.

Таким образом, заявляемая система питания обеспечивает подачу газового топлива во впускной коллектор двигателя (за компрессором) и ропорционал ьную расходу воздуха (частоте вращения) и открытию дроссельной заслонки газового дозатора, независимо отдавления. создаваемого компрессором,- Кроме обеспечения надежности в работе двигателя 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 сжимается, что повышает экономичность двигателя; снижает температуру газовоздушной смеси на входе в цилиндры благодаря смешению сжатого горячего воздуха после компрессора с холодным газовым топливом, что повышает его антидетонационную стойкость и улучшает надежности двигателя в работе.

Формула изобретения

Система питания двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащая газовый резервуар, впускной трубопровод двигателя с диффузором, газовую магистраль, регулятор расхода газа, соединенный с газовым резервуаром через газовую магистраль и выполненный в виде корпуса с закрепленными в нем соосными большой и малой диафрагмами, жестко связанными между собой и с клапаном, образующими совместно с корпусом и между собой полость управляющего давления. сообщенную с диффузором, при ем малая диафрагма совместно с корпусом образует полость пере35 менного давления, сообщенную с впускным трубопроводом после диффузора и турбокомпрессора, отл и ч а ю ща я с я тем, что, с целью повышения надежности работы, регулятор расхода газа снабжен дополнительной диафрагмой, установленный соосно большой диафрагмой и жестко связанной с последней с образованием между ними и корпусом полости разрежения, связанной с впускным трубопроводом до диффузора, а с

45 днищем корпуса — полости магистрального давления, сообщенный с впускным трубоп . роводом после турбокомпрессора, и газо вым редуктором низкого давления, вход которого сообщен с газовой магистралью, а выход — с полостью переменного давления, причем диаметр дополнительной диафрагмы равен диаметру малой диафрагмы, и диафрагмы жестко связаны с клапаном, установленным на выходе редуктора низкого давления,