СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ДЛЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M43/00 F02M21/02 

Изобретение относится к двигателестроению и, в частности, к системам топливоподачи поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Известны системы топливоподачи для газовых ДВС, включающие регуляторы давления газа, связанные трубопроводом с дозатором, подвижный элемент которого соединен тягой с регулятором частоты вращения, смесительное устройство, установленное в воздушном коллекторе и совмещенное с дозатором, впускные клапаны, расположенные в крышках цилиндров и подключенные трубопроводом к коллектору [1] .

Недостатком систем топливоподачи газовых двигателей является необходимость применения электроискрового зажигания, существенно снижающего надежность запуска и работы двигателя, особенно газовых двигателей со свечами зажигания, расположенными в форкамерах, отличающихся повышенными требованиями к стабильности давления газа на входе в форкамеру. Отклонение давления форкамерного газа за пределы узкого допустимого диапазона Δ Р_фк = = Р_фкmax - Р_фкmin, где Р_фкmax - максимальное допустимое давление форкамерного газа; Р_фкmin - минимальное допустимое давление форкамерного газа, приводит к пропускам воспламенения, неустойчивой работе двигателя, перегрузке отдельных цилиндров, вспышкам в выхлопной трубе.

Изменение давления газа ниже Р_фкmin приводит к переобеднению, а изменение давления газа выше Р_фкmax - к переобогащению рабочей смеси. Этим крайним значениям давлений соответствуют предельные допустимые расходы G_фкmax и G_фкmin.

Режимы истечения, как правило, надкритические, поэтому:
где μ - коэффициент расхода;
f - площадь проходного сечения;
k - показатель адиабаты;
γ_o - плотность газа в нормальных условиях;
g - ускорение силы тяжести.

Тогда допустимое изменение расхода форкамерного газа может быть представлено как:
ΔG_фк=G_фкmax- G_фкmin= μf × ΔP_фк
Для двух вариантов подачи форкамерного газа, разливающихся μ f и P_фк (при прочих равных условиях на одном и том же двигателе) имеем: ΔG_1фк= ΔG_2фк или где Δ P_1,2фк = P_1,2фкmax - P_1,2фкmin Отсюда:
μ₁f₁˙ΔP_1фк= μ₂˙f₂ΔP_2фк
Таким образом, чем меньше эффективное проходное сечение μ f, тем больше допустимое отклонение давления форка- мерного газа Δ P_фк.

Известна система топливоподачи поршневого ДВС (газодизеля), выбранная в качестве прототипа и содержащая газовую и жидкотопливную (дизельную) подсистемы, включающие регулятор давления газа, связанный с газовым дозатором, плунжер которого соединен тягой с регулятором частоты вращения, газовую форсунку, установленную в воздушном коллекторе и соединенную с дозатором, впускные клапаны, расположенные в крышках цилиндров и подключенные трубками к коллектору, а также насос высокого давления, соединенный трубками с форсунками, закрепленными на каждом цилиндре [2] .

Недостатком известной системы топливоподачи является то, что двигатель не может работать на одном только газовом топливе, поэтому всегда должно быть в наличии дорогостоящее дизельное топливо, которое в ряде случаев трудно доставлять и хранить в месте эксплуатации двигателя, что существенно снижает надежность работы двигателя и увеличивает эксплуатационные затраты.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы двигателя.

Цель достигается тем, что известная система топливоподачи, содержащая топливный насос высокого давления, форсунки, установленные в цилиндрах двигателя и соединенные с секциями топливного насоса, магистраль подачи газа, газовый дозатор, установленный в последней, регулятор частоты вращения, регулятор давления газа, связанный с газовым дозатором, последний снабжен плунжером, соединенным тягой с регулятором частоты вращения, воздушный коллектор, газовую форсунку, установленную в последнем и соединенную с газовым дозатором, впускные клапаны, установленные в крышках цилиндров и связанные с коллектором, систему форкамерного газа, сообщенную с магистралью подачи газа через редуктор, а через обратные клапаны - с форкамерами цилиндров двигателя, снабжена ресивером, сообщенным с магистралью подачи газа через редуктор, пакетами дросселей, установленными между ресивером и обратными клапанами, причем эффективное проходное сечение одного пакета дросселей эквивалентно проходному сечению дросселя диаметром 1,0-1,2 мм.

При диаметрах дросселя больше 1,2 мм недопустимо снижается рабочий диапазон давлений форкамерного газа, что приводит к неустойчивой работе двигателя, а при диаметре менее 1 мм снижается надежность работы двигателя из-за засорения жиклера.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленная система топливоподачи отличается наличием системы запального форкамерного газа, содержащей пакет дросселей, расположенных между ресивером и обратными клапанами и имеющих эффективное проходное сечение, эквивалентное одному дросселю диаметром 1,0-1,2 мм.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в области двигателестроения позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемой системе топливоподачи, что дает возможность признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема системы топливоподачи; на фиг. 2 - конструктивное исполнение пакета дросселей в системе форкамерного газа.

Система подачи топливного газа включает в себя регулятор 1 давления газа, связанный с газовым дозатором 2, плунжер которого соединен с тягой 3 регулятора 4 частоты вращения.

Тяга 3 имеет пружинную вставку 5 и упор 6, взаимодействующий с болтом-ограничителем 7 перемещения рейки 8 топливного насоса 9 высокого давления. Дозатор 2 соединен с трубкой 10 с газовой форсункой 11, установленной в коллекторе 12, к которому подключены впускные клапаны 13, расположенные в крышках цилиндров 14.

Система подачи жидкого топлива состоит из топливного насоса 9 высокого давления (ТНВД), который трубками 15 высокого давления соединен с форсунками 16, закрепленными на каждом цилиндре 14. Система подачи форкамерного газа включает вентиль 17, связанный с редуктором 18, который трубопроводом 19 соединен с ресивером 20, который в свою очередь соединен с обратными клапанами 21, установленными в форкамерах 22 цилиндров 14, кроме того, в форкамерах 22 расположены свечи 23 зажигания.

Между ресивером 20 и обратными клапанами 21 установлены пакеты дросселей 24 с эффективным проходным сечением, эквивалентным одному дросселю диаметром 1,0-1,2 мм (см. фиг. 2).

На входе в газовую систему топливоподачи имеется вентиль 25. Работа системы топливоподачи на дизельном топливе осуществляется следующим образом.

Газ отключен (вентиль 25 закрыт), зажигание отключено. Болт-ограничитель 7 подачи дизельного топлива вывернут в положение максимальной подачи, соответствующей ≈ 110% эффективной мощности (Nе).

Рейка 8 перемещается в полном диапазоне нагрузок. Двигатель работает только на жидком топливе. Топливо подается от насоса 9 по трубкам 15 высокого давления к форсункам 16, распыливается и самовоспламеняется в конце такта сжатия.

Работа системы топливоподачи на газовом топливе с искровым зажиганием осуществляется следующим образом. Топливный газ и зажигание подключены. Болт-ограничитель 7 промежуточного ограничения подачи дизельного топлива ввернут в положение "0" подачи. Рейка 8 неподвижна. Регулятор 4 частоты вращения перемещает только газовый дозатор 2, сжимая или растягивая пружину 5 (если регулятор 4 не развивает усилие, необходимое для сжатия пружины 5, следует предусмотреть разъем для разъединения рейки 8 и дозатор 2 газового топлива).

Газ поступает в двигатель двумя потоками. Основной (цилиндровый) газ поступает от газовой магистрали через вентиль 25, регулятор 1, дозатор 2 и форсунку 11 в воздушный ресивер 12, где образуется топливовоздушная смесь. Из ресивера 12 топливовоздушная смесь разводится через впускные клапаны 13 по цилиндрам 14 двигателя.

Форкамерный газ поступает через вентиль 17 в редуктор 18, где давление снижается до необходимого уровня, в ресивер 20. Из ресивера форкамерный газ через автоматические обратные клапаны 21 с пакетами дросселей 24 на входе поступает в форкамеры 22, где образуется обогащенная топливовоздушная смесь, наиболее благоприятная для воспламенения. Смесь воспламеняется с помощью свечи 23 зажигания, образовавшийся факел выбрасывается из форкамкеры 22 и выжигает обедненную смесь в цилиндре 14 двигателя.

Работа системы топливоподачи на газовом топливе с запальной порцией дизельного топлива осуществляется следующим образом. Подача топливного газа включена (вентиль 25 открыт), форкамерный газ отключен (вентиль 17 закрыт), отключена система зажигания.

Болт-ограничитель 7 подачи топлива находится в положении 5-15% номинальной подачи (подбирается для каждого двигателя индивидуально из соображения качественного распыла и надежной работы форсунки).

Основной (цилиндровой) газ перемешивается с воздухом и поступает в цилиндры 14 двигателя как при работе на газовом топливе.

Жидкое топливо подается от насоса 9 по трубкам 15 к форсункам 16, распыливается и самовоспламеняется в конце такта сжатия, воспламеняя обедненную газовоздушную смесь в цилиндрах 14.

Предлагаемая система топливоподачи позволяет работать на более дешевом газовом топливе, однако в случае отказа системы зажигания можно переходить на работу с запальной порцией дизельного топлива без остановки двигателя, что повышает надежность его работы.

Надежный запуск обеспечивается на жидком топливе, а затем осуществляется переход на природный газ с устойчивым форкамерным воспламенением, осуществляемым в достаточно широком диапазоне давлений газа на входе.

Примером конкретного выполнения предлагаемой системы топливоподачи может служить система топливоподачи для двигателя типа 6ЧН 15/18, входящего в состав электроагрегата ТМЗ-ДЗ-104.

Она полностью соответствует чертежам, приведенным на фиг. 1 и 2. Пакет дросселей выполнен с эффективным проходным сечением, эквивалентным одному дросселю диаметром 1,1 мм. Это позволило расширить допустимый диапазон давлений форкамерного газа с Δ Р_фк = 0,6 кг/см² до Δ Р_фк = = 2,2 кг/см² и обеспечило устойчивую работу двигателя на всех режимах, включая режим номинальной мощности 100 кВт, с разбросом частоты вырабатываемой электроэнергии ± 0,2 Гц вместо ± 0,5 гц, который был при работе без пакета дросселей. (56) 1. Коллеров Л. К. Энергетические установки с газовыми поршневыми двигателями. М. : Машиностроение, 1979, с. 62.

2. Генкин К. И. Газовые двигатели. М. : Машиностроение, 1977, с. 180-182, рис. 100.

Использование: системы топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система топливоподачи содержит регулятор давления газа, связанный с газовым дозатором, плунжер которого соединен с тягой регулятора частоты вращения. Газовый дозатор соединен с газовыми форсунками, установленными в воздушном коллекторе. Топливный насос высокого давления соединен с форсунками, установленными в цилиндрах двигателя. Система подачи форкамерного газа через вентиль связана с магистралью подачи газа и содержит редуктор, связанный с ресивером, который в свою очередь через обратные клапаны связан с форкамерами. Форкамеры снабжены свечами зажигания. Между ресивером и обратными клапанами установлены пакеты дросселей с эффективным проходным сечением, эквивалентным одному дросселю, диаметром 1,0 - 1,2 мм. 2 ил.

СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ДЛЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая топливный насос высокого давления, форсунки, установленные в цилиндрах двигателя и соединенные с секциями топливного насоса, магистраль подачи газа, газовый дозатор, установленный в последней, регулятор частоты вращения, регулятор давления газа, связанный с газовым дозатором, последний снабжен плунжером, соединенным тягой с регулятором частоты вращения, воздушный коллектор, газовую форсунку, установленную в последнем и соединенную с газовым дозатором, впускные клапаны, установленные в крышках цилиндров и связанные с коллектором, систему форкамерного газа, сообщенную с магистралью подачи газа через редуктор, а через обратные клапаны - с форкамерами цилиндров двигателя, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы, система снабжена ресивером, сообщенным с магистралью подачи газа через редуктор, пакетами дросселей, установленными между ресивером и обратными клапанами, причем эффективное проходное сечение одного пакета дросселей эквивалентно проходному сечению дросселя диаметром 1,0 - 1,2 мм.