КОМБИНИРОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР
COMBINED REGULATOR

Изобретение относится к устройствам регулирования и дозирования расхода воды и может быть широко использовано в установках получения водотопливной эмульсии (ВТЭ) и особенно в установках с саморегулируемой системой подачи воды для дизельных двигателей.
Известен регулятор расхода воды прямого действия, выполненный в виде подпружиненного мембранного клапана, при этом регулятор расхода воды подключен к баку с водой и топливной системе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (см. патент РФ №2472028). Основными недостатками указанного регулятора являются:
- низкая надежность мембранного узла;
- невысокое качество регулирования из-за трения и перекосов в сопряженных элементах клапана;
- необходимость изменения давления рабочей среды в топливоподающей системе ДВС.
Наиболее близким по технической сути является комбинированный регулятор, включающий регулятор расхода воды и регулятор давления рабочей среды, при этом комбинированный регулятор подключен к системе подачи воды и топливной системе ДВС (см. Патент RU 2569779).
Основной недостаток известного технического решения заключается в том, что чрезвычайно сложно обеспечить оптимальный закон подачи воды для получения ВТЭ, требуемого для текущего режима двигателя в широком мощностном диапазоне его работы при одновременном сохранении стабильности давления ВТЭ в топливоподающей системе ДВС. Этот недостаток обусловлен малым ходом регулирования клапанов, а также технологической трудностью изготовления требуемого профиля. клапанов, особенно в области малых расходов.
Техническая задача заключается в том, чтобы обеспечить высокое качество регулирования и закон подачи воды, который позволит получить оптимальную концентрацию воды в зависимости от режима работы ДВС, что дает максимальную экономию топлива.
Поставленная цель достигается тем, что в комбинированном регуляторе оба регулятора выполнены в виде единой конструкции золотникового типа, при этом золотник установлен в цилиндре с щелевым зазором, а в самом цилиндре с обоих торцов выполнены продольные пазы для прохода воды и рабочей среды, и на торцы цилиндра установлены фиксируемые втулки, в которых проделаны идентичные пазы, при этом во втулке с пазом для прохода воды размещен поршень, механически соединенный с золотником, а кроме того цилиндр со втулками, установлены в корпусе, в котором выполнена камера, гидравлически взаимосвязанная с пазами, проделанными в цилиндре.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».
Конструктивная схема комбинированного регулятора представлена на чертеже. Особенность исполнения комбинированного регулятора заключается в том, что регулятор расхода воды и регулятор давления рабочей среды выполнены в виде единой конструкции золотникового типа, при этом золотник 1 установлен в цилиндре 2 с щелевым зазором, в цилиндре 2 в торце выполнен продольный паз 3 для прохода воды, и на торец установлена втулка 4, в которой выполнен идентичный паз 5 и размещен поршень 6, механически связанный с золотником 1, выполнены канал 7 для подвода воды из системы подачи воды и канал 8 для подачи топлива от источника с постоянным давлением, что обеспечивает постоянное усилие на золотник 1 независимо от его положения в цилиндре 2. На другом торце цилиндра 2 выполнен паз 9 для прохода рабочей среды и установлена втулка 10, на которой также выполнен идентичный паз 11 и канал 12 для подвода рабочей среды из топливной системы ДВС. Цилиндр 2 с втулками 4 и 10 размещены в корпусе 13, в котором выполнена камера 14, гидравлически связанная с пазами 3 и 9, проделанными в цилиндре 2, а кроме того выполнен канал 15, подключенный к топливной системе ДВС.
Герметизация камеры 14 по отношению к окружающей среде осуществляется с помощью резиновых колец 16, установленных на втулках 4 и 10. Втулки 4 и 10 могут проворачиваться вокруг цилиндра 2, что позволяет легко выставлять, а в случае необходимости и корректировать требуемые для работы площади проходных сечений в продольных пазах 3 и 9, выполненных в цилиндре 2, за счет перекрытия пазами 5 и 11, выполненных во втулках 4 и 10. Выставленные положения фиксируются винтами 17, установленными на втулках 4 и 10. Источник топлива в котором поддерживается постоянное давление, система подачи воды и топливная система ДВС, к которым подключен комбинированный регулятор, на рисунке не показаны.
Принципиальная особенность работы комбинированного регулятора заключается в том, что регулирование расхода воды для получения ВТЭ с требуемой концентрацией воды, осуществляется за счет поддержания постоянства давления рабочей среды в топливной системе ДВС, путем изменения расхода рабочей среды, циркулирующей в регуляторе.
На рисунке отражено положение комбинированного регулятора, соответствующее одному из установившихся режимов работы ДВС, когда золотник 1 занимает положение в цилиндре, при котором через открытую золотником 1 площадь паза 9 в цилиндре 2 поступает расход рабочей среды под давлением от постоянного усилия, действующего со стороны поршня 6 на площадь золотника 1, механически взаимосвязанного с поршнем 6, а через открытую золотником 1 площадь паза 3 в цилиндре 2 под постоянным давлением в системе подачи воды поступает расход воды, требуемый для получения оптимального состава ВТЭ для данного режима работы ДВС. Оба расхода поступают в камеру 14 и далее суммарный поток из камеры 14 по каналу 15 возвращается в топливную систему ДВС, где осуществляется диспергация ВТЭ.
В случае появления тенденции уменьшения давления в топливной системе ДВС, восстановление давления происходит за счет перемещения вниз золотника 1, что приводит с одной стороны, к уменьшению площади паза 9 в цилиндре 2 и снижению расхода рабочей среды, поступающей по каналу 12 из топливной системы, ровно настолько, чтобы величина давления в топливной системе не изменилась, но с другой стороны, золотник 1 увеличивает площадь в пазу 3 цилиндра 2 для воды и тем самым увеличивается ее расход, требуемый для поддержания ВТЭ оптимального состава для изменившегося режима работы ДВС.
В случае появления противоположной тенденции в топливной системе ДВС в комбинированном регуляторе происходит перемещение золотника 1 в цилиндре 2 вверх, что приводит к снижению расхода воды и увеличению расхода рабочей среды через регулятор, но при этом давление рабочей среды в топливной системе остается стабильным.
Наличие гидравлической смазки в щелевых зазорах в движущихся элементах конструкции практически исключает возможность «закусывания», повышает качественные характеристики работы комбинированного регулятора, а возможность автономного регулирования площади пазов 3 и 9 для прохода воды и ВТЭ за счет проворота соответствующих пазов 5 и 11, выполненных во втулках 4 и 10, относительно пазов 3 и 9, выполненных в цилиндре, делает конструкцию регулятора универсальной. Более того, зная расходную топливную характеристику ДВС от мощности, можно обеспечить как высокую точность поддержания давления в топливоподающей системе двигателя, так и закон регулирования воды в регуляторе, который позволяет получить оптимальную концентрацию воды в ВТЭ в зависимости от режима работы ДВС и тем самым обеспечить максимальную экономию топлива.
Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная новизна».