РЕДУКТОР-РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ МЕТАНОМ ИЛИ ДРУГИМИ ПОДОБНЫМИ ТОПЛИВАМИ Российский патент 2016 года по МПК G05D16/06 

Целью настоящего изобретения является редуктор/регулятор давления метана для питания двигателей внутреннего сгорания.

Редуктор/регулятор давления согласно настоящему изобретению содержит корпус, разделяемый на три камеры, связанные друг с другом посредством трубопроводов высокого сопротивления и посредством отверстия и закрывающего элемента, который соединен с упругой мембраной, поверхность которой пропорционально больше открывающего/закрывающего элемента, так что небольшого давления в камере перед упругой мембраной достаточно, чтобы согнуть ее, преодолевая как сопротивление давления метана в соседней камере, так и сопротивление давления метана в камере, прямо подключенной к баку (бакам), а также сопротивление противодействующей пружины. Когда упругая мембрана сгибается, она толкает шток, конец которого соединен с открывающим/закрывающим элементом, который обеспечивает или предотвращает прохождение метана через отверстие, соединяющее камеру, из которой метан направляется в двигатель, с камерой, в которую метан поступает прямо из бака (баков). Кроме того, трубопровод соединяет камеру, где достигается достаточное давление, чтобы согнуть мембрану, с камерой, из которой метан под низким давлением направляется в систему питания двигателя; согласно конструкции указанный трубопровод обеспечивается двухпозиционным клапаном и суженной частью или согласно другой конструкции только двухпозиционным клапаном. Регулятор/редуктор давления согласно настоящему изобретению комплектуется датчиком давления, клапаном регулировки давления, клапанами и соединениями с электроникой, управляющей процессом питания двигателя.

Уровень техники

В настоящее время система для питания двигателей внутреннего сгорания метаном схематически состоит из:

- по меньшей мере одного бака (баллона) для метана, способного содержать газообразный метан, сжатый под давлением приблизительно 220 бар;

- предохранительный клапан, который позволяет изолировать бак для метана от системы для обслуживания;

- ниппель для заправки метаном, который позволяет производить заправку метана в бак, имеющий обратный клапан;

- редуктор/регулятор давления, который спроектирован для понижения давления метана от давления в баке до давления подачи в двигатель, например 1,0/2,0 бар;

- электромагнитный клапан, который останавливает поток метана, когда двигатель выключен;

- электронный блок управления, который поддерживает правильные параметры подачи;

- магистраль, которая доставляет газ к форсункам;

- датчик давления, который подает информацию на электронный блок управления;

- коммутатор.

Для работы системы важным является редуктор давления, который должен уменьшать давление метана в баке до значения, требуемого для работы двигателя, как указывалось выше 1,0/2,0 бар, и он должен обеспечивать постоянное наличие по запросу необходимого количества топлива под соответствующим давлением, быстро приспосабливая его при изменении рабочих условий.

Пример данной необходимости заключается в предоставлении требуемого количества метана под соответствующим давлением при обгоне другого транспортного средства.

Редукторы/регуляторы, применяемые в настоящее время в двигателях внутреннего сгорания, включают две или три ступени давления, снабженные пружинами и мембранами и/или поршнями, содержащими пружины, последняя ступень которых является ступенью с вакуумным выходом, и их работа обычно определяется пружиной.

Одной из проблем этих редукторов является то, что их работа зависит от работы механических компонентов, таких как пружины, держатели пружин, мембраны, поршни и регулировочные винты выходного давления; эти механические компоненты могут терять свою функциональность и установки, таким образом, вызывая неудовлетворительную работу редуктора/регулятора.

Дополнительная проблема вызвана тем, что доступные на рынке в настоящее время редукторы/регуляторы, основанные на работе механических устройств, не могут непрерывно изменять давление метана, подаваемое в систему питания двигателя, в соответствии с мощностными запросами или внезапными ускорениями, или при рабочих условиях, которые требуют небольшого давления, но они просто подают метан под постоянным давлением, что может вести к:

a) потерям мощности при резких ускорениях;

b) перерасходу, когда при движении требуется небольшое давление, например, при постоянной скорости или при частично благоприятных условиях.

Пример редуктора раскрыт в патенте США №4534913, на имя Bathe John G, в котором описан регулятор-редуктор давления для двигателей внутреннего сгорания, который не решает проблем механической простоты, быстроты и точности управления регулятора;

В FR 2859502 описан карбюраторный узел, который содержит карбюратор и насос-ускоритель.

В ЕР 0248411 описан узел регулятора для двигателей внутреннего сгорания, который содержит мембрану, камеру регулировки давления, клапанное седло в камере регулировки давления.

Устройства по патентам FR 2859502, ЕР 0248411 отличаются от описанных в пункте 1 формулы изобретения и не отражают признаки пункта 1.

Описание изобретения

Целью настоящего изобретения является редуктор/регулятор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном или другими подобными топливами, при этом механические компоненты сильно сокращены и главным образом содержат противодействующую пружину открывающего/закрывающего элемента подачи метана в камера, из которой он направляется в систему питания двигателя.

Корпус редуктора/регулятора настоящего изобретения разделен на три камеры, соединенные посредством трубопроводов и/или устройств, обеспечивающих открытие/закрытие отверстия для прохождения метана, так что в камере, из которой метан направляется в систему питания двигателя, постоянно присутствует давление, требуемое для правильной работы двигателя, даже если давление метана в баке (баках) максимальное или уменьшается после потребления, или в случае запросов системы питания двигателя, вызванных внезапными ускорениями.

Регулятор/редуктор согласно настоящему изобретению обеспечивает, что выходящий из бака метан под давлением направляется в первую камеру, из которой посредством клапана регулировки давления, управляемого электронным блоком управления, метан вводится во вторую меньшую камеру, которая отделена от камеры, поставляющей метан в двигатель, посредством упругой мембраны, имеющей обширную поверхность; метан вводится в меньшую камеру под таким давлением, которое способно согнуть упругую мембрану, которая через шток управляет открытием связывающего отверстия между входной камерой для метана и камерой, поставляющей метан в систему питания двигателя.

Как упоминалось, вторая меньшая камера отделена от поставляющей камеры посредством упругой мембраны, которая сгибается под давлением метана во второй меньшей камере, когда давление метана в камере, поставляющей метан в систему питания двигателя, уменьшается при внезапных потребностях мощностного запроса двигателя, например внезапного ускорения.

Упругая мембрана толкает шток в отверстие в стенке, отделяющей камеру, сконструированную для подачи метана в систему питания, от камеры, вмещающей метан из бака (баков); когда шток продвигается вперед, он вызывает отход закрывающего средства и открывает отверстие, через которое метан течет непосредственно и моментально в камеру, поставляющую его в систему питания, пока запрос не закончится или пока давление во второй камере не станет равным давлению в камере, поставляющей метан в систему питания. Как только запрос закончился, упругая мембрана возвращается в исходное положение, тянет шток, и, таким образом, закрывающее средство блокирует связывающее отверстие и останавливает прохождение метана с помощью движения пружины.

Для того чтобы обеспечить сгибание упругой мембраны и, как следствие, перемещение штока, конец которого соединен с затвором, обеспечивающим или предотвращающим открытие/закрытие, поверхность упругой мембраны делается пропорционально больше поверхности затвора.

Для того чтобы заново уравновесить давление между меньшей камерой и камерой, поставляющей метан в систему питания двигателя, обеспечивается трубопровод, который может иметь двухпозиционный/регулирующий клапан, управляемый электронным блоком управления, и подходящим образом суженную часть, для обеспечения ограничения давления метана между меньшей камерой и камерой, поставляющей метан в систему питания двигателя; альтернативно, трубопровод может содержать только двухпозиционный/регулирующий клапан, управляемый электронным блоком управления.

Описание графических материалов

Редуктор/регулятор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:

на фиг.1 изображен схематический вариант осуществления, который не является ограничивающим, возможной реализации.

на фиг.2 изображен вариант осуществления по фиг.1.

Описание варианта осуществления

Обращаясь к прилагаемым графическим материалам, регулятор/редуктор для питания двигателей внутреннего сгорания метаном согласно настоящему изобретению состоит из:

- корпуса (1), разделяемого на три камеры:

- камеру (2), которая принимает метан из бака,

- меньшую камеру (3), которая принимает метан из камеры (2),

- большую камеру (4), которая принимает метан из камеры (3) и в зависимости от запросов из камеры (2) и направляет его в систему питания двигателя.

Кроме корпуса (1), разделенного на три камеры (2, 3, 4), регулятор/редуктор содержит:

- трубопровод (2а) для ввода метана под высоким давлением от камеры (2) в камеру (3);

- клапан регулировки давления под высоким давлением (5) для ввода метана в камеру (3);

- электронный блок (6) управления для управления вводом в камеру (3);

- упругую мембрану (7), отделяющую камеру (3) от камеры (4); указанная упругая мембрана имеет пропорционально большую поверхность, чем поверхность затвора, расположенная в камере (2) и отодвигаемая от упругой мембраны (7) посредством штока, функция указанного затвора заключается в открывании или закрывании отверстия для прохождения метана из камеры (2) в камеру (4);

- шток (8), соединенный с упругой мембраной (7) на одной стороне и с затвором (9) на другой стороне; указанный шток (8) имеет такую длину, что, когда упругая мембрана (7) находится в своем положении покоя, затвор (9) полностью прижимается к стенкам отверстия (10), соединяющего камеру (4) с камерой (2), указанные стенки отверстия (10) обеспечиваются уплотнением или уплотнением типа «металл к металлу»;

- упругое противодействующее средство (11) для возвращения затвора (9) в его закрытое положение;

- трубопровод (12), который соединяет камеру (3) с камерой (4) и который содержит устройства, подходящие для регулировки или остановки прохождения метана;

- суженную часть (13) на трубопроводе (12) и/или двухпозиционный/регулирующий электромагнитный клапан (19) в качестве регулирующих элементов прохождения метана;

- отверстие (14), которое обеспечивает ввод метана в камеру (2) из бака (баков);

- отверстие (15), которое обеспечивает ввод метана в систему питания двигателя;

- двухпозиционный клапан (16) на трубопроводе ввода метана из бака (баков);

- датчик (17) давления между трубопроводом ввода метана для системы питания двигателя и электронным блоком (6) управления, который управляет клапаном регулировки давления (5) ввода метана в камеру (3) и на двухпозиционный/регулирующий клапан (19);

- отверстие (18) для ввода метана в камеру (3) из клапана (5) регулировки давления.

Работа редуктора/регулятора согласно настоящему изобретению будет описана ниже.

Камера (2) корпуса (1) редуктора/регулятора давления принимает через отверстие (14) метан, поступающий из бака (баков) при давлении, пропорциональном уровню заполнения бака, приблизительно 220 бар при полном баке и приблизительно 10 бар при практически пустом баке.

Посредством трубопровода (2а) ввода и клапана (5) регулировки высокого давления, управляемого электронным блоком (6) управления, который мониторит газовые запросы от двигателя через датчик (17) давления, метан направляется из камеры (2) в камеру (3), которая имеет очень маленький размер. В камере (3) из-за ее малых размеров давление, требуемое для открытия затвора (9), достигается просто и быстро.

Камера (3) и камера (4) связаны посредством трубопровода (12), содержащего устройства, подходящие для ограничения или предотвращения прохождения метана, указанные устройства в зависимости от конфигурации содержат двухпозиционный/регулирующий клапан (19) и возможную суженную часть (13).

Двухпозиционный/регулирующий клапан (19) получает управляющий сигнал открытия/закрытия от электронного блока (6) управления, который обрабатывает данные, полученные от датчика (17) давления, таким образом, предотвращая прохождение метана, когда давление в камере (4) превышает предварительно установленное рабочее давление системы питания двигателя, или ограничивая давление, так чтобы поддерживать его постоянным во время использования (фиг.2).

В дополнение к двухпозиционному/регулирующему клапану (19) на трубопроводе (13) может быть обеспечена калиброванная суженная часть (13) для ограничения использования двухпозиционного/регулирующего клапана (19) для потребности закрывания (фиг.1).

Когда в камере (4) давление, определяемое датчиком (17) давления, внезапно уменьшается, например при большем запросе двигателя, клапан (5) регулировки давления, управляемый электроникой (6), впрыскивает метан в камеру (3), быстро увеличивая давление, необходимое для сгибания упругой мембраны (7), которая толкает шток (8), с последующим отходом затвора (9) от стенок отверстия (10) и прямым прохождением метана из камеры (2) в камеру (4) в необходимом количестве.

Как только запрос был удовлетворен и давление в камере (4) возвратилось к предварительно установленным значениям, упругая мембрана (7) возвращается в свое положение покоя, затягивает обратно шток (8) и затвор (9), который закрывает отверстие (10), будучи толкаемой давлением в камере (2) и упругими средствами, такими как пружина (11).

Двухпозиционный/регулирующий клапан (19) закрывается посредством электронного блока (6) управления, когда датчик (17) давления определяет высокий запрос для использования, это вызывает то, что в камере (3), которая, как указывалось, имеет очень маленький размер, быстро достигается давление, необходимое для сгибания упругой мембраны (7), со смещением штока (8) и затвора (9) и последующим быстрым открытием отверстия (10) с прохождением метана из камеры (2) в камеру (4).

Наличие суженной части (13) и/или двухпозиционного клапана (19) на трубопроводе (12), соединяющего камеры (3) и (4), обеспечивает как достижение, как указано, быстрого увеличения давления в камере (4), совместно с другими доступными устройствами, для удовлетворения запроса, исходящего от внезапного увеличения нагрузки и числа оборотов двигателя, так и поддержание давления в камере (4) на минимальных уровнях, поэтому даже ниже чем 1 бар, когда запрос двигателя является минимальным вследствие благоприятных условий передвижения.

Способность автоматического регулирования увеличения давления подачи и регулирования минимального давления подачи метана в двигатель не может быть получена при применении редукторов/регуляторов давления, доступных на рынке в настоящее время, настройки давления подачи которых выполнены производителем.

Изобретение относится к редукторам/регуляторам давления метана для питания двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом изобретения является повышение точности регулирования давления. Редуктор/регулятор содержит корпус, разделяемый на три камеры, связанные друг с другом посредством трубопроводов высокого сопротивления и посредством открывающего/закрывающего элемента, который соединен с упругой мембраной. Поверхность мембраны пропорционально больше открывающего/закрывающего элемента, так что небольшого давления в камере перед упругой мембраной достаточно, чтобы согнуть ее, преодолевая как сопротивление давления метана в соседней камере, так и сопротивление давления метана в камере, прямо подключенной к баку (бакам), а также сопротивление противодействующей пружины. Регулятор/редуктор давления комплектуется датчиком давления, клапаном регулировки давления, клапанами и соединениями с электроникой, которая управляет процессом питания двигателя. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном, отличающийся тем, что он состоит из:
- корпуса (1), разделенного на три камеры (2, 3 и 4), причем каждая из них имеет три различных внутренних объема, и при этом камера (3) имеет меньший объем, чем камера (2), а камера (2) имеет меньший объем, чем камера (4);
- трубопровода для ввода метана из бака (баков) в камеру (2) через отверстие (14) в стенке камеры (2);
- двухпозиционного клапана (16) на выходе метана из бака (баков);
- трубопровода (2а), соединяющего камеру (2) с камерой (3);
- клапана (5) регулировки давления на соединяющем трубопроводе (2а);
- трубопровода (12), соединяющего камеру (3) с камерой (4);
- регулирующих и/или закрывающих устройств соединяющего трубопровода (12);
- отверстия (10) для прохождения метана между камерой (2) и камерой (4);
- затвора (9) для открытия и закрытия отверстия (10) для прохождения метана между камерой (2) и камерой (4), соединенного со штоком (8), противоположный конец которого соединен с упругой мембраной;
- упругой мембраны (7), отделяющей камеру (3) от камеры (4), имеющей пропорционально большую поверхность, чем поверхность затвора (9), открывающего и закрывающего отверстие (10) для прохождения метана между камерой (2) и камерой (4);
- упругого средства (11), подвергающегося давлению метана в камере (2) для удержания затвора (9) прижатым к отверстию (10);
- отверстия (15) в камере (4) для подачи метана в двигатель;
- датчика (17) давления, расположенного на соединении с системой питания двигателя;
- электронного блока (6) управления, подключенного к датчику (17) давления и к регулирующим и закрывающим устройствам соединяющего трубопровода (12) и к клапану (5) регулировки давления;
- герметичных элементов уплотнения;
при этом во время применения:
- давление метана в камере (2) равно давлению в баке (баках);
- давление метана в камере (3) равно или меньше давления в камере (2);
- давление метана в камере (3) равно или выше давления в камере (4);
- давление метана в камере (4) равно давлению, требуемому для питания двигателя.

2. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1, отличающийся тем, что давление метана в камере (4) поддерживается равным давлению, необходимому для питания двигателя, посредством:
- непрерывного регулирования давления метана в камере (3), непрерывно изменяющегося с помощью клапана (5) регулировки давления, по запросу электронного блока (6) управления, получающего данные о давлении, необходимом для применения, от датчика (17) давления;
- трубопровода (12), обеспеченного регулирующими и закрывающими устройствами, соединяющего камеру (3) с камерой (4);
- поступления метана из камеры (2) в камеру (4), когда давление метана в камере (3) выше давления метана в камере (4) на такое значение, чтобы сгибать упругую мембрану (7), смещать посредством штока (8) затвор (9) от отверстия (10), преодолевая сопротивление давлению метана в камере (2) и упругого средства (11), таким образом, обеспечивая прямое поступление метана из камеры (2) в камеру (4).

3. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1 или 2, отличающийся тем, что время открытия и закрытия клапана регулировки давления устанавливают электронным блоком (6) управления согласно значениям давления, требуемым для работы двигателя, определенным датчиком (17) давления.

4. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1, отличающийся тем, что элементы уплотнения, необходимые для герметизации, представляют собой уплотнения типа «металл к металлу», установленные в своих посадочных местах.

5. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1, отличающийся тем, что все элементы уплотнения, требуемые для герметизации, являются уплотнительными кольцами, установленными в своих посадочных местах.

6. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1, отличающийся тем, что шток (8) соединен с упругой мембраной (7) на одной стороне и с затвором (9) на другой стороне; при этом указанный шток (8) выполнен такой длины, что при пребывании упругой мембраны (7) в своем положении покоя затвор (9) полностью прижат к стенкам отверстия (10), соединяющего камеру (4) с камерой (2), при этом указанные стенки отверстия (10) обеспечены элементами уплотнения или уплотнениями типа «металл к металлу».

7. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1 или 2, отличающийся тем, что регулирующие и закрывающие устройства давления метана в трубопроводе (12), соединяющем камеру (3) с камерой (4), состоят из двухпозиционного клапана (19), установленного на трубопроводе (12) и подключенного к электронному блоку (6) управления.

8. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1 или 2, отличающийся тем, что регулирующие и закрывающие устройства давления метана в трубопроводе (12), соединяющем камеру (3) с камерой (4), состоят из двухпозиционного клапана (19), установленного на трубопроводе (12) и подключенного к электронному блоку (6) управления, и суженной части (13), ограничивающей поток метана при транспортировке.

9. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1 или 2, отличающийся тем, что закрытие двухпозиционного клапана (19) на трубопроводе (12), соединяющем камеру (3) с камерой (4), позволяет получить быстрое увеличение давления в камере (3), сгибание упругой мембраны (7) и перемещение штока (8) с последующим открытием отверстия (10) и увеличением давления метана в камере (4) при взаимодействии с другими присутствующими устройствами для удовлетворения запроса, исходящего от внезапного увеличения нагрузки и количества оборотов двигателя.

10. Регулятор/редуктор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном по п.1, отличающийся тем, что регулирующие и/или закрывающие устройства трубопровода (12) позволяют поддерживать давление метана в камере (4) на минимальных уровнях, следовательно, даже ниже чем 1 бар, при минимальном запросе двигателя вследствие чрезвычайно благоприятных условий передвижения.