СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И СИСТЕМОЙ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК F02D19/02 F02M21/02 

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящая заявка относится к способу управления газовым двигателем и системой газового двигателя, при этом двигатель снабжен: турбонагнетателем или нагнетателем, через который воздух подается в двигатель (далее в этой заявке каждый раз, когда употребляется слово "турбонагнетатель", оно может с равным успехом заменяться на "нагнетатель"); первым газорегулирующим клапаном для регулирования расхода топливного газа, подаваемого в каждый цилиндр двигателя; при этом топливный газ, который регулируется посредством первого газорегулирующего клапана, и воздух, который подается через турбонагнетатель, смешивают с формированием заданного состава топливовоздушной смеси; и в двигателе сжигается подаваемый топливный газ согласно заданному составу топливовоздушной смеси; и, в частности, данное изобретение относится к способу управления газовым двигателем и системой газового двигателя, допускающему управление (регулирование) составом топливовоздушной смеси с высокой степенью точности, даже в случае использования топливного газа, имеющего низкую теплотворность, для того, чтобы с большой степенью вероятности варьировать свою теплотворную способность, или в случае значительного изменения выходной мощности двигателя.

Описание предшествующего уровня техники

Ранее, из газовых двигателей, малогабаритный газовый двигатель, в частности, использовал систему впуска с предварительным турбонагнетателем, в которой топливный газ и воздух смешиваются, в общем, выше по потоку относительно турбонагнетателя и затем подаются в камеру сгорания.

Между тем, в большинстве традиционных крупногабаритных газовых двигателей топливный газ подавался в камеру сгорания посредством клапана-регулятора топливного газа, расположенного непосредственно перед каждым из цилиндров, поскольку соотношение компонентов горючей смеси между топливным газом и воздухом (т.е. состав топливовоздушной смеси) и газовое заполнение должно быть однородным для каждого цилиндра. При использовании этой системы состав топливовоздушной смеси и газовый заряд, которые вводятся в каждый цилиндр, могут быть однородными, и работа в каждом цилиндре может становиться более эффективной, и, дополнительно, вследствие такой конфигурации, что топливный газ и воздух смешиваются непосредственно перед цилиндром, огнеопасная зона в канале подачи газа может быть уменьшена, посредством чего можно повышать безопасность.

Дополнительно, патентный документ 1 (выложенный патент Японии №2001-132550) предлагает технологию в комбинации обеих систем, указанных выше. В этой технологии топливный газ, сжатый посредством газового компрессора, подается во входное отверстие цилиндра во впускном канале или в цилиндр, в то время как топливный газ до сжатия посредством газового компрессора подается в воздушный канал выше по потоку относительно турбонагнетателя, и подача топливного газа на сторону цилиндра, и подача топливного газа на сторону выше по потоку относительно турбонагнетателя могут меняться местами.

Тем не менее, в конфигурации, раскрытой в патентном документе 1, необходимо сжимать топливный газ до давления выше давления наддувного воздуха в системе подачи топливного газа, в которой топливный газ, сжимаемый посредством газового компрессора, подается во входное отверстие цилиндра впускного канала или в цилиндр, и газовый компрессор должен иметь большой размер и большой объем, чтобы сжимать газ, имеющий низкое давление и высокий расход, в случае использования низкокалорийного газа (газа, имеющего низкую теплотворную способность), такого как горный метан, в качестве топливного газа. Между тем, система подачи топливного газа, в которой топливный газ перед сжатием посредством газового компрессора подается в воздушный канал выше по потоку относительно турбонагнетателя, возможно вызывает риск взрыва топливного газа в выходном отверстии турбонагнетателя, поскольку воспламеняющийся топливный газ сжимается до высокой температуры и высокого давления в турбонагнетателе.

Соответственно, патентный документ 2 (выложенный патент Японии №2006-249954) раскрывает конфигурацию, в которой топливный газ в одной из обеих систем смешивается с воздухом во входном отверстии турбонагнетателя, чтобы подавать полученную таким образом смесь в турбонагнетатель, в то время как топливный газ в другой системе смешивается с всасываемым воздухом во впускном канале для каждого из цилиндров, чтобы подавать полученную таким образом смесь в соответствующий один из цилиндров, и предусмотрен клапан регулирования расхода топлива на стороне турбонагнетателя для регулирования расхода газа в канале подачи газа на стороне турбонагнетателя, клапан регулирования расхода топлива на стороне цилиндра для регулирования расхода газа в канале подачи газа на стороне цилиндра для каждого из цилиндров и регулятор расхода газа для управления степенью открытия клапана регулирования расхода топлива на стороне турбонагнетателя, чтобы регулировать количество топливного газа, подаваемое в канал подачи газа на стороне нагнетателя, чтобы сохранять плотность топливного газа в смеси, подаваемой в турбонагнетатель, равной значению, которое не превышает огнеопасную предельную плотность газа. При этой конфигурации взрыв топливного газа во входном отверстии турбонагнетателя можно полностью исключать, а также мощность привода газового компрессора для сжатия топливного газа, подаваемого во впускной канал для каждого из цилиндров, может уменьшаться даже в случае использования газа с низкой теплотворностью (газа, имеющего низкую теплотворную способность), посредством чего можно уменьшать размер и объем газового компрессора.

Как указано выше, ввиду конфигурации, раскрытой в патентном документе 2, достаточное количество подачи топливного газа может быть обеспечено даже при низкокалорийном газе, а также размер и объем газового компрессора для сжатия топливного газа могут уменьшаться. Тем не менее, требуется способ управления, при котором количество топливного газа, который должен смешиваться с воздухом во входном отверстии турбонагнетателя, может надлежащим образом управляться с помощью простой конфигурации, и который может применяться к системе, в которой теплотворность топливного газа варьируется.

Сущность изобретения

Соответственно, настоящее изобретение разработано ввиду вышеупомянутых проблем, присущих вышеупомянутой традиционной технологии, и, соответственно, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить систему газового двигателя и способ управления системой газового двигателя, которые допускают управление воздушным топливом с высокой степенью точности даже при использовании топливного газа, имеющего низкую теплотворность и имеющего теплотворную способность, которая варьируется с большой вероятностью.

С этой целью, согласно настоящему изобретению, предусмотрен способ управления системой газового двигателя, в которой воздух, подаваемый через турбонагнетатель, смешивают с топливным газом, подаваемым через линию подачи топливного газа, и регулируют относительно его расхода посредством клапана регулирования расхода топлива, чтобы формировать смесь, которая затем подается в камеру сгорания для воспламенения и сгорания двигателя, отличающийся тем, что он содержит этапы, на которых, в случае если топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя является высокой, отводят часть топливного газа, подаваемого через линию подачи топливного газа, выше по потоку относительно клапана регулирования расхода топлива, при этом расход топливного газа на стороне отвода задают равным постоянному значению, которое ниже значения для топливного газа на стороне отвода, подают отводимый топливный газ в камеру сгорания через клапан регулирования отвода, размещенный на отводной линии подачи топливного газа и имеющий двухпозиционное регулирование, подают оставшийся топливный газ из линии подачи топливного газа через главную линию подачи газа и в клапан регулирования расхода топлива для регулирования количеством топливного газа, чтобы задавать смесь, подаваемую в камеру сгорания, имеющую предварительно определенный состав топливовоздушной смеси, и этап, на котором, в случае если топливный газ имеет высокую теплотворность или выходная мощность двигателя является низкой, закрывают клапан регулирования отвода, чтобы подавать топливный газ только в магистраль подачи газа.

При конфигурации настоящего изобретения, в которой топливный газ подается посредством отводной линии подачи газа, в случае если объем подачи топливного газа возрастает, т.е. в случае если топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя является высокой, регулирование состава топливовоздушной смеси может осуществляться с высокой степенью точности, в то время как обеспечивается требуемое количество топливного газа.

Поскольку топливный газ и воздух смешиваются друг с другом непосредственно перед цилиндром, путь смешиваемого газа до цилиндра может быть сокращен, чтобы исключать риск взрыва и т.п., посредством чего можно обеспечивать безопасность.

Дополнительно, настоящее изобретение отличается тем, что газорегулирующий клапан для регулирования расхода топливного газа встроен в каждое из ответвлений отводной линии подачи газа, которые соединяются от отводной линии подачи газа с соответствующими камерами сгорания двигателя, и, соответственно, в случае неисправности одной из камер сгорания двигателя как клапан регулирования расхода топлива, так и газорегулирующий клапан, которые соответствуют соответствующей камере сгорания, закрываются управляемым способом, чтобы перекрывать протекающий топливный газ.

Если любой из цилиндров (камер сгорания) выходит из строя в ходе работы газового двигателя, клапан регулирования расхода топлива и клапан регулирования отвода, которые соответствуют соответствующему цилиндру, закрываются с тем, чтобы прекращать работу только цилиндра, который вышел из строя, без прекращения работы всего газового двигателя, посредством чего можно однозначно прекращать подачу топливного газа в цилиндр.

Дополнительно, настоящее изобретение отличается тем, что степень открытия клапана регулирования расхода топлива определяют, в то время как определяют выходную мощность двигателя, чтобы определить случай, когда топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя является высокой, если клапан регулирования расхода топлива полностью открыт, а выходная мощность двигателя имеет тенденцию возрастать, и, соответственно, клапан регулирования отвода открывается.

При этой конфигурации может быть просто и однозначно определено, требуется или нет топливный газ, подаваемый через газовую отводную линию, посредством чего можно выполнять регулирование состава топливовоздушной смеси с высокой степенью точности.

Кроме того, настоящее изобретение отличается тем, что посредством определения выходной мощности двигателя при условии, что клапан подачи газа открыт, определяется то, что топливный газ имеет высокую теплотворность или выходная мощность двигателя снижена, когда выходная мощность двигателя становится не превышающей предварительно заданное значение, и, соответственно, клапан регулирования отвода закрывается.

Таким образом, максимальное пороговое значение расхода топливного газа, которое может управляться посредством клапана регулирования расхода топливного газа, ранее определено, и когда расход топливного газа становится не превышающим предварительно определенное значение, соответствующее пороговому значению, клапан регулирования отвода закрывается так, что расход топливного газа регулируется только посредством клапана регулирования расхода топлива, посредством чего можно выполнять регулирование топливовоздушной смеси с высокой степенью точности простым способом.

Дополнительно, согласно настоящему изобретению, предусмотрено устройство управления для газового двигателя, включающее в себя клапан регулирования расхода всасываемого воздуха для регулирования количества всасываемого воздуха, который подается посредством турбонагнетателя и который должен быть подан в камеру сгорания, клапан регулирования расхода топлива, предусмотренный на линии подачи топлива, для регулирования количества подачи топливного газа, который должен быть подан в камеру сгорания, и устройство впрыска топлива для смешивания всасываемого воздуха и топливного газа в смесь, имеющую требуемый состав топливовоздушной смеси, и для подачи смеси в камеру сгорания, отличающееся тем, что линия подачи топлива отводится в главную линию подачи газа, соединенную с камерой сгорания и отводной линией подачи газа, которая отводится от линии подачи топлива выше по потоку относительно клапана регулирования расхода топлива, и отводная линия подачи газа снабжена клапаном регулирования отвода, который имеет двухпозиционное регулирование, чтобы давать возможность топливному газу протекать через него в своем открытом состоянии с расходом, который меньше расхода топливного газа, протекающего через главную линию подачи газа.

Дополнительно, настоящее изобретение отличается тем, что каждое из ответвлений отводной линии подачи газа, которые соединены от отводной линии подачи газа с соответствующими камерами сгорания, снабжено газорегулирующим клапаном для регулирования расхода топливного газа.

Как указано выше, согласно настоящему изобретению, могут быть предусмотрены система двигателя, а также способ управления системы газового двигателя, допускающий выполнение регулирования состава топливовоздушной смеси с высокой степенью точности, даже в случае использования топливного газа, который имеет низкую теплотворность и который с большой вероятностью варьирует свою теплотворную способность.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, топливный газ подается как через отводную линию подачи газа, так и через ответвления отводной линии подачи газа только в том случае, если количество подачи топливного газа возрастает, т.е., например, в случае если топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя повышается, посредством чего можно выполнять регулирование состава топливовоздушной смеси с высокой степенью точности при обеспечении требуемого количества топливного газа.

Согласно настоящему изобретению поскольку смешение топливного газа и воздуха выполняется непосредственно перед цилиндром, путь смешиваемого газа в цилиндр может быть сокращен, и, соответственно, возникновение риска взрыва и т.п. можно исключить, посредством чего можно обеспечивать безопасность.

Дополнительно, в ходе работы газового двигателя, если любой из цилиндров выходит из строя, клапан регулирования расхода топлива и клапан регулирования отвода, которые соответствуют соответствующему цилиндру, закрываются с тем, чтобы прекращать работу только отказавшего цилиндра без прекращения работы всего двигателя, посредством чего можно однозначно прекращать подачу топливного газа в цилиндр.

Кроме того, когда топливный газ подается через отводную линию подачи и ответвления отводной линии подачи газа, топливный газ подается при определенном установленном расходе, и, соответственно, можно просто выполнять регулирование состава топливовоздушной смеси в клапане регулирования расхода топлива.

Дополнительно, если клапан регулирования расхода топлива полностью открыт, в то время как выходная мощность двигателя имеет тенденцию повышаться, клапан подачи газа, соответственно, открывается. Тот факт, требуется или нет подача топливного газа через отводную линию подачи газа и ответвления отводной линии подачи газа, может быть просто и однозначно определен, посредством чего можно выполнять регулирование состава топливовоздушной смеси с высокой степенью точности.

Дополнительно, когда выходная мощность двигателя становится не превышающей предварительно определенное значение, клапан регулирования отвода закрывается, посредством чего можно однозначно выполнять регулирование состава топливовоздушной смеси с высокой степенью точности.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - это представление, иллюстрирующее полную конфигурацию системы газового двигателя в варианте осуществления настоящего изобретения; и

фиг.2 - укрупненный вид части обходной структуры, показанной на фиг.1.

Подробное описание изобретения

Далее в качестве примера приводится подробное пояснение предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что размеры, материалы, формы, относительная компоновка и т.п. компонентов, описываемых в этом варианте осуществления, являются просто примерами и не должны иметь намерение ограничивать объем настоящего изобретения, если не указано иное.

Фиг.1 - это представление, иллюстрирующее полную конфигурацию системы газового двигателя в варианте осуществления настоящего изобретения, а фиг.2 - это укрупненный вид, иллюстрирующий часть обходной структуры, показанной на фиг.1.

Следует отметить, что далее в качестве примера выполняется пояснение газового двигателя, снабженного турбонагнетателем и имеющего вспомогательную камеру для зажигания для приведения в действие генератора. Тем не менее, конфигурация этого варианта осуществления не должна ограничиваться этим типом систем газовых двигателей, т.е. этот вариант осуществления может применяться к газовым двигателям внутреннего сгорания. Дополнительно, хотя показано, что генератор является предпочтительным в качестве объекта, который должен приводиться в действие посредством системы двигателя, этот вариант осуществления может применяться в случаях, отличных от генератора.

Ссылаясь на фиг.1, приводится пояснение полной конфигурации системы газового двигателя в этом варианте осуществления настоящего изобретения.

На этом чертеже показаны двигатель (газовый двигатель) 1, крышка 4 цилиндра для каждого цилиндра этого газового двигателя 1, генератор 13, непосредственно присоединенный и приводимый в действие посредством двигателя 1, маховик 14, турбонагнетатель 7, состоящий из выпускной турбины 7а и компрессора 7b, подводящие патрубки 3 для наддувного воздуха, соединенные, соответственно, с каналами для всасываемого воздуха крышки 4 цилиндра для каждого цилиндра, коллектор 2 наддувного воздуха, соединяющий впускной канал для всасываемого воздуха компрессора 7b с подводящими патрубками 3 для наддувного воздуха, и охладитель 9 всасываемого воздуха для охлаждения всасываемого воздуха, протекающего через коллектор 2 наддувного воздуха.

Дополнительно, показаны выхлопные трубопроводы 5, соединенные, соответственно, с выпускными каналами головок цилиндров, выпускной коллектор 6, соединенный с выхлопными трубопроводами 5, выпускная выходная труба 110 для выпуска отработанного газа из выпускного выходного канала выпускной турбины 7а.

Также показан выпускной обводной трубопровод 11, который отводится от выпускного коллектора 6 на входной стороне выпускной турбины 7а в обход выпускной турбины 7а и соединяется с выпускной выходной трубой 110 на выходной стороне выпускной турбины 7а и выпускным перепускным клапаном 12 для изменения области прохода выпускной обводной трубы 11.

Дополнительно, показаны канал 10 воздухоприемника в направлении турбонагнетателя для введения воздуха извне в компрессор 7b турбонагнетателя 7, линия 21 подачи газа, в которую топливный газ вводится из резервуара топливного газа (который не показан) для создания запаса топливного газа, и которая соединяется с главной линией 26 подачи газа и отводится от промежуточной части главной линии 26 подачи газа в ответвления 27 линии подачи газа для соответствующих цилиндров, которые соединяются, соответственно, с подводящими патрубками 3 для наддувного воздуха.

Дополнительно, показаны газовый компрессор 18, присоединенный в линии 21 подачи газа на стороне цилиндра, для сжатия топливного газа, протекающего через линию 21 подачи газа на стороне цилиндра, клапан 20 регулирования расхода топлива, присоединенный в каждом из ответвлений 27 линии подачи газа, для управления областью прохода каждого ответвления 27 линии подачи газа, т.е. регулирования расхода топливного газа.

Отводная линия 30 подачи газа, которая ответвляется от линии 21 подачи газа, отводится выше по потоку относительно клапана 20 регулирования расхода топлива ввиду того, что поток газа и расход газа, протекающего через отводную трубу 30 подачи газа, задаются так, чтобы быть меньше потока и расхода газа, протекающего через главную линию 26 подачи газа.

Дополнительно, показаны датчик 15 скорости для определения скорости вращения двигателя, датчик 13а нагрузки для определения нагрузки от генератора 13, другими словами, нагрузки двигателя, датчик 17 давления всасываемого воздуха для определения давления всасываемого воздуха в коллекторе 2 наддувного воздуха и датчик 16 температуры всасываемого воздуха для определения температуры всасываемого воздуха в коллекторе 2 наддувного воздуха.

Также показаны регулятор 24 скорости, регулятор 23 состава топливовоздушной смеси и регулятор 22 расхода газа. Определенное значение скорости вращения двигателя от датчика 15 скорости доставляется в регулятор 24 скорости, регулятор 23 состава топливовоздушной смеси и регулятор 22 расхода газа, и, дополнительно, определенное значение нагрузки двигателя от датчика 13а нагрузки доставляется в регулятор 23 состава топливовоздушной смеси, а определенное значение давления всасываемого воздуха от датчика 17 давления всасываемого воздуха доставляется в регулятор 23 состава топливовоздушной смеси и регулятор 22 расхода газа, тогда как определенное значение температуры всасываемого воздуха от датчика 16 температуры всасываемого воздуха доставляется в регулятор 23 состава топливовоздушной смеси и регулятор 22 расхода газа.

Регулятор 24 скорости, который обычно является электронным регулятором, выполнен с возможностью управлять степенью открытия каждого клапана 20 регулирования расхода топлива на стороне цилиндра с тем, чтобы регулировать частоту вращения двигателя с требуемой скоростью, которая задается на основе определенного значения частоты вращения двигателя от датчика 15 частоты вращения двигателя, доставляемого от датчика 15 частоты вращения двигателя.

Регулятор 23 состава топливовоздушной смеси управляет степенью открытия выпускного перепускного клапана 12 с использованием средства, которое поясняется ниже, на основе определенного значения частоты вращения двигателя от датчика 15 частоты вращения двигателя, определенного значения нагрузки двигателя от датчика 13а нагрузки двигателя, определенного значения давления всасываемого воздуха от датчика 17 давления всасываемого воздуха и определенного значения температуры всасываемого воздуха от датчика 16 температуры всасываемого воздуха. Регулятор 22 расхода газа управляет степенью открытия клапана 20 регулирования расхода топлива на основе определенного значения частоты вращения двигателя от датчика 15 частоты вращения двигателя, определенного значения давления всасываемого воздуха от датчика 17 давления всасываемого воздуха и определенного значения температуры всасываемого воздуха от датчика 16 температуры всасываемого воздуха.

Приводится пояснение обходной структуры для топливного газа, которая является существенным признаком этого варианта осуществления, со ссылкой на фиг.2. Как показано на этом чертеже, линия 21 подачи топливного газа разветвляется, ниже по потоку относительно газового компрессора 18, но выше по потоку относительно клапана 20 регулирования расхода топлива, в главную линию 26 подачи топливного газа и отводную линию 30 подачи топливного газа.

Главная линия 26 подачи топливного газа ответвляется для соответствующих цилиндров в ответвления 27 линии подачи газа, которые затем соединяются с соответствующими подводящими патрубками 3 для наддувного воздуха.

Между тем, отводная линия 30 подачи газа ответвляется для соответствующих цилиндров в ответвления 32 отводной линии подачи газа, которые затем соединяются с соответствующими подводящими патрубками 3 для наддувного воздуха. На отводной линии 30 подачи газа предусмотрен, выше точки ответвления 32 отводной линии подачи газа, клапан 31 регулирования отвода для управления потоком топливного газа в отводную линию 30 подачи газа. Клапан 31 регулирования отвода имеет двухпозиционное регулирование для управления присутствием или отсутствием потока топливного газа, т.е. когда клапан 31 регулирования отводом открыт, топливный газ протекает через отводную линию 30 подачи газа с предварительно заданным расходом, который меньше расхода в главной линии 26 подачи газа. Предпочтительно, расход газа в отводной линии 30 подачи газа задан равным 10-30%, а более предпочтительно, приблизительно в 20% от расхода газа в главной линии 26 подачи газа.

Клапаны 33 регулирования отвода встроены, соответственно, в ответвления 32 отводной линии подачи газа. Каждый из клапанов 33 регулирования отвода выполняет двухпозиционное регулирование так, чтобы выступать в качестве клапана для управления присутствием или отсутствием потока топливного газа, и поддерживается открытым, как правило, когда топливный газ протекает через отводную линию 30 подачи газа.

В ходе работы газового двигателя, если любой из цилиндров выходит из строя, клапан 20 регулирования расхода топлива и клапан 33 регулирования отвода, которые соответствуют соответствующему цилиндру, закрываются. Таким образом, работа одного только отказавшего цилиндра прекращается без прекращения работы всего двигателя, посредством чего можно однозначно останавливать подачу топливного газа в цилиндр.

Дополнительно, диафрагма 35 предпочтительно предусмотрена на каждом из ответвлений 32 отводной линии подачи газа, посредством которой можно надлежащим образом регулировать расход топливного газа, подаваемого в соответствующий цилиндр из ответвлений 32 отводной линии подачи газа.

В ходе работы газового двигателя, имеющего вышеупомянутую конфигурацию, топливный газ из линии 21 подачи газа сжимается посредством газового компрессора 18 и затем отводится в середине линии 21 подачи газа. Дополнительно, одна часть отводимого топливного газа протекает через главную линию 26 подачи газа и ответвления 27 линии подачи газа для соответствующих цилиндров и затем протекает в соответствующие впускные патрубки 3, где она подмешивается в вышеупомянутую смесь, которая затем подается в соответствующие цилиндры.

Дополнительно, другая часть отводимого топливного газа протекает через газовую отводную линию 30, если клапан 31 регулирования отвода открыт, и протекает через ответвления 32 отводной линии подачи газа и в подводящие патрубки 3 для наддувного воздуха, в которых она смешивается вместе с топливным газом, подаваемым из главной линии 26 подачи газа, в смесь, которая затем подается в цилиндр. Следует отметить, что газорегулирующий клапан 33 предпочтительно поддерживается в обычном открытом состоянии, т.е. он предпочтительно закрывается управляемым способом по мере необходимости в случае, если цилиндр выходит из строя и т.д. Тем не менее, он может быть ассоциирован с клапаном 31 регулирования отвода так, чтобы переводиться управляемым способом в такой же режим, как режим клапана 31 регулирования отвода.

Дополнительно, отработанный газ из цилиндров двигателя 1 протекает через выхлопные трубы 5 так, чтобы объединяться в выпускном коллекторе 6, и затем подается в выпускную турбину 7а турбонагнетателя 7 для приведения в действие выпускной турбины 7а до того, как он выйдет наружу через выпускную выходную трубу 110.

Дополнительно, когда выпускной клапан 12 открывается в ответ на сигнал операции управления, который описан ниже, от регулятора 23 состава топливовоздушной смеси, часть отработанного газа в выпускном коллекторе 6 выпускается в выпускную выходную трубу 110 в обход выпускной турбины 7а.

В способе управления по этому варианту осуществления, в случае если топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя является высокой, клапан 31 регулирования отвода открыт, и выполняются как подача топливного газа из клапана 20 регулирования расхода топлива, так и подача топливного газа от клапана 31 регулирования отвода. Между тем, в случае если топливный газ имеет высокую теплотворность или выходная мощность двигателя является низкой, клапан 31 регулирования отвода закрывается, и, соответственно, топливный газ подается только из клапана 20 регулирования расхода топлива.

В частности, посредством определения степени открытия клапана 20 регулирования расхода топлива и выходной мощности двигателя клапан 31 регулирования отвода открывается управляемым способом, если степень открытия клапана 20 регулирования расхода топлива становится равной 100% или примерно этому значению (предустановленному значению), в то время как выходная мощность двигателя имеет тенденцию возрастать. Затем регулирование степени открытия осуществляется посредством клапана 20 регулирования расхода топлива так, чтобы регулировать количество подачи топливного газа, чтобы получать предварительно определенный состав топливовоздушной смеси, посредством добавления топливного газа, имеющего количество с предварительно определенным составом и подаваемого из клапана 31 регулирования отвода. Таким образом, в момент, когда клапан 31 регулирования отвода открыт на 100%, заданное значение для клапана 20 регулирования расхода топлива становится ниже 100%.

Дополнительно, при условии, что степень открытия клапана 31 регулирования отвода поддерживается в 100%, расход топливного газа регулируется посредством клапана 20 регулирования расхода топлива в соответствии с выходной мощностью двигателя. В это время, как указано выше, предварительно определенный расход топливного газа из клапана 31 регулирования отвода и расход топливного газа, управляемый посредством клапана 20 регулирования расхода топлива, задаются так, чтобы получать предварительно определенное соотношение компонентов смеси или состав топливовоздушной смеси относительно воздуха, подаваемого из турбонагнетателя.

Дополнительно, выходная мощность двигателя определяется при условии, что клапан 31 регулирования отвода открыт, и если мощность двигателя становится не превышающей предварительно определенное значение, определяется то, что топливный газ имеет высокую теплотворность или выходная мощность двигателя понижается. Таким образом, клапан 31 регулирования отвода закрывается, и, соответственно, регулирование состава топливовоздушной смеси выполняется только посредством клапана регулирования расхода топлива.

Таким образом, максимальное пороговое значение для расхода топливного газа, которое может регулироваться посредством клапана 20 регулирования расхода топлива, определено заранее, и если расход становится не превышающим предварительно определенное значение, которое соответствует максимальному пороговому значению, клапан 31 регулирования отводом закрывается. Соответственно, расход топливного газа регулируется только посредством клапана регулирования расхода топливного газа. Таким образом, управление (регулирование) может осуществляться просто и с высокой степенью точности. Дополнительно, даже когда пропуски зажигания возникают, клапан 31 регулирования отвода предпочтительно закрывается.

Как указано выше, согласно этому варианту осуществления, только когда количество подачи топливного газа возрастает, например, в случае если топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя возрастает, топливный газ подается через отводную линию 30 подачи газа и ответвления 32 отводной линии подачи газа, и, соответственно, регулирование состава топливовоздушной смеси может выполняться с высокой степенью точности, в то время как обеспечивается требуемое количество топливного газа.

Дополнительно, согласно этому варианту осуществления, поскольку смешение топливного газа и воздуха выполняется непосредственно перед цилиндром, путь смешиваемого газа в цилиндр может быть сокращен, и, соответственно, риск возникновения взрыва и т.п. можно исключить, посредством чего можно гарантировать безопасность.

Кроме того, в ходе работы газового двигателя, если любой из цилиндров выходит из строя, клапан 20 регулирования расхода топлива и клапан 33 регулирования отвода, которые соответствуют соответствующему цилиндру, закрываются с тем, чтобы прекращать работу только отказавшего цилиндра без прекращения работы всего двигателя, посредством чего можно однозначно останавливать подачу топливного газа в цилиндр.

Дополнительно, поскольку определенный фиксированный расход топливного газа подается, когда топливный газ подается через отводную линию 30 подачи газа и ответвление 32 отводной линии подачи газа, регулирование состава топливовоздушной смеси в клапане 20 регулирования подачи топлива может осуществляться просто.

Дополнительно, посредством открытия клапана подачи газа, когда клапан 20 регулирования расхода топлива открывается до степени полного открытия, в то время как выходная мощность двигателя имеет тенденцию возрастать, то требуется или нет топливный газ, подаваемый через отводную линию 30 подачи газа и ответвление 32 отводной линии подачи газа, может быть определено просто, посредством чего можно выполнять регулирование состава топливовоздушной смеси с высокой степенью точности.

Дополнительно, посредством закрытия клапана 31 регулирования отвода, когда выходная мощность двигателя становится не превышающей предварительно определенное значение, которое установлено заранее, можно просто выполнять управление с высокой степенью точности.

Промышленная применимость

Согласно этому варианту осуществления, в системе двигателя, объединяющей как систему подачи топливного газа, в которой топливный газ смешивается с воздухом на входе турбонагнетателя, и таким образом получаемая смесь подается в турбонагнетатель, так и систему подачи топливного газа, в которой топливный газ подается в каналы всасываемого воздуха для соответствующих цилиндров, возможность взрыва топливного газа на выходе турбонагнетателя может быть полностью исключена, и мощность газового компрессора для сжатия топливного газа, подаваемого в каналы всасываемого воздуха для соответствующих цилиндров, может быть понижена, в случае если топливный газ имеет низкую теплотворность, посредством чего можно предоставлять газовый двигатель, имеющий газовый компрессор, который является малогабаритным и который имеет небольшой объем.

Изобретение относится к способу управления газовым двигателем и системой газового двигателя. Способ управления системой газового двигателя заключается в подаче воздуха через турбонагнетатель, смешивании его с топливным газом и подаче смешанного газа в камеру сгорания. Топливный газ проходит через линию подачи топливного газа и его количество регулируется посредством клапана регулирования расхода топлива. При низкой теплотворности топливного газа или высокой выходной мощности двигателя часть топливного газа отводят в линии подачи топливного газа (30) выше по потоку относительно клапана регулирования расхода топлива (20). Отводимый топливный газ подают в камеру сгорания через клапан регулирования отвода (33). Оставшуюся часть топливного газа подают через главную линию подачи газа (26) и затем в клапан регулирования расхода топлива (20). Расход отводимого топливного газа устанавливают меньшим, чем значение расхода топливного газа на стороне отвода (26). При высокой теплотворности топливного газа или низкой выходной мощности двигателя клапан регулирования отвода (31) закрывают для подачи топливного газа только в главную линию подачи газа (26). Ответвление отводной линии подачи газа (32), соединенное камерой сгорания, может быть снабжено газорегулирующим клапаном (33). Также в изобретении представлена система газового двигателя, в которой реализуется указанный способ. Технический результат заключается в обеспечении управления газовым двигателем в зависимости от теплотворной способности топливного газа и выходной мощности двигателя, а также уменьшении протяженности потока потенциально огнеопасной газовоздушной смеси. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления системой газового двигателя, при котором воздух, подаваемый через турбонагнетатель, смешивают с топливным газом, проходящим через линию подачи топливного газа, и регулируют в отношении количества подачи топлива посредством клапана регулирования расхода топлива, и полученный таким образом смешанный газ подают в камеру сгорания для осуществления воспламенения и сгорания в двигателе, отличающийся тем, что способ включает этапы, на которых, в случае, когда топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя является высокой, часть топливного газа отводят в линии подачи топливного газа выше по потоку относительно клапана регулирования расхода топлива, причем расход отводимого топливного газа устанавливают равным постоянному значению, которое меньше значения расхода топливного газа на стороне отвода, подают отводимый топливный газ в камеру сгорания через клапан регулирования отвода, размещенный на отводной линии подачи газа и имеющий двухпозиционное регулирование, и подают оставшуюся часть топливного газа через главную линию подачи газа из линии подачи топливного газа и затем в клапан регулирования расхода топлива для регулирования количества топливного газа с установлением смешанного газа, подлежащего подаче для сгорания, равным предварительно заданному составу топливовоздушной смеси, а также этапы, на которых, в случае если топливный газ имеет высокую теплотворность или выходная мощность двигателя является низкой, клапан регулирования отвода закрывают для подачи топливного газа только в главную линию подачи газа.

2. Способ управления системой двигателя по п.1, отличающийся тем, что предусматривают газорегулирующий клапан для регулирования расхода топливного газа, встроенный в ответвление отводной линии подачи газа, соединенное от отводной линии подачи газа с каждой из камер сгорания двигателя, и в случае если любая из камер сгорания двигателя выходит из строя, клапан регулирования расхода топлива и газорегулирующий клапан, соответствующие соответствующей камере сгорания, закрываются для перекрытия прохождения топливного газа.

3. Способ управления системой двигателя по п.1, отличающийся тем, что определяют степень открытия клапана регулирования расхода топлива и выходной мощности двигателя, при этом устанавливают, что топливный газ имеет низкую теплотворность или выходная мощность двигателя является высокой, если степень открытия клапана регулирования расхода топлива находится в полностью открытом состоянии, тогда как выходная мощность двигателя имеет тенденцию возрастать, и соответственно клапан регулирования отвода открыт.

4. Способ управления системой двигателя по п.1, отличающийся тем, что выходную мощность двигателя определяют при условии, что клапан подачи газа открыт, причем устанавливают, что топливный газ имеет высокую теплотворность или выходная мощность двигателя снижается, если выходная мощность двигателя становится не выше предварительно заданного значения, и соответственно клапан регулирования отвода закрыт.

5. Система газового двигателя, содержащая клапан расхода всасываемого воздуха для регулирования количества подачи воздуха, подаваемого в камеру сгорания через турбонагнетатель, клапан регулирования расхода топлива, предусмотренный на линии подачи топлива, для регулирования количества подачи топливного газа, подаваемого в камеру сгорания, и устройство впрыска топлива для смешения воздуха и топливного газа с предварительно заданным составом топливовоздушной смеси с тем, чтобы подавать полученный таким образом смешанный газ в камеру сгорания, отличающаяся тем, что линия подачи топлива разветвлена в главную линию подачи газа, соединенную с камерой сгорания, и отводную линию подачи газа, ответвленную от расположенной выше по потоку стороны клапана регулирования расхода топлива, причем отводная линия подачи газа снабжена клапаном регулирования отвода с двухпозиционным регулированием для обеспечения возможности прохождения топливного газа через него с расходом, который меньше расхода топливного газа, проходящего через главную линию подачи газа в открытом состоянии.

6. Система газового двигателя по п.5, отличающаяся тем, что ответвление отводной линии подачи газа, соединенное от отводной линии подачи газа с каждой из камер сгорания, снабжено газорегулирующим клапаном для регулирования расхода топливного газа.