ТОПЛИВОПОДАЮЩАЯ СИСТЕМА ГАЗОДИЗЕЛЯ С ВНУТРЕННИМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ

Полезная модель относится к двигателестроению, а конкретнее к системам питания двигателей внутреннего сгорания и, прежде всего газодизелей, и может быть использована для замещения части дизельного топлива газовым.
Известна топливоподающая система газодизеля с внутренним смесеобразованием, содержащая топливный насос высокого давления, линию высокого давления, форсунку закрытого типа с подыгольной полостью и распылителем, бак жидкого дизельного топлива и баллоны для хранения и питания газом, линию низкого давления дизельного топлива, линию питания газовым топливом, питающий трубопровод, компрессор для сжатия газа и блок гидравлического управления, причем компрессор включен между баллонами хранения газа и баллоном питания газом, питающий трубопровод включен между баллоном питания газом и блоком гидравлического управления, линия питания газовым топливом связывает блок гидравлического управления с подыгольной полостью форсунки, а линия высокого давления связывает топливный насос высокого давления с распылителем форсунки, блок гидравлического управления выполнен в виде проточки на плунжере, образующей регулирующую кромку и кромку окончания подачи газа, образующих канал для прохода газа между питающим трубопроводом и линией питания газовым топливом, а форсунка выполнена с управляющей полостью и ее игла имеет проточку, отверстие и канал впрыскивания, размещенные последовательно в связи линии высокого давления с распылителем форсунки [Патент РФ №2184869, МПК: F02М 43/00, опубл. 10.07.2002, БИ №19, авторы: Патрахальцев Н.Н. и др., «Топливоподающая система газодизеля с внутренним смесеобразованием»].
Недостатком такой системы является низкое качество управления процессом подачи топлива в газодизель.
Известна топливоподающая система газодизеля с внутренним смесеобразованием, содержащая топливный насос высокого давления, линию высокого давления, форсунку закрытого типа с подыгольной полостью и распылителем, бак жидкого дизельного топлива, баллоны для хранения и питания газом, линию низкого давления дизельного топлива, линию питания газовым топливом, питающий трубопровод, компрессор для сжатия газа и блок гидравлического управления, причем компрессор включен между баллонами хранения газа и баллоном питания газом, питающий трубопровод включен между баллоном питания газом и блоком гидравлического управления, а линия высокого давления связывает топливный насос высокого давления с распылителем форсунки, отличающаяся тем, что плунжер топливного насоса высокого давления в районе подачи дизельного топлива выполнен с отсечной кромкой в начальной ее части по криволинейной образующей, а в районе подачи газа кромка выполнена по плоской образующей, при этом в блоке гидравлического управления кромка начала подачи газа выполнена плоской, кромка окончания подачи газа выполнена криволинейной, линия питания газовым топливом при помощи расходного трубопровода с пневмоуправляемым клапаном подачи газа соединена с подыгольной полостью форсунки, а управляющая полость пневмоклапана соединена управляющим трубопроводом с выходом блока гидравлического управления [Патент РФ №50258, МПК: F02M 43/00, опубл. 27.12.2005, БИ №36, авторы: Носырев Д.Я. и др., «Топливоподающая система газодизеля с внутренним смесеобразованием»].
Данное техническое решение авторами выбрано в качестве прототипа
Техническим результатом является повышение качества оптимизации процесса подачи топлива в газодизель.
Технический результат достигается тем, что в топливоподающую систему газодизеля с внутренним смесеобразованием, содержащую впускной коллектор газодизеля, топливный насос высокого давления, линию высокого давления, форсунку закрытого типа, бак дизельного топлива, баллоны для хранения и питания газом, линию низкого давления дизельного топлива, питающий трубопровод, компрессор для сжатия газа, причем компрессор включен между баллонами хранения газа и баллоном питания газа, питающий трубопровод соединен с расходным трубопроводом и входом питающего газа топливного насоса, а линия высокого давления связывает топливный насос высокого давления с форсункой, плунжер топливного насоса высокого давления в районе подачи дизельного топлива выполнен с отсечной кромкой в начальной ее части по криволинейной образующей, а в районе подачи газа кромка выполнена по плоской образующей, при этом регулирующая кромка начала подачи газа плунжера топливного насоса высокого давления выполнена плоской, а кромка окончания подачи газа - криволинейной, питающий трубопровод при помощи расходного трубопровода соединен с форсункой, а управляющая полость пневмоуправляемого клапана подачи газа соединена управляющим трубопроводом с выходом газа топливного насоса, согласно полезной модели дополнительно установлены во впускном коллекторе газодизеля завихритель, программный модуль, блок управления, датчики давления и температуры на питающем трубопроводе, датчик давления на линии высокого давления, два расходомера на линии высокого давления и на впускном коллекторе газодизеля, и два электроуправляемых клапана: первый на расходном трубопроводе, второй - на линии подачи газа к завихрителю, причем датчики давления, температуры и расходомеры соединены с программным модулем, который в свою очередь соединен с блоком управления, а он управляет двумя дополнительно установленными электроуправляемыми клапанами.
Установка во впускном коллекторе газодизеля завихрителя, программного модуля и блока управления, подключение датчиков давления и температуры, расходомеров, установка двух электроуправляемых клапанов на расходном трубопроводе и на линии подачи газа к завихрителю во впускном коллекторе газодизеля, через которые газ поступает из питающего трубопровода в форсунку, повышает эксплуатационные характеристики газодизеля, за счет оптимизации дозы запального топлива и газа, а также соотношения расходов газа во впускной коллектор и форсунку. Все это повышает полноту сгорания топлива, коэффициент полезного действия, снижает расход топлива. Регулировка подачи газа в цилиндры повышает воспламеняемость и полноту сгорания топлива.
На фиг. представлена принципиальная схема топливоподающей системы газодизеля с внутренним смесеобразованием.
Топливная система газодизеля содержит баллоны высокого давления 1 для хранения сжатого газа (предпочтительно природного), газовые трубопроводы 2, компрессор 3, баллон питания газом дизеля 4, питающий трубопровод 5, бак дизельного топлива 6, топливоподкачивающий насос 7, линию низкого давления 8 дизельного топлива, нагнетательный клапан 9 топливного насоса высокого давления, нагнетательную головку плунжера 10 топливного насоса высокого давления 11, вход питающего сжатого газа 12, регулирующую кромку начала подачи газа 13 плунжера топливного насоса высокого давления, кромки окончания подачи газа 14, кулачек 15 привода ТНВД, управляющий трубопровод 16, линию высокого давления 17, расходный трубопровод 18, пневмоуправляемый клапан подачи газа 19, обратный клапан 20 линии питания газовым топливом, газодизель 21, форсунку 22 закрытого типа, завихритель 23, электроуправляемый клапан 24, программный модуль 25, блок управления 26, электроуправляемый клапан 27, датчик давления газа 28, датчик давления топлива 29, датчик температуры газа 30, расходомер топлива 31, расходомер воздуха 32, линию подачи газа 33 к завихрителю 23.
Газодизель работает следующим образом. Сжатый природный газ, хранящийся в баллонах 1 высокого давления, через запорные и невозвратные клапаны (условно не показаны), газовые трубопроводы 2, а также необходимые фильтры и систему контроля за давлением газа (условно не показаны) поступает на вход компрессора 3, который сжимает газ до давления порядка 20-25 МПа и нагнетает его в баллон питания 4. Газ из баллона 4 через систему редуцирования давления газа до порядка 15 МПа и соответствующий теплообменник (условно не показан) по питающему трубопроводу 5 подводится на вход питающего сжатого газа 12 топливного насоса высокого давления 11, через расходный трубопровод 18 к электроуправляемому клапану подачи газа 24, через линию подачи газа 33 к электроуправляемому клапану 27. Дизельное топливо из бака дизельного топлива 6 подается топливоподкачивающим насосом 7 по линии низкого давления 8 к топливному насосу высокого давления 11. При работе топливного насоса высокого давления 11 кулачек 15 привода ТНВД приводит плунжер 10 топливного насоса высокого давления 11 в возвратно-поступательное движение. Пространство над нагнетательной головкой плунжера 10 топливного насоса высокого давления 11 заполняется дизельным топливом из линии низкого давления 8 и при очередном нагнетательном ходе плунжера 10 топливного насоса высокого давления 11 топливо через нагнетательный клапан 9 по линии высокого давления 17 поступает в форсунку 22. В начале нагнетательного хода плунжера 10 топливного насоса высокого давления 11 регулирующая кромка 13 плунжера открывает вход сжатого природного газа, и газ по управляющему трубопроводу 16 подводится к управляющей полости пневмоуправляемого клапана подачи газа 19. В этот момент пневмоуправляемый клапан подачи газа 19 открывается и сжатый природный газ по расходному трубопроводу 18 через обратный клапан 20 также подводится в форсунку 22. Давление начала подачи дизельного топлива подобраны так, что давление газа не может открыть форсунку. Подача газа возможна лишь при подъеме иглы форсунки в процессе подачи дизельного топлива. Через форсунку 22 осуществляется впрыскивание в газодизель 21 дизельного топлива и сжатого газа. При этом жидкое дизельное топливо впрыскивается в цилиндр несколько раньше, чем газовое. А газ не только служит топливом, но и обеспечивает пневматическое распыливание дизельного топлива. Подача газа через электроуправляемый клапан 24 осуществляется в зависимости от режима работы газодизеля, а так же от давления и температуры газа. Датчики давления газа 28 и температуры газа 30 установлены на питающем трубопроводе 5. Количество подаваемого газа регулируется программным модулем 25, через блок управления 26. Газ, через электроуправляемый клапан 27 по линии подачи газа 33 поступает в завихритель 23, установленный на впускной коллектор газодизеля. Блок управления 26 соединен с электроуправляемыми клапанами 24 и 27, что также позволяет регулировать соотношение расходов газа, подаваемого в форсунку 22 и завихритель 23. Датчик давления топлива 29, а также расходомер топлива 31, установленный на линии высокого давления 17 дизельного топлива и соединенный с программным модулем 25 позволяет измерять количество подаваемого топлива и в соответствии с расходом дизельного топлива оптимизировать подачу газа. Помимо этого, на впускном коллекторе установлен расходомер воздуха 32, соединенный с программным модулем 25, что также позволяет измерять количество подаваемого воздуха и оптимизировать подачу газа и дизельного топлива.
Регулирование мощности газодизеля происходит изменением количества подаваемого газа. Это делается поворотом плунжера 10 топливного насоса высокого давления 11, как в обычных топливных насосах высокого давления золотникового типа (условно не показано). При повороте плунжера 10 вокруг своей оси меняется положение кромки окончания подачи газа 14 относительно входа питающего сжатого газа 12 так, что меняется время, в течение которого газ может поступать к форсунке 22, а значит и количество поступающего в газодизель газа. В представленной схеме системы не предусмотрено изменение количества подаваемого в газодизель запального дизельного топлива, так как нагнетательная кромка плунжера топливного насоса высокого давления 11 выполнена с постоянной образующей. Очевидно, что в вариантах выполнения, эта образующая может быть переменной и поворотом плунжера 10 вокруг своей оси с помощью рейки можно будет в этом случае изменять величину запальной порции топлива. При этом одновременно будет меняться величина подачи газового топлива (в соответствии с положением кромок управления подачей газа). Очевидно, что выполнением кромок на плунжере можно ограничить режим минимальной подачи газа. Например, на режимах частичной нагрузки можно с помощью соответствующего размещения кромки на плунжере перекрыть подачу газа, сохраняя лишь подачу дизельного топлива.
В связи с тем, что подача дизельного топлива начинается раньше, чем газа, период задержки воспламенения горючей смеси определяется цетановым числом дизельного топлива, то есть после начала впрыскивания дизельного топлива происходит его самовоспламенение, а подача сжатого газа происходит уже в образовавшийся факел горящего топлива, что обеспечивает надежное воспламенение образующейся газовоздушной смеси.
Предлагаемая полезная модель позволяет снизить расход топливо, за счет оптимизации процесса подачи дизельного топлива и газа, снизить расходы на дизельное топливо и газ на 5-10%, снизить количество вредных выбросов в окружающую среду в 1,5-2 раза.