СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОВОГО ДИЗЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F02D19/08 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях, работающих по газодизельному циклу с возможностью работы по дизельному циклу.

Известна система регулирования газового дизеля [1] в которой, как и в заявляемой, предусмотрена корректировка запальной дозы жидкого топлива, необходимая вследствие значительного уменьшения цикловой подачи жидкого топлива плунжерными парами топливного насоса высокого давления (ТНВД) при снижении частоты вращения вала двигателя, что ведет к перебоям в работе двигателя, коксованию форсунок, недогоранию газа и, следовательно, к ухудшению экономических и экологических показателей газового дизеля. В известной системе регулирования корректировка запальной дозы осуществляется при помощи вакуумной камеры, которая взаимодействует с ограничителем запальной дозы и соединена трубкой с впускным патрубком на участке между смесителем и двигателем. Однако такая система регулирования не может обеспечить стабильности и требуемого закона корректировки запальной дозы вследствие ее зависимости от внешних условий, засоренности воздушного фильтра, а в наддувных двигателях и от загрузки двигателя. Кроме того, эта система не обеспечивает всережимного регулирования двигателя.

Примем за прототип наиболее близкую по технической сущности и достигаемому результату систему регулирования газового дизеля [2], содержащую последовательно соединенные трубопроводами газовый редуктор, дозатор газа и смеситель, установленный во впускном патрубке двигателя, а также оборудованный ограничителем запальной дозы жидкого топлива регулятор частоты вращения. Связь выходного звена регулятора с рейкой ТНВД обеспечивается посредством пружины. При работе двигателя в газодизельном режиме последовательно соединенные трубопроводами газовый редуктор, дозатор газа и смеситель, установленный во впускном патрубке двигателя, обеспечивают регулировку и подачу газа в двигатель, а ограничитель запальной дозы ограничивает цикловую подачу дизельного топлива.

Однако известная система регулирования газового дизеля не осуществляет корректировки запальной дозы жидкого топлива и газа, вследствие чего двигатель не может обеспечить в газодизельном режиме работы такого же, как и в дизельном режиме, запаса крутящего момента (корректорной ветви характеристики), а также экономических и экологических показателей. Это делает невозможным использование такой системы регулирования газового дизеля в автотракторной технике. Кроме того, в такой системе регулирования вследствие синхронного перемещения рейки топливного насоса высокого давления и регулирующего органа дозатора газа на режимах малой загрузки газ подается в цилиндры, что ведет к его недогоранию. В результате на этих режимах также имеют место выбросы углеводородов в отработавших газах, что обусловливает снижение экономичности двигателя.

Задачей изобретения является обеспечение требуемой характеристики работы двигателя (по крутящему моменту) в газодизельном режиме, а также обеспечение экономических и экологических показателей газового дизеля.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе регулирования газового дизеля, содержащей последовательно соединенные трубопроводами газовый редуктор, дозатор газа и смеситель, установленный во впускном патрубке двигателя, а также оборудованный ограничителем запальной дозы жидкого топлива регулятор частоты вращения, согласно изобретению регулирующий орган дозатора газа и ограничитель запальной дозы выполнены подпружиненными, причем ограничитель запальной дозы соединен с задающим звеном регулятора частоты вращения односторонней кинематической связью с возможностью увеличения запальной дозы, а кинематическая связь выходного звена регулятора частоты вращения с рейкой ТНВД и регулирующим органом дозатора газа осуществлена посредством дифференциального рычага, который оборудован упором и смонтирован с возможностью последовательного и совместного перемещения рейки ТНВД и регулирующего органа дозатора газа.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает, что новым является то, что регулирующий орган дозатора газа и ограничитель запальной дозы выполнены подпружиненными, причем ограничитель запальной дозы соединен с задающим звеном регулятора частоты вращения односторонней кинематической связью с возможностью увеличения запальной дозы, а кинематическая связь выходного звена регулятора частоты вращения с рейкой топливного насоса высокого давления и регулирующим органом дозатора газа осуществлена посредством дифференциального рычага, который оборудован упором и смонтирован с возможностью последовательного и совместного перемещения рейки топливного насоса высокого давления и регулирующего органа дозатора газа.

Наличие новых элементов и их взаимосвязь обеспечивают требуемый порядок перемещения рейки ТНВД и регулирующего органа дозатора газа, а именно при увеличении нагрузки двигателя сначала перемещается рейка ТНВД, обеспечивая требуемую запальную дозу, затем открывается дозатор газа, увеличивая крутящий момент двигателя до номинального значения, после чего рейка ТНВД и регулирующий орган дозатора газа совместно перемещаются, в результате чего компенсируются утечки жидкого топлива в плунжерных парах ТНВД на малой частоте вращения и обеспечивается требуемая характеристика работы газового дизеля (по крутящему моменту). В результате такого порядка перемещения рейки ТНВД и регулирующего органа дозатора газа также улучшаются экономические и экологические показатели газового дизеля.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как не является очевидным для специалиста и приводит к получению результата, удовлетворяющего существующую потребность обеспечения необходимой характеристики работы газового дизеля, а также улучшения его экономических и экологических показателей.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость", так как оно может применяться в автотракторных двигателях, работающих по газодизельному циклу с возможностью работы по дизельному циклу.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы регулирования газового дизеля; на фиг. 2 - скоростная характеристика газового дизеля.

Система регулирования газового дизеля содержит последовательно соединенные трубопроводами 1 газовый редуктор 2, дозатор газа 3 и смеситель 4, установленный во впускном патрубке 5 двигателя. Регулятор частоты вращения выполнен центробежного типа с грузами 6, муфтой 7 и рычагом 8, который является его выходным звеном. Рычаг 8 соединен через пружину 9 регулятора с задающим звеном 10 регулятора, которое связано тягой 11 с педалью управления 12. С рычагом 8 шарнирно соединен дифференциальный рычаг 13, который может взаимодействовать с упором 14. Кроме того, дифференциальный рычаг 13 соединен посредством тяги 15 с рейкой 16 ТНВД, а при помощи кулисы 17 - с регулирующим органом 18 дозатора газа 3. Регулирующий орган 18 дозатора газа 3 подпружинен пружиной 19, усилие которой направлено на закрытие дозатора газа. Ограничитель запальной дозы 20 выполнен в виде двуплечего рычага, одно плечо которого может воздействовать на выступ рейки 16 ТНВД, а другое - взаимодействовать посредством регулировочного болта 21 с кулачком 22, который жестко соединен с задающим звеном 10 регулятора. Таким образом ограничитель запальной дозы 20 связан односторонней кинематической связью с задающим звеном 10 регулятора частоты вращения. Кроме того, одно плечо ограничителя запальной дозы 20 соединено с пружиной 23, которая может быть включена (натянута) с помощью электромагнита 24. Жесткости пружин 9, 19, 23 и кинематика подвижных элементов системы регулирования газового дизеля подобраны таким образом, чтобы при перемещении дифференциального рычага 13 механическая работа деформации пружины 23 ограничителя запальной дозы была больше механической работы деформации пружины 19 дозатора газа 3, что обеспечивает требуемый порядок перемещений рейки 16 ТНВД и регулирующего органа 18 дозатора газа 3.

Система регулирования газового дизеля на внешней скоростной характеристике при газодизельном цикле работает следующим образом.

Скоростной режим (n_д) задается оператором путем натяжения пружины 9 регулятора через педаль управления 12, тягу 11 и задающее звено 10 регулятора. При этом кулачок 22 занимает соответствующее этому режиму положение. Электромагнит 24 натягивает пружину 23, в результате ограничитель запальной дозы 20 прижимается регулировочным болтом 21 к поверхности кулачка 22, тем самым ограничивая перемещение рейки 16 ТНВД и, следовательно, ограничивая подачу жидкого топлива на требуемую величину.

На холостом ходу дозатор газа 3 закрыт, а цикловая подача жидкого топлива q_ц секциями ТНВД имеет определенную величину (т.А, фиг. 2). Положение элементов системы регулирования газового дизеля, соответствующее холостому ходу, показано на фиг. 1.

При увеличении нагрузки (крутящего момента М) центробежные силы грузов 6 ослабевают, и рычаг 8 вместе с муфтой 7 начинает смещаться под действием пружины 9, воздействуя на дифференциальный рычаг 13, в результате чего рейка 16 ТНВД перемещается тягой 15 на расстояние Δ до упора своим выступом в ограничитель запальной дозы 20. Таким образом, цикловая подача жидкого топлива увеличивается до величины требуемой запальной дозы (линия АВ). При этом крутящий момент двигателя увеличивается, а дозатор газа 3 остается закрытым, так как его регулирующий орган 18 подпружинен пружиной 19, а рейка 16 на участке Δ перемещается свободно. В результате на этом режиме и на холостом ходу газ в цилиндры двигателя не подается, что ведет к снижению токсичности и повышению экономичности газового дизеля.

При дальнейшем возрастании нагрузки дифференциальный рычаг 13 начинает открывать дозатор газа 3 посредством кулисы 17, а рейка 16 ТНВД остается неподвижной, так как механическая работа деформации пружины 19 дозатора газа меньше механической работы деформации пружины 23 ограничителя запальной дозы 20. При открытии дозатора газа 3 газ из-за перепада давлений начинает подаваться по трубопроводам 1 из газового редуктора 2 через дозатор газа 3 в смеситель 4 и далее через впускной патрубок 5 в цилиндры двигателя. В результате крутящий момент и частота вращения вала двигателя достигают номинальных значений М_н и n_н, при этом корректировка запальной дозы не осуществляется (линия ВС). Однако, так как на регуляторной ветви падение угловой скорости вала двигателя мало, уменьшение цикловой подачи жидкого топлива весьма незначительно.

При последующем увеличении нагрузки дифференциальный рычаг 13 упирается в упор 14, в результате чего регулирующий орган 18 дозатора газа 2 и рейка 16 ТНВД начинают синхронно перемещаться, увеличивая подачу газа и жидкого топлива. При этом регулировочный болт 21 отрывается от -поверхности кулачка 22, а пружина 23 растягивается, обеспечивая требуемую величину корректировки запальной дозы жидкого топлива (линия CD). В результате обеспечивается устойчивая экономичная работа газового дизеля с относительно высокими экологическими показателями. На фиг. 2 прерывистой линией показан характер изменения цикловой подачи жидкого топлива при отсутствии корректировки запальной дозы. Корректорная ветвь характеристики по крутящему моменту обеспечивается формой регулирующего органа 18 дозатора газа 3.

При снятии нагрузки вышеописанные операции происходят в обратной последовательности. На частичных режимах система регулирования газового дизеля работает аналогичным образом (линия abсd).

При работе двигателя по дизельному циклу электромагнит 24 выключен, и пружина 23 не воздействует на ограничитель запальной дозы 20. Поэтому рейка 16 ТНВД на всех режимах движется без ограничений, и дозатор газа 3 не открывается.

Система регулирования газового дизеля может иметь регулятор частоты вращения любого типа, в том числе с корректором подачи жидкого топлива. Односторонняя кинематическая связь задающего звена регулятора и ограничителя запальной дозы может быть также любой, например она может быть выполнена в виде гибкой ленты. Однако реализация односторонней кинематической связи в виде кулачкового механизма наиболее эффективна, так как в этом случае возможно формой кулачка 22 задавать различную запальную дозу жидкого топлива на каждом скоростном режиме. Это обстоятельство позволяет значительно увеличить запальную дозу жидкого топлива на режимах трогания (малой угловой скорости вала двигателя), что обеспечивает хорошую динамику мобильного средства.

Применение данной системы регулирования газового дизеля позволяет обеспечить требуемый запас крутящего момента, а также улучшить экономические и экологические показатели двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям, работающим по газодизельному циклу. Изобретение позволяет обеспечить требуемую характеристику работы двигателя в газодизельном режиме, требуемый запас крутящего момента двигателя, а также обеспечить экономические и экологические показатели газового дизеля. Система регулирования газового дизеля содержит последовательно соединенные трубопроводами газовый редуктор, дозатор газа и смеситель, установленный во впускном патрубке двигателя, а также оборудованный ограничителем запальной дозы жидкого топлива регулятор частоты вращения. Регулирующий орган дозатора газа и ограничитель запальной дозы выполнены подпружиненными. Ограничитель запальной дозы соединен с задающим звеном регулятора частоты вращения односторонней кинематической связью с возможностью увеличения запальной дозы. Кинематическая связь выходного звена (рычага) регулятора частоты вращения с рейкой топливного насоса высокого давления (ТНВД) и регулирующим органом дозатора газа осуществляется посредством дифференциального рычага, оборудованного упором и смонтированного с возможностью последовательного и совместного перемещения рейки ТНВД и регулирующего органа дозатора газа. 2 ил.

Система регулирования газового дизеля, содержащая последовательно соединенные трубопроводами газовый редуктор, дозатор газа и смеситель, установленный во впускном патрубке двигателя, а также оборудованный ограничителем запальной дозы жидкого топлива регулятор частоты вращения, отличающаяся тем, что регулирующий орган дозатора газа и ограничитель запальной дозы выполнены подпружиненными, причем ограничитель запальной дозы соединен с задающим звеном регулятора частоты вращения односторонней кинематической связью с возможностью увеличения запальной дозы, а кинематическая связь выходного звена регулятора частоты вращения с рейкой топливного насоса высокого давления и регулирующим органом дозатора газа осуществлена посредством дифференциального рычага, который оборудован упором и смонтирован с возможностью последовательного и совместного перемещения рейки топливного насоса высокого давления и регулирующего органа дозатора газа.