САМОКОМПЕНСИРУЮЩИЙСЯ РЕДУКЦИОННЫЙ КЛАПАН С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОДОГРЕВОМ ДЛЯ СЖАТОГО ИЛИ СЖИЖЕННОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК F02M21/02 G05D16/06 

Изобретение относится к редукторам для горючих газов или сжиженных нефтяных газов, используемых в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и хранящихся в баллонах. Эти горючие газы служат топливом для двигателей внутреннего сгорания транспортных средств или стационарного оборудования.

Так как давление находящегося в баллоне газа по мере его расходования постепенно снижается от нескольких сотен бар до нуля, не поддающиеся контролю силы, воздействующие на рычаг давления, изменяются в диапазоне от нескольких сотен ньютонов (или ньютоно- метров) до нуля. В первом случае они равны силам, действующим на рычаг со стороны мембраны, регулирующей расход и выходное давление газа, а во втором случае они равны нулю. Постепенное уменьшение этих сил негативно влияет на точность регулировки.

В результате отсутствия точной регулировки и особенно при высоком давлении газа появляется неустойчивость при работе двигателя в холостом режиме, расход топлива повышается и происходит неконтролируемый выброс отработанных газов.

Неустойчивость в работе двигателя на малых оборотах, увеличенные расход топлива и выброс отработанных газов усугубляются неравномерностью количества тепла, передаваемого газообразному топливу, выходящему через редуктор, в стандартных водяных теплообменниках, установленных на традиционных редукторах давления.

Патент США 1450236 описывает редуктор давления в соответствии с ограниченной частью пункта 1 формулы изобретения: в несущем корпусе указанного редуктора выполнена камера, которая имеет вход и выход, соединенные соответственно с источником сжатого газа и устройством потребителем газа.

Благодаря использованию компенсационного механизма момент, возникающий в результате воздействия давления газа на подвижное устройство, управляемое основной мембраной редуктора, может быть сведен к нулю.

Подвижное устройство содержит установленный на точке опоры с возможностью поворота двуплечий рычаг, первое плечо которого находится под воздействием плунжера, а второе пружины. Кроме того, рычаг механически соединен с основной мембраной.

Патент EP-A-O 182952 описывает редуктор с электрическим подогревом для сжатого газа или сжиженного нефтяного газа, имеющий электрические сопротивления, соединенные с топливной системой двигателя и контактирующие со стенками корпуса редуктора.

Указанные сопротивления расположены в выемке на внутренней стенке редуктора и плотно прижаты к нижней поверхности этой стенки с помощью пружин, расположенных между верхней поверхностью и нижней поверхностью металлической пластины, закрепленной на верхней поверхности указанной стенки.

Целью изобретения является устранение этих недостатков.

Настоящее изобретение решает проблему создания самокомпенсирующегося и снабженного электрическим подогревом устройства для редуцирования давления сжиженного нефтяного или сжатого газа, которое независимо от давления уменьшает до нуля усилие или соответствующий ему момент, возникающий в результате воздействия давления заключенного в баллоне газа на рычаг регулятора, в котором топливо в зоне низкого давления подогревают с сообщением ему одинакового количества тепла на единицу массы топлива во всех температурных режимах двигателя.

Преимущества настоящего изобретения состоят в возможности регулирования давления при сохранении постоянной температуры топлива на выходе из редуктора при любом значении давления газа в баллоне. Это достигается посредством мембраны и особым образом расположенных в регуляторе электрических сопротивлений. Таким образом, обеспечиваются устойчивая работа в холостом режиме, умеренный расход топлива и ограниченный и контролируемый выход отработанных газов.

В варианте предпочтительного выполнения настоящее изобретение предлагает самокомпенсирующийся и снабженный электроподогревом редуктор для сжиженного нефтяного или сжатого газа, содержащий несущий корпус, камеру, имеющую вход и выход, мембрану, которая при всяком изменении внутреннего давления в камере, обусловленном неравномерным потреблением газа, для сохранения постоянного давления внутри камеры между входом, соединенным с баллоном со сжатым газом или сжиженным нефтяным газом, и выходом, соединенным с двигателем внутреннего сгорания, несмотря на создаваемое двигателем разряжение, управляет закрывающим механизмом впускного отверстия, расположенного на конце первого канала, выполненного в корпусе между входом и камерой, регулирующим благодаря действию кинематически связанных с мембраной подвижных элементов расход газа, а также его давление на выходе из баллона, толкающий механизм, воздействующий по меньшей мере на один подвижной элемент для того, чтобы свести к нулю результирующий момент от воздействия давления газа на подвижные элементы, в котором мембрана соединена с первым плечом подвижного рычага посредством соединительного штока, взаимодействующего с вторым плечом указанного рычага. Закрывающий механизм расположен на конце первого плунжера, осуществляющего указанное толкающее воздействие на второе плечо подвижного рычага под влиянием давления газа в первом канале. Между выходом и камерой расположен второй канал, в котором размещен толкающий механизм. Рычаг имеет третье плечо, расположенное с противоположной первому плечу рычага по отношению к его точке опоры стороны, а толкающий механизм под влиянием давления газа во втором канале воздействует на третье плечо для компенсации момента, вызванного воздействием первого плунжера.

В предпочтительном варианте выполнения электрические резисторы, соединенные с топливной системой двигателя, находятся в тепловом контакте со стенками корпуса. Электрические резисторы расположены преимущественно рядом с входным отверстием.

В предпочтительном варианте удельное сопротивление резисторов находится в обратно-пропорциональной зависимости от температуры.

На чертеже изображен предлагаемый редуктор, фронтальный разрез.

Редуктор представляет собой часть топливной системы двигателя внутреннего сгорания известной конструкции, работающего на сжатом или сжиженном нефтяном газе (не показан).

Редуктор содержит несущий корпус 1, имеющий соединенный с баллоном (не показан) вход 2 через который поступает сжатый газ, например метан, ацетилен, водород или сжиженный нефтяной газ.

Вход 2 редуктора соединен с первым прямым каналом 3, имеющим диаметр ⊘ 1, и вторым каналом 4, имеющим диаметр o 2, который больше диаметра o 1, причем каналы 3 и 4 выполнены в корпусе 1. Канал 3 ведет в камеру 5 через впускное отверстие 6, снабженное закрывающим механизмом 7, который открывает и закрывает его в соответствии с осевым перемещением первого плунжера 8, установленного с возможностью перемещения в направляющем канале 9, выполненном соосно с первым каналом 3. Плунжер 8 жестко соединен со штоком 10, опирающимся на первое плечо подвижного рычага 12, ось 13 поворота которого установлена в корпусе 1. Шток 10 способствует уменьшению размеров и веса, а значит и инерционности плунжера 8.

При работе плунжер 8 смещается в направлении F4 под воздействием давления газа, проходящего через впускное отверстие 6 при повороте рычага 12 по часовой стрелке. Поршень перемещается в направлении F3 перемещения рычага 12, который поворачивается против часовой стрелки, закрывает отверстие 6 с помощью закрывающего механизма 7 и удерживает плунжер 8 в положении, соответствующем закрытому отверстию 6.

Второе плечо 14 рычага 12 имеет конец 15, кинематически связанный с соединительной вставкой 16, выполненной на конце 17 подвижного толкателя 18. Подвижной толкатель 18 соединен с мембраной 19 посредством двух жестких пластин 20 и 21, причем на пластину 20 действует усилие сжатой пружины 25.

В изображенном на чертеже варианте выполнения конец 15 имеет сферический шарнирный вкладыш 22, установленный во вставке 16 и передающий ее совместное с рычагом 12 перемещение, причем соединение между вкладышем 22 и концом 15 выполнено с возможностью поворота конца 15 вокруг центра вкладыша 22.

Подвижный толкатель 18 перемещается вместе с мембраной 19 в двух направлениях, обозначенных стрелками F1 и F2 и соответствующих увеличению и уменьшению объема камеры 5.

Канал 23 соединяет камеру 5 с выходом 24, который, в свою очередь, соединен с другими элементами топливной системы (не показаны).

Недостатки известных редукторов будут хорошо видны, если рассмотреть данное описание с прилагаемым чертежом, считая второй канал отсутствующим.

Положение рычага 12 определяется воздействием на него с одной стороны мембраны 19, а с другой стороны давления газа на закрывающий механизм 7. Первое воздействие определяется характеристиками мембраны 19 и усилием предварительного сжатия пружины 25 и, следовательно, поддается контролю.

Воздействие давления газа не поддается контролю и его величина измеряется от нескольких ньютонов до нуля в зависимости от того, полон баллон или пуст. Очевидно, что усилие в несколько ньютонов будет оказывать негативное влияние на точность регулировки мембраны 19 скорости потока. В самом деле, при перемещении мембраны в направлении F1 давление газа на механизм 7 затрудняет закрытие впускного отверстия 6 с помощью этого механизма, а при перемещении мембраны в направлении F2 то же давление способствует открытию отверстия 6 механизмом 7. Это воздействие давления газа не поддается контролю и существенно отличается по интенсивности от воздействия мембраны 19. При полном баллоне и открытом впускном отверстии 6 воздействие на рычаг давления газа складывается с воздействием на него мембраны, тогда как при пустом баллоне первое равно нулю.

Для устранения этих недостатков в канале 4 установлен второй плунжер 26 с возможностью перемещения на участке 27 канала 4 в направлениях F3 и F4. Так как участок 27 параллелен каналу 3, направления F3 и F4 перемещения плунжера 26 параллельны направлениям перемещения первого плунжера 8. Кроме того, конец 28 плунжера 26 контактирует с толкателем 30, выполненным соразмерно полости скольжения в цилиндрическом отверстии 31, расположенным соосно с участком 27 канала 4. Движение толкателя происходит в направлениях F3 и F4, причем второй конец толкателя 30 упирается в третье плечо 33 рычага 12, которое находится с противоположной первому плечу 11 рычага по отношению к его точке 13 опоры стороны.

Толкатель 30, расположенный между плунжером 26 и плечом 33, служит для сочленения передаточных средств, образованных плунжером и толкателем 30.

Для предотвращения неконтролируемого истечения газа в камеру 5 через канал 4 и его участок 27 предусмотрены уплотнительные средства. Они состоят из эластичного кольца 34 и металлического кольца 35, установленных в отверстии 36, в котором движется плунжер 26 и в котором оканчивается участок 27 канала 4.

Как видно из чертежа, на рычаг 12 передается воздействие выходного давления газа с двух сторон по каналам 3 и 4, причем первое воздействие стремится повернуть рычаг 12 по часовой стрелке, а второе против часовой стрелки, и эти воздействия нейтрализуют друг друга при сохранении управления рычагом 12 со стороны мембраны 19.

Так как на второй поршень 26 действуют силы трения, вызванные наличием уплотнительных элементов 34 и 35, в предпочтительном варианте выполнения диаметр F2 каналов 4 и 27 должен быть больше, чем диаметр F1 канала 3 для компенсации момента воздействия давления газа на рычаг 12.

Как показано на чертеже, в стенках 38 корпуса 1 рядом с отверстием 6 выполнена полость, в которой установлены электрические резисторы 37, соединенные с электроприводом топливной системы двигателя. Эти резисторы находятся в тепловом контакте со стенками 38 с тем, чтобы подогревать газообразное топлива, которое при истечении из впускного отверстия 6 расширяется и охлаждается, и электрически изолированы от корпуса 1 посредством изоляторов (не показаны).

В предпочтительном варианте предполагается использование резисторов с положительным температурным коэффициент сопротивления, удельное сопротивление которых изменяется в зависимости от окружающей температуры, для того, чтобы по мере роста температуры тепловая мощность резисторов снижалась. При разогреве, когда требуется большое количество тепла для подогрева истекающего из впускного отверстия газа, удельное сопротивление резисторов 37 уменьшается, а их тепловая мощность возрастает. В установившихся режимах работы двигателя при стабильной температуре, когда количество требуемого для подогрева газа тепла как правило меньше, удельное сопротивление резисторов 37 возрастает, так что их выделяемая тепловая мощность уменьшается. Таким образом, количество тепла, сообщаемое выходящему из отверстия газообразному топливу, зависит от расхода газа, протекающего через редуктор. Резисторы поддерживают постоянную температуру топлива, изменяя свое удельное сопротивление в зависимости от температуры так, чтобы их выделяемая тепловая мощность была прямо пропорциональна расходу газа. Таким образом, температура топлива на выходе из редуктора практически постоянна при любых рабочих условиях и не зависит от теплового режима двигателя.

На основе вышеизложенного с учетом чертежа можно сделать вывод о том, что в предлагаемом самокомпенсирующемся редукторе для сжиженного нефтяного или сжатого газа регулировка расхода топлива при различных рабочих режимах двигателя не зависит ни от давления и температуры газа в баллоне, ни от температурного режима двигателя.

Следовательно, работа двигателя в холостом режиме, расход топлива и выпуск отработанных газов могут точно контролироваться независимо от рабочего состояния двигателя. Резисторы 37 сообщают стенкам корпуса 1 вблизи впускного отверстия 6 достаточное количество тепла для нагревания текущего потока газа, они поддерживают его постоянную температуру после выхода из отверстия 6 и вместе с мембраной обеспечивают подачу к двигателю нужного количества топлива.

Использование: редукторы для сжатого или сжиженного нефтяного газа, используемого в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: самокомпенсирующийся и снабженный электроподогревом редуктор для сжиженного нефтяного или сжатого газа содержит несущий корпус, выполненную в нем камеру, мембрану, впускное отверстие между выходом и камерой и закрывающий механизм впускного отверстия, регулирующий расход газа и приводимый в действие подвижными элементами, кинематически связанными с мембраной устройства, управляющего давлением поступающего из баллона газа. Кроме того, редуктор имеет механизм, воздействующий по меньшей мере на один подвижный элемент для сведения к нулю результирующего момента воздействия давления газа и электрические резисторы, соединенные с топливной системой двигателя и находящиеся в тепловом контакте со стенками корпуса вблизи впускного отверстия. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Самокомпенсирующийся и снабженный электроподогревом редуктор для сжиженного нефтяного или сжатого газа, содержащий несущий корпус, камеру, имеющую вход, соединенный с баллоном со сжиженным нефтяным или сжатым газом, и выход, соединенный с двигателем внутреннего сгорания, мембрану, которая при всяком изменении внутреннего давления в камере, обусловленным неравномерным потреблением газа, для сохранения постоянного давления внутри камеры между входом и выходом, несмотря на создаваемое двигателем разрежение, управляет закрывающим механизмом впускного отверстия, расположенного на конце первого канала, выполненного в корпусе между входом и камерой, регулирующим благодаря действию кинематически связанных с мембраной подвижных элементов расход газа, а также его давление на выходе из баллона, толкающий механизм, воздействующий по меньшей мере на один подвижной элемент для того, чтобы свести к нулю результирующий момент от воздействия давления газа на подвижные элементы, отличающийся тем, что мембрана соединена с первым плечом рычага посредством соединительного штока, взаимодействующего с вторым плечом указанного рычага, закрывающий механизм расположен на конце первого плунжера, осуществляющего указанное толкающее воздействие на второе плечо подвижного рычага под влиянием давления газа в первом канале, между входом и камерой расположен второй канал, в котором размещен толкающий механизм, рычаг имеет третье плечо, расположенное с противоположной первому плечу рычага по отношению к его точке опоры стороны, а толкающий механизм под влиянием давления газа во втором канале воздействует на третье плечо для компенсации момента, вызванного воздействием первого плунжера. 2. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что он содержит электрические резисторы, соединенные с топливной системой двигателя, которые находятся в тепловом контакте со стенками корпуса. 3. Редуктор по п.2, отличающийся тем, что электрические резисторы расположены рядом с впускным отверстием. 4. Редуктор по п.2 или 3, отличающийся тем, что удельное сопротивление резисторов находится в обратном пропорциональной зависимости от температуры. 5. Редуктор по п.4, отличающийся тем, что в нем использованы резисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления. 6. Редуктор по пп.1 5, отличающийся тем, что диаметр второго канала больше, чем диаметр первого канала. 7. Редуктор по пп.1 6, отличающийся тем, что первый канал выполнен прямолинейным, а второй имеет прямолинейную часть, параллельную первому. 8. Редуктор по п.7, отличающийся тем, что толкающий механизм содержит второй плунжер, установленный в указанной прямолинейной части, и толкатель, выполненный соразмерно полости скольжения в цилиндрическом отверстии, причем второй плунжер и толкатель служат сочленением толкающего механизма. 9. Редуктор по пп.1 8, отличающийся тем, что подвижной рычаг имеет конец, кинематически связанный с соединительной вставкой, выполненной на конце указанного соединительного штока. 10. Редуктор по п.9, отличающийся тем, что на указанном конце подвижного рычага установлен сферический шарнирный вкладыш, установленный в соединительной вставке. 11. Редуктор по п.10, отличающийся тем, что соединение между указанными вкладышем и концом рычага выполнено с возможностью свободного поворота этого конца вокруг центра вкладыша. 12. Редуктор по пп.1 11, отличающийся тем, что первый плунжер выполнен на толкающем штоке, установленном с опорой на первое плечо подвижного рычага и служащим для уменьшения размеров и веса первого плунжера. 13. Редуктор по пп.1 12, отличающийся тем, что он снабжен уплотнительными средствами, взаимодействующими с толкающим механизмом для предотвращения неконтролируемого истечения газа в сторону камеры через второй канал.