Регулятор давления газа

 

Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно - к устройствам для регулирования давления топливного газа в газовых двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что полость высокого давления 1 в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки 3, внутри которой размещен чувствительный элемент, выполненный в виде поршня 4, снабженного с одной стороны уравновешивающей пружиной 5 и регулировочным винтом 6, установленным в крышке 7, с другой - вилкой 8 для крепления тяги 16. Полость низкого давления регулятора 2 в своей нижней части выполнена в виде цилиндра 21 с крышкой 22 и с внутренней цилиндрической расточкой 23, внутри которой размешены разгрузочное устройство и чувствительный элемент низкого давления, выполненные в виде двух кинематически связанных между собой поршней соответственно 24 и 25. Регулирующее запорное устройство давления газа полостей высокого 1 и низкого 2 давлений выполнено в виде втулок 12 и 39 с радиальными отверстиями 13 и 41. Технический результат - повышение точности и стабильности регулирования расхода газа на всех режимах в течение продолжительного времени. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газовым двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно - к устройствам для регулирования давления топливного газа в газовых двигателях внутреннего сгорания.

Известно устройство для регулирования давления газа, содержащее первый и второй регуляторы, в корпусах которых установлены чувствительные элементы, связанные с регулирующими органами, причем, входная и выходная полости первого регулятора сообщены с входной и выходной полостями второго регулятора соответственно, в выходной полости второго регулятора установлен заборник, а чувствительный элемент первого регулятора выполнен в виде ступенчатого поршня, причем, полость между его меньшей ступенью и большей ступенью, обращенной к выходной полости, сообщена с полостью заборника (cм. а.с. СССР N 900267, кл. G 05 D 16/10, 1982).

Однако известное устройство для регулирования давления газа обладает рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что данное устройство не в состоянии обеспечить автоматическую подачу необходимого количества газа на всех режимах работы двигателя. Кроме того, данное устройство не способно снижать давление газа до близкого к атмосферному независимо от давления газа в баллоне; и наконец, обеспечивать прекращение подачи газа при кратковременной остановке двигателя, т.е. не может работать в качестве автоматического запорного устройства, отключающего двигатель от газовой магистрали во время его остановки.

Из известных двухступенчатых автоматических регуляторов давления газа наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является газовый редуктор низкого давления, содержащий корпус с полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами и кинематически связанными с помощью тяг и рычагов с регулирующими устройствами давления газа (см. книгу Е.В.Кленников, О.А. Мартиров и др. Газобаллонные автомобили: техническая эксплуатация. -М.: Транспорт, 1986, с. 34 - 39).

Однако известные двухступенчатые автоматические регуляторы давления газа обладают рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что наличие чувствительных элементов в виде диафрагм и клапанов высокого и низкого давления, требующих в свою очередь для их герметизации дополнительных усилий пружин, делает конструкцию газового регулятора недостаточно надежной. Кроме того, с точки зрения конструкции, диафрагмы из резины и ткани обладают нестабильной характеристикой и ограниченным ходом, что не обеспечивает требуемой точности и стабильности регулирования расхода газа на всех режимах в течение продолжительного времени.

Для повышения надежности конструкции регулятора давления газа, а также повышение точности и стабильности регулирования расхода газа на всех режимах в течение продолжительного времени, в известном регуляторе давления газа, содержащем корпус с полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами и кинематически связанными с помощью тяг и рычагов с регулирующими устройствами давления газа, полость высокого давления в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки, чувствительный элемент высокого давления выполнен в виде поршня, размещенного в цилиндрической расточке, полость низкого давления регулятора в своей нижней части выполнена в виде цилиндра с крышкой и с внутренней цилиндрической расточкой, чувствительный элемент низкого давления выполнен в виде поршня, снабженного штоком и упором, размещенного в цилиндрической расточке, разгрузочное устройство выполнено в виде поршня, снабженного осевым отверстием и размещенного в цилиндрической расточке, причем, поршни в цилиндрической расточке устанавливаются таким образом, при котором внутренняя цилиндрическая полость разделяется на три полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами - верхнюю - полость разгрузочного устройства, среднюю - полость низкого давления и нижнюю - полость атмосферного давления, крышка выполнена в виде тарелки со штоком и продольным осевым отверстием в нем, регулирующее устройство давления газа полостей высокого и низкого давлений выполнено в виде втулок с радиальными отверстиями, внутри которых размещены золотники, на наружной поверхности которых выполнены кольцевые выточки с радиальными каналами, а по оси - осевые каналы, примыкающие к радиальным каналам.

На чертеже схематично показано устройство регулятора давления газа.

Регулятор давления газа состоит из корпуса, внутри которого выполнены полость высокого давления 1 и полость низкого давления 2.

Полость высокого давления 1 в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки 3, внутри которой размещен чувствительный элемент, выполненный в виде поршня 4, снабженного с одной стороны уравновешивающей пружиной 5 и регулировочным винтом 6, установленным в крышке 7, а с другой - вилкой 8.

Цилиндрическая расточка 3 своей внутренней полостью примыкает к внутренней полости высокого давления 1 и для ограничения хода поршня 4 снабжена кольцевым выступом 9.

Надпоршневое пространство 10 снабжено отверстием 11 для сообщения с атмосферой.

В стенке регулятора полости высокого давления 1 установлено регулирующее устройство давления газа, выполненное в виде втулки 12 с радиальными отверстиями 13, внутри которой размещен золотник 14, кинематически связанный с поршнем 4 с помощью тяг 15, 16 и рычага 17. На наружной поверхности золотника 14 выполнена кольцевая выточка 18 с радиальными каналами 19, а по оси - осевой канал 20, примыкающий к радиальным каналам 19.

Полость низкого давления 2 в осевой нижней части выполнена в виде цилиндра 21 с крышкой 22 и с внутренней цилиндрической расточкой 23, внутри которой размещены разгрузочное устройство и чувствительный элемент низкого давления, выполненные в виде двух кинематически связанных между собой поршней соответственно 24 и 25, один из которых - верхний 24 снабжен осевым отверстием 26, другой - нижней поршень 25 снабжен штоками 27, 28 и упором 29. Крышка 22 выполнена в виде тарелки со штоком 30 и продольным осевым отверстием в нем 31.

Поршни 24 и 25 в цилиндрической расточке 23 устанавливаются таким образом, при котором внутренняя цилиндрическая полость разделяется на три полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами: верхнюю - полость разгрузочного устройства (вакуумную полость) 32, среднюю - полость низкого давления 33 и нижнюю - полость атмосферного давления 34. Поршень 24 снабжен уравновешивающей пружиной 35. Стержень штока 28 снабжен пружиной 36 и ниппелем 37. Полость атмосферного давления 34 через отверстие 38 постоянно сообщено с атмосферой.

В стенке полости низкого давления 2 установлено регулирующее устройство давления газа, выполненное в виде втулки 39 с кольцевым выступом 40 и с радиальными отверстиями 41, внутри которой размещен золотник 42, кинематически связанный с поршнем 25 с помощью тяги 43, коромысла 44 и штока 27. На наружной поверхности золотника 42 выполнена кольцевая выточка 45 с радиальными каналами 46, а по оси - осевой канал 47, примыкающий к радиальным каналам 46. Золотник 42 второй ступени низкого давления в закрытом положении удерживается пружинами 35 и 36, расположенными соответственно в вакуумной полости 32 цилиндра 21 и в ниппеле 37. Усилие пружины 36 регулируется с помощью ниппеля 37. Это усилие должно быть достаточным для обеспечения удержания золотника 42 в закрытом положении при неработающем двигателе.

В крышке 48 полости низкого давления 2 выполнено два отверстия 49 и 50 соответственно экономичной и мощностной регулировки для сообщения с полостью дозирующего экономайзерного устройства (на чертеже не показано). Полость низкого давления 2 сбоку дополнительно снабжено отверстием 51, с помощью которого через трубопровод (на чертеже не показано) при работе двигателя на сжиженном нефтяном газе подача топлива в карбюратор - смеситель (на чертеже не показано) в процессе пуска и на малых нагрузках осуществляется из полости 2.

Вакуумная полость 32 разгрузочного устройства через вакуумную трубку 52 сообщено с вакуумной полостью дозирующего экономайзерного устройства (на чертеже не показано) и далее через вакуумную трубку - с задроссельным пространством карбюратора-смесителя (на чертеже не показано).

Для подачи газа из газовой магистрали автомобиля в полость высокого давления 1, регулятор снабжен впускным каналом 53.

Работа осуществляется следующим образом. В процессе пуска двигателя возникающее за дроссельной заслонкой разрежение через трубопровод (на чертеже не показано), вакуумную полость дозирующего экономайзерного устройства (на чертеже не показано) и вакуумную трубку 52 передается в вакуумную полость 32 разгрузочного устройства. Под действием разрежения, возникающего в полости 32 поршень 24 разгрузочного устройства, сжимая коническую пружину 35, перемещается вверх вдоль штока 30 и разгружает поршень 25 полости низкого давления от действия усилия, создаваемого пружиной 35 через упор 29. В результате действия разгрузочного устройства удержать золотник 42 в закрытом положении стремится лишь усилие, создаваемое пружиной 36. Одновременно через выходное отверстие системы холостого хода и трубопроводы (на чертеже не показано) и далее через отверстия 49 и 51 разрежение, возникающее в задроссельном пространстве, передается в полость низкого давления 2 регулятора и далее в полость 33. При этом за счет разности давлений в полостях 33 и 34, создаваемое на поршне 25 усилие через систему тяг 27, 43 и рычаг 44 стремится открыть золотник 42. Это усилие суммируется с усилием, которое возникает на золотнике 42 вследствие действия на его поверхность давления газа, находящегося в полости высокого давления 1 регулятора. В результате воздействия этих факторов после срабатывания разгрузочного устройства золотник 42 открывается. Это происходит потому, что пружина 36 подобрана таким образом, что создаваемого ею усилия недостаточно для удержания клапана в закрытом положении.

Через открывающийся золотник 42 газ из полости 1 через осевой канал 47 и радиальные каналы 46 в золотнике 42 и радиальные отверстия 41 во втулке 39 поступает в полость 2 низкого давления регулятора. Необходимое давление в полости низкого давления 2 поддерживается поршнем - золотниковым механизмом автоматически. В случае превышения заданного давления в полости 2, а следовательно, и в полости 33 поршень 25 перемещается вниз и через систему тяг 27, 43 и рычаг 44 золотник 42 прикрывается до тех пор, пока давление в полости 2 не понизится до заданного. Давление в полости низкого давления 2 регулируется путем изменения усилия сжатия пружины 36 с помощью регулировочного ниппеля 37.

На всех режимах работы двигателя, кроме режимов, соответствующих полному открытию дроссельной заслонки, проход газа через отверстие 50 мощностной регулировки закрыт (на чертеже не показано). Это обеспечивается с помощью дозирующего экономайзерного устройства (на чертеже не показано).

В процессе пуска, как и на всех других режимах, кроме режимов полного открытия дроссельной заслонки, газ поступает из полости 2 низкого давления в основной трубопровод и далее к смесителю (на чертеже не показано) только через отверстие 49.

По мере роста нагрузки двигателя разряжение в полости низкого давления 2 регулятора продолжает увеличиваться. Одновременно продолжает возрастать разряжение и в полости 33. Рост разряжения в полостях 2 и 33 сопровождается увеличением перепада давлений в полостях 33 и 34 и 1 и 2, что приводит к возникновению дополнительных усилий. Эти усилия действуют соответственно на поршень 25 и золотник 42. Степень открытия золотника 42 увеличивается, расход газа через осевой канал 47, радиальные каналы 46 в золотнике 42 и радиальные отверстия 41 во втулке 39 возрастает. При этом разряжение в полости высокого давления 1 также возрастает, растет перепад давлений в полостях 1 и 10.

Возникающее усилие действует на поршень 4, перемещая его вниз, вследствие чего степень открытия выточки 18 золотника 14 полости высокого давления увеличивается. Это в свою очередь приводит к росту расхода газа из газовой магистрали (на чертеже не показано) через впускной канал 53, осевой канал 20 и радиальные каналы 19 в золотнике 14 и радиальные отверстия 13 во втулке 12.

Дальнейшее возрастание нагрузки двигателя связано с увеличением степени открытия золотников 14 и 42 полостей высокого 1 и низкого 2 давлений, что приводит к увеличению подачи газа. Давление в полости низкого давления 2 регулятора по мере открытия дроссельной заслонки и соответствующего увеличения разрежения в диффузоре-смесителе (на чертеже не показано) изменяется от избыточного, равного 100 Па, до разряжения порядка 200 Па. Это вызывает постепенное обеднение горючей смеси по мере возрастания нагрузки.

При работе двигателя на полной мощности, т.е. при полностью открытых дроссельных заслонках, золотники 14 и 42 соответственно полостей высокого и низкого давлений регулятора и обратный клапан карбюратора-смесителя (на чертеже не показано) также максимально открыты. На режимах, близких к полному открытию дросселя, в действие вступает экономайзер (на чертеже не показано), вследствие чего через отверстие 50 поступает дополнительная порция газа. Увеличение общей подачи газа регулятора за счет дополнительной подачи газа через отверстие 50 приводит к обогащению горючей смеси, что обеспечивает получение от двигателя максимальной мощности.

Формула изобретения

Регулятор давления газа, содержащий корпус с полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами и кинематически связанными с помощью тяг и рычагов с регулирующими устройствами давления газа, отличающийся тем, что полость высокого давления в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки, чувствительный элемент высокого давления выполнен в виде поршня, размещенного в цилиндрической расточке, полость низкого давления регулятора в своей нижней части выполнена в виде цилиндра с крышкой и внутренней цилиндрической расточкой, чувствительный элемент низкого давления выполнен в виде поршня, снабженного штоком и упором, размещенного в цилиндрической расточке, разгрузочное устройство выполнено в виде поршня, снабженного осевым отверстием и размещенного в цилиндрической расточке, причем поршни в цилиндрической расточке устанавливаются таким образом, при котором внутренняя цилиндрическая полость разделяется на три полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами: верхнюю - полость разгрузочного устройства, среднюю - полость низкого давления и нижнюю - полость атмосферного давления, крышка выполнена в виде тарелки со штоком и продольным осевым отверстием в нем, регулирующее устройство давления газа полостей высокого и низкого давлений выполнено в виде втулок с радиальными отверстиями, внутри которых размещены золотники, на наружной поверхности которых выполнены кольцевые выточки с радиальными каналами, а по оси - осевые каналы, примыкающие к радиальным каналам.

РИСУНКИ

Рисунок 1