Устройство для подачи запальной дозы дизельного топлива в двигатель внутреннего сгорания при конвертировании его в газодизель Российский патент 2023 года по МПК F02D19/08 F02D19/10 F02M43/00 F02B69/04 

Изобретение относится к системам регулирования топливоподачи газодизелей, оснащенных рядными топливными насосами высокого давления (ТНВД) с всережимным регулятором частоты вращения топливного насоса высокого давления (ТНВД) и может быть использовано в машиностроении, двигателестроении.

Известна система питания и регулирования газодизелей семейства ЯМЗ (Долганов К.Е., Вербовский В.С., Кулич Г.В., Кубенко С.В. Разработка и исследование системы питания и регулирования газодизеля ЯМЗ-240ГД //Химическая технология. - 1988. - №5. - С.13-15.), включающая муфту регулятора, соединенную двуплечим рычагом с подвижной втулкой, установленной на рейке ТНВД. Пружина оттягивает рейку в сторону увеличения подачи дизельного топлива. На рейке имеется выступ, на который действует рычаг ограничения подачи запальной дозы дизельного топлива, связанный тягой с электромагнитным переключателем. Подача запальной дозы дизельного топлива регулируется винтом, а подача газа - изменением длины тяги.

Недостатком данного устройства является невозможность его использования в центробежных регуляторах других типов и трудность, связанная с конвертацией регулятора для работы на газовом топливе, так как требует значительного изменения конструкции регулятора. Кроме этого недостатком является то, что работа двигателя на малых нагрузках и холостом ходу осуществляется по дизельному циклу.

Наиболее близким техническим решением является «Способ коррекции запальной дозы дизельного топлива в дизелях, работающих по газодизельному процессу и устройство для его осуществления» (Патент RU 2182249 C2, МПК F02D 19/10, опубл. 05.10.2002 г.) в котором устройство для осуществления этого способа содержит всережимный центробежный регулятор скорости прямого действия, соединенный с органами подачи газа, основной и промежуточный рычаги, рычаг управления, пружину и регулируемый упор. Регулятор скорости имеет возможность воздействовать на величину запальной дозы дизельного топлива через регулируемый упор кинематически связанный с рычагом рейки топливного насоса и управляемый сервоприводом.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции регулятора, так как система регулирования создана путем добавления большого количества дополнительных рычагов, кинематически соединенных между собой.

Кроме того, несовершенством является также отсутствие возможности использования системы регулирования при использовании газового топлива совместно с дизельным в соответствующих пропорциях (газ/дизельное топливо) в зависимости от режимов работы двигателя.

Заявляемое изобретение направлено на решение создание унифицированной системы регулирования газодизеля, не требующей значительного изменения конструкции серийного регулятора и имеющей возможность изменения запальной порции дизельного топлива для работы на малых нагрузках и холостом ходу, что позволяет не ухудшать мощностные и экономические характеристики дизельного двигателя, переоборудованного для работы на газодизельном топливе.

Поставленная задача решается тем, что устройство для подачи запальной дозы дизельного топлива в ДВС при конвертировании его в газодизель, содержащее всережимный центробежный регулятор скорости прямого действия, выполненный с возможностью воздействовать на топливную рейку для коррекции величины запальной дозы дизельного топлива, соединенный с органами подачи горючей смеси посредством основного рычага, а также управляемый дистанционный сервопривод взаимодействующий с основным рычагом, отличающееся тем, что сервопривод шарнирно соединен с топливной рейкой посредством промежуточного рычага выполненного составным и включающим шарнирно сочленённые между собой тягу и вилку, при этом вилка снабжена пазом в котором размешен ползун закрепленный на основном рычаге.

Для непосредственного воздействия на топливную рейку ТНВД сервопривод кинематически связан с ней, органом подачи горючей смеси и всережимным центробежным регулятором скорости прямого действия посредством шарнирно сочлененными между собой тягой и вилкой, при этом в вилка снабжена пазом в котором размешен ползун закрепленный на основном рычаге.

Кроме того, сервопривод может быть выполнен в виде шагового двигателя, вал которого соединен с вилкой и тягой регулятора посредством винтового механизма, а сам шаговый двигатель оснащен дистанционным управляющим драйвером, позволяющим позиционировать вал с требуемым количеством шагов и обеспечивать тем самым изменение подачи запальной дозы дизельного топлива в заданных пределах.

Преимущества данного технического решения по сравнению с известными обуславливаются следующими обстоятельствами.

Выполнение сервопривода в виде шагового двигателя и соединение его с рейкой топливного насоса посредством вильчатой тяги позволяет осуществлять перемещение рейки топливного насоса и изменение пропускного отверстия (сечения) в плунжере топливного насоса. При этом величины перемещений зависят от свободного хода вилки тяги с размещенным в ее пазе ползуном, связанным с основным рычагом и взаимодействующим с всережимным центробежным регулятором скорости.

В результате такого порядка перемещения рейки топливного насоса повышается точность его функционирования в газодизельном режиме. сохраняются мощностные и экономические характеристики дизельного двигателя, а также улучшаются экономические и экологические показатели газодизеля.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструктивно-технологическая схема перевода дизельного ДВС на работу в газодизельном режиме; на фиг. 2 и фиг. 3 - конструктивная и кинематическая схемы всережимного регулятора частоты вращения топливного насоса высокого давления.

Устройство (фиг. 1-3) содержит всережимный центробежный регулятор скорости прямого действия 1, имеющий возможность воздействовать на топливную рейку 2 топливного насоса (ТНВД) 3 посредством основного рычага 4, связанного органом подачи рабочей смеси 5 включающего ручку (педаль) управления 6 с электронным реле 7 осуществляющим изменение подачи газового топлива путем управления работой электромагнитных газовых форсунок 8 с электронным блоком управления (ЭБУ) и электромагнитным клапаном газобаллонного оборудования (на фиг. не показан) размещенных во впускном коллекторе 9 газодизельного ДВС.

Для непосредственного воздействия на топливную рейку 2 ТНВД имеется управляемый дистанционный электропривод с управляющим драйвером (на фиг. не показан) состоящий из шагового двигателя 10 с винтовым механизмом 11, вал которого кинематически соединен с сочлененными между собой вилкой 12 и тягой 13 посредством шарниров 14, а с основным рычагом 4 - посредством ползунка 15 перемещающегося в направляющем пазе 16 вилки 12.

В свою очередь основной рычаг 4 также кинематически связан с подвижной муфтой 17 с возвратной пружиной 18 перемещаемой под воздействием центробежных грузиков 19 регулятора и с призмой обогатителя 20.

Для изменения подачи запальной дозы дизельного топлива в цилиндры ДВС в заданных пределах шаговый двигатель 10 оснащен дистанционным управляющим драйвером (на фиг. не показан).

Устройство для подачи запальной дозы дизельного топлива в ДВС при конвертировании его в газодизель связано с системой топливоподачи (не показана), что дает возможность эксплуатировать его как в газодизельном, так и в дизельном режиме.

Работа устройства происходит следующим образом (Фиг. 1-3).

А. Дизельный режим.

В дизельном режиме работы двигателя система управления подачей жидкого топлива работает как в обычном дизеле, при этом подача газового топлива перекрывается электромагнитным клапаном, а ограничитель впрыска запальной дозы дизельного топлива отключен.

При нажатии на ручку (педаль) управления 6 обеспечивается свободное перемещение основного рычага 4 воздействующего на топливную рейку 2 насоса 3 через тягу 13, тем самым осуществляется подача топлива к форсункам ДВС и его запуск. При работе насоса 3 за счет вращения грузиков 19 регулятора под действием создаваемых ими центробежных сил передаётся подвижной муфте 17 кинематически связанной с основным рычагом 4, который в свою очередь перемещает рейку топливную 2 насоса 3 в сторону увеличения или уменьшения подачи топлива. При работе на установившемся режиме центробежная сила грузиков 19 регулятора и усилие рабочей пружины 18, приведённые к рычагу 4, находятся в равновесии, и регулятор величину подачи топлива не изменяет.

Любое изменение в соотношении этих сил, связанное либо с изменением нагрузки, либо с изменением положения ручки (педали) управления 6 приводит к изменению положения пропускного отверстия (сечения) в плунжере топливного насоса 3 и, следовательно, к изменению величины подачи топлива. За счет этого, обеспечивается свободное перемещение рычага 4 и топливной рейки 2 насоса 3 под воздействием центробежных грузиков 19 регулятора подача жидкого топлива может изменятся от минимальных до максимальных величин.

Б. Газодизельный режим.

Включение газодизельного режима осуществляется после прогрева двигателя, при этом на шаговый двигатель 10 подается питание, и он вращая винтовой механизм 11 посредством воздействия на сочлененные между собой вилку 12 и тягу 13 соединённой с топливной рейкой 2 насоса 3 устанавливает заданную величину впрыска запальной дозы дизельного топлива. Одновременно с этим за счет электронного реле 7 смонтированного на ручке (педали) подачи газа, подается сигнал на ЭБУ который управляет степенью открытия /закрытия электромагнитных газовых форсунок 8, подающих во впускной коллектор 9 газ (метан) смешивая его с поступающим воздухом образуя гомогенную газовоздушную смесь, которая в свою очередь попадая в цилиндр двигателя воспламеняется от запальной дозы топлива и обеспечивает его работу в газодизельном режиме.

По мере увеличения или уменьшении нагрузки на коленчатом валу газодизеля, частота вращения изменяется, при этом грузики 19 регулятора пытаются сдвинуть подвижную муфту 17 регулятора и переместить рычаг 4, однако, за счет удержания рычага 4 вилкой 12 которая в свою очередь удерживается шаговым двигателем 10 положение рычага 4 и топливной рейки 2 насоса 3 остаются неизменным, но за счет наличие в вилке 12 направляющего паза 16 в котором перемещается ползунок 15 рычага 4 он может свободно перемещать топливную рейку 2 в сторону уменьшения подачи топлива.

При увеличении нагрузки на коленчатом валу газодизеля частота его вращения уменьшается, и грузики 19 регулятора начинают сходиться. Подвижная муфта 17 регулятора перемещает рычаг 4, однако за счет направляющего паза 16 вилки 12, компенсирует это перемещение, и положение топливной рейки 2 насоса 3 остается неизменным (фиг. 2 и 3). За счет подачи газового топлива крутящий момент газодизеля увеличивается, частота вращения коленчатого вала растет, грузики 19 регулятора, преодолевая усилие пружины 18, начинают расходиться и передвигать подвижную муфту 17. При уменьшении нагрузки на валу его частота вращения увеличивается, грузики 19 регулятора начинают расходиться, однако, как было сказано выше, величина запальной дозы остается неизменной.

Изменение крутящего момента и частоты вращения газодизеля возможно только подачей газового топлива. Всережимный регулятор может осуществлять свою работу при перемещении рычага 4 и топливной рейки 2, в режиме газодизеля, в пределах величины запальной дозы.

При падении давления газа по мере его расходования из баллонов или при переходе на дизельный режим ЭБУ выключает подачу газового топлива, при этом шаговый двигатель командой управляющего драйвера приводит винтовой механизм 11в изначальное положение при этом топливная рейка 2 насоса 3 под воздействием регулятора начинает перемещаться свободно, а газодизель переходит в дизельный режим.

Таким образом в газодизеле с предложенным устройством подачи запальной дозы дизельного топлива обеспечивается та же степень неравномерности частоты вращения коленчатого вала, что и в базовом дизеле и обеспечивается необходимая для ДВС стабильность частоты вращения, а топливоподающая система газодизеля может функционировать как при номинальном режиме и режиме холостого хода, так и на промежуточных режимах, например, на транспортных операциях.

Изобретение относится к системам регулирования топливоподачи газодизелей, оснащенных рядными топливными насосами высокого давления (ТНВД) с всережимным регулятором частоты вращения ТНВД. Технический результат - упрощение конструкции и повышение точности функционирования ТНВД в газодизельном режиме с сохранением мощностных и экономических характеристик двигателя, а также улучшением экономических и экологических показателей газодизеля. Устройство содержит всережимный центробежный регулятор скорости прямого действия (1), имеющий возможность воздействовать на топливную рейку (2) ТНВД (3) посредством основного рычага (4), связанного органом подачи рабочей смеси (5), включающим ручку (педаль) управления (6) с электронным реле (7), осуществляющим изменение подачи газового топлива путем управления работой электромагнитных газовых форсунок (8), размещенных во впускном коллекторе 9 газодизеля. Для непосредственного воздействия на топливную рейку (2) ТНВД имеется управляемый дистанционный электропривод с управляющим драйвером, состоящий из шагового двигателя (10) с винтовым механизмом (11), вал которого кинематически соединен с сочлененными между собой вилкой (12) и тягой (13) посредством шарниров (14), а с основным рычагом (4) посредством ползунка (15), перемещающегося в направляющем пазе (16) вилки (12). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для подачи запальной дозы дизельного топлива в двигатель внутреннего сгорания при конвертировании его в газодизель, содержащее всережимный центробежный регулятор скорости прямого действия, выполненный с возможностью воздействовать на топливную рейку для коррекции величины запальной дозы дизельного топлива, соединенный с органами подачи горючей смеси посредством основного рычага, а также управляемый дистанционный сервопривод, взаимодействующий с основным рычагом, отличающееся тем, что сервопривод шарнирно соединен с топливной рейкой посредством промежуточного рычага, выполненного составным и включающим шарнирно сочленённые между собой тягу и вилку, при этом вилка снабжена пазом, в котором размещен ползун, закрепленный на основном рычаге.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сервопривод выполнен в виде шагового двигателя, вал которого соединен с вилкой и тягой регулятора посредством винтового механизма, а шаговый двигатель оснащен дистанционным управляющим драйвером, позволяющим позиционировать вал с требуемым количеством шагов и обеспечивать изменение подачи запальной дозы дизельного топлива в заданных пределах.