ГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Газовый двигатель.
Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована на грузовых автомобилях и автобусах.
В настоящее время одним из нутей повышения экологических показателей двигателей транспортных средств является их перевод на газообразное топливо, В России на автотранспортных средствах в небольшом количестве применяются так называемые битопливные двигатели, которые могут работать как на бензине, так и на сжатом природном газе. В данных двигателях обычно не предусмотрено автоматическое поддержание оптимального состава смеси при изменении атмосферных условий и давления газа в баллонах. Кроме того, из-за низкой степени сжатия недостаточно используется высокое октановое число природного газа, что является причиной невысокой экономичности битопливных двигателей.
Газовые двигатели с меньшим расходом топлива и лучшими экологическими характеристиками могут быть получены путем модернизации выпускаемых отечественной промышленностью, в частности ОАО КАМАЗ, дизелей с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха ( Двигатель КамАЗ 740.11-240. Руководство по эксплуатации. Под ред. Гатаулина Н.А., Набережные Челны, 1997, с. 120.).
гоо11Т5го
F 02 В 43/00 F 02 М 21/02 F 02 D 43/00
Поставленная задача решается путем того, что восьмицилиндровый V-образный двигатель с турбонаддувом и охлаждением наддувочного воздуха, согласно полезной модели снабжен системой питания с центральной подачей газа во впускной коллектор, устройством поддержания устойчивых оборотов холостого хода с байпасным каналом подачи газо-воздушной смеси во впускной коллектор минуя дроссельную заслонку, клапанами перепуска части отработавших газов минуя турбины турбокомпрессоров, многоканальной системой искрового зажигания без высоковольтного распределителя, микропроцессорной системой управления углом опережения зажигания, подачей газа и газо-воздушной смеси, а также перепуском отработавших газов.
Система питания с центральной подачей газа содержит газовые баллоны, трубопроводы и трубопроводную арматуру, газовый редуктор, электромагнитный клапан-фильтр, ресивер, устройство для дозирования количества газа, подаваемого в двигатель, выполненное в виде золотникового клапана, и форсунку.
В первом варианте, при номинальном напряжении 12 В, система зажигания выполнена восьмиканальной, с восемью индивидуальными для каждого цилиндра катушками зажигания на напряжение 12В, во втором варианте, при номинальном напряжении 24 В, система зажигания может быть выполнена четырехканальной, с восемью индивидуальными для каждого цилиндра катушками зажигания на напряжение 12В, при этом первичные обмотки каждой пары катушек, высокое напряжение в которых генерируется одновременно, соединены последовательно.
Предлагаемый газовый двигатель рассчитан на работу на бедных смесях и заимствует по суш;еству все основные узлы и детали базового дизеля, кроме системы топливоподачи. Система топливоподачи выполнена с внешним смесеобразованием. Центральная подача газа принята исходя из
простоты, а следовательно, и надежности конструкции. Кроме того, это обеспечивает лучшее смешение газа с воздухом во впускном тракте. Основное преимущество распределенной подачи жидкого топлива отсутствие пленки, неодинаково делящейся между цилиндрами и являющейся основной причиной неравномерного состава смеси по цилиндрам, в случае применения газообразных топлив не проявляется, а двигатели с распределенной подачей газа имеют высокую стоимость.
Использование клапанов перепуска части отработавших газов минуя турбины турбокомпрессоров позволяет поддерживать постоянный состав газо-воздушной смеси во всем рабочем диапазоне двигателя.
Применение микропроцессорной системы управления позволяет оптимизировать работу двигателя на всех режимах с учетом его состояния и атмосферных условий. В результате конвертации двигатель расходует в виде топлива только сжатый природный газ на основе метана (стоимость природного газа значительно ниже стоимости дизельного топлива). Двигатель, выполненный в соответствии с полезной моделью, отличается от базового дизеля меньшей стоимостью изготовления, меньшим расходом моторного масла и шумоизлучением, а по содержанию окислов азота в выхлопных газов позволяет выполнить нормы ЕВРО-3 без применения нейтрализатора.
Последовательное включение первичных обмоток катушек зажигания позволяет вдвое сократить количество каналов в коммутаторе и использовать в системе электрооборудования с напряжением 24 В стандартные катушки с номинальным напряжением 12 В. Катушки зажигания устанавливаются или непосредственно на свечи зажигания, что полностью исключает провода высокого напряжения, или вблизи свечей, что позволяет уменьщить длину высоковольтных проводов, количество и общую длину коммутационных проводов.
Последовательное включение катушек при центральной подаче газа и микропроцессорной системе зажигания позволяет работать без датчика фазы.
На фиг. 1 представлен общий вид газового двигателя.
На фиг. 2 - система питания газового двигателя.
На фиг. 3- золотниковый клапан подачи газа с электроприводом.
На фиг.4 - блок-схема микропроцессорной системы управления газовым двигателем (вариант 1)
На фиг. 5 - блок-схема микропроцессорной системы управления газовым двигателем (вариант 2).
Двигатель содержит два турбокомпрессора 1 (возможен вариант с одним турбокомпрессором), охладитель наддувочного воздуха 2, впускной коллектор 3.
На двигателе устанавливаются два клапана 4 перепуска отработавших газов ( или один, для варианта с одним турбокомпрессором) с электромеханическим приводом 5, катушки зажигания 6, свечи зажигания 7.
Система питания с центральной подачей газа включает газовые баллоны (на черт, не показаны), газовый редуктор 8, электромагнитный клапан-фильтр 9, ресивер 10, золотниковый клапан 11 дозирования подачи газа, газовый клапан холостого хода 12 с шаговым электродвигателем 13, смеситель 14, газовз о форсунку 15, дроссельную заслонку 16, диффузор 17, газо-воздушный клапан холостого хода 18 с шаговым электродвигателем 19, байпасный канал 20, электромагнитный клапан 21, жиклер пусковой системы 22.
Золотниковый клапан 11 дозирования подачи газа включает корпус 23, золотник 24, переднюю крышку 25, канал 26 подвода газа от газового клапана холостого хода 19, шестеренчатый редуктор 27, датчик положения 28, шаговый электродвигатель 29, заднюю крышку 30, втулку 31.
Микропроцессорная система управления двигателем с восьми канальной системой зажигания содержит электронный микропроцессорный блок 32, к входам которого подключены датчик положения 28 золотника 24 золотникового клапана 11, оборотов 33, кислорода 34, температуры всасываемого воздуха 35, температуры охлаждающей жидкости 36, температуры газа 37, абсолютного давления во впускном трубопроводе 38, давления газа 39, положения 40 дроссельной заслонки 16, фазы 41. К выходам электронного блока 32 подключены электромеханический привод 5 клапанов перепуска 4, восемь катушек зажигания 6, шаговый электродвигатель 13 газового клапана холостого хода 12, шаговый электродвигатель 19 газо-воздушного клапана холостого хода 18, шаговый электродвигатель 29 золотникового клапана 11 подачи газа, электромагнит газового клапана 21. Сигналы в датчике оборотов 33 формируется посредством вращающегося диска 42, в датчике фазы 41 посредством вращающегося диска синхронизации 43 и подаются на вход микропроцессорного блока 32.
Микропроцессорная система управления газовым двигателем с четырех канальной системой зажигания включает в себя все элементы микропроцессорной системы управления газовым двигателем с восемиканальной системой зажигания, отличается отсутствием датчика фазы 41 и диска синхронизации 43, к выходу электронного блока 32 подключены четыре пары катушек зажигания 6 с последовательно соединенными первичными обмотками.
Двигатель работает следующим образом.
Природный газ, хранящийся в баллонах высокого давления, редуцируется в газовом редукторе 8 и под постоянным давлением (0,4...0,5 МПа) по магистральному трубопроводу подается к двигателю. При запуске двигателя электромагнитный клапан-фильтр 9 открывается и газ через ресивер 10 поступает в золотниковый клапан 11, через газовый клапан холостого хода 12 в смеситель 14, через электромагнитный клапан 21 и жиклер пусковой системы 22 непосредственно во впускной коллектор 3 двигателя. Золотниковый клапан 11 при запуске и работе двигателя на холостом ходу находится в закрытом состоянии. После достижения двигателем оборотов холостого хода электромагнитный клапан 21 пусковой системы отключается. При возникновении нагрузки на режиме холостого хода (включение гидромеханической коробки передач, кондиционера и т.д.) поддержание устойчивых оборотов холостого хода осуществляется подачей дополнительного количества газо-воздушной смеси минуя дроссельную заслонку 16 по байпасному каналу 20 во впускной трубопровод 3. Заданный состав газо-воздушной смеси поддерживает газовый клапан холостого хода 12с шаговым двигателем 13 и контролируется датчиком кислорода 34. Дозирование дополнительного количества смеси осуществляет газо-воздушной клапан холостого хода 18 с приводом от шагового электродвигателя 19. Регулирование подачи газа на всех рабочих режимах двигателя осуществляется путем поворота золотника 24 золотникового клапана 11 шаговым электродвигателем 29 через редуктор 27. Степень открытия золотникового клапана 11 регистрирует датчик положения 28. Форма рабочего окна в золотнике 24 обеспечивает тонкую регулировку подачи газа в двигатель на всех режимах его работы.
Возд) в смеситель 17 подается турбокомпрессорами 1 через воздухо-воздушный охладитель 2. Образовавшаяся в смесителе 17 газовоздушная смесь поступает во впускные коллектора 3, а затем в цилиндры двигателя. Количество газо-воздупшой смеси регулируется поворотом дроссельной заслонки 16, приводимой от педали водителя. Для оптимизации изменения расхода воздуха в зависимости от режима работы двигателя на выпуске установлены клапаны 4 перепуска части отработавших газов минуя турбины турбокомпрессоров 1. Данные клапаны имеют электромеханический привод 5.
Сигналы от датчиков 28, 33-41 поступают в электронный блок 32 и обрабатываются. На основании заложенной в блок программы формируются командные сигналы, которые подаются на электромеханический привод 5 клапанов перепуска 4, на катушки зажигания 6, генерируюпцие импульсы высокого напряжения, поступаюш,ие на свечи зажигания 7, на шаговый электродвигатель 13 газового клапана холостого хода 12, шаговый электродвигатель 19 газовоздушного клапана холостого хода 18, шаговый электродвигатель 29 золотникового клапана 11 подачи газа, электромагнит газового клапана 21 пусковой системы.