ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована в системах подачи газового топлива для двигателей внутреннего сгорания, работающих на сжатом природном газе.
Известна схема оборудования автомобиля для работы на сжатом газе, содержащая газовый баллон, тройник баллонный, тройник для вентиля, трубку с компенсационным витком, баллонный вентиль, крестовину, наполнительный вентиль, подогреватель газа, кабинный вентиль, трубку к манометру, манометр на 30,0 МПа, манометр на 0,8 МПа, трос к дозатору газа, фильтр, редуктор, связанный с газовым баллоном и двигателем, шланг холостого хода, шланг от редуктора к карбюратору-смесителю, карбюратор-смеситель, шланг вакуум-разгружателя, соединяющего впускной коллектор двигателя с редуктором, бензопровод, бензонасос [1].
Газ находится в баллонах в сжатом состоянии под давлением в 20 МПа. Баллоны сгруппированы в одну либо две секции (группы) и соединены трубками. От каждой секции газ по трубопроводу поступает к общему тройнику, затем через крестовину к подогревателю газа и к кабинному (магистральному) вентилю, который перекрывает газовую магистраль к редуктору. В системе коммуникаций баллонов установлен специальный наполнительный вентиль, через который на газонаполнительной станции баллоны заполняются сжатым газом под давлением в 20 МПа.
Недостатком данной схемы оборудования автомобиля является невозможность заполнения баллонов сжатым газом без газонаполнительной станции от сети газопроводов низкого или среднего давления 0,015-0,5 МПа.
Известна топливная система для газового двигателя внутреннего сгорания, содержащая по меньшей мере один газовый баллон высокого давления с вентилем и заправочным устройством, вентиляционное устройство с датчиками загазованности, газовый трубопровод с установленным на нем электромагнитным клапаном, газовыми редукторами, связанными трубопроводами с газовыми баллонами и двигателем через газовый смеситель и карбюратор, сигнализатор протечки газа, соединенный электропроводом с электромагнитным клапаном, скоростным клапаном, установленным на газовом трубопроводе, газовым подогревателем, состоящем из газового баллона низкого давления, оборудованного вентилем, манометром и предохранительным клапаном, и соединенного трубопроводом с баллонами высокого давления, печки с электросвечой накаливания и вентилятором, шланга и кожуха из мягких тканей с огнеупорной пропиткой, в который помещены газовые редукторы [2].
Газ (метан) находится в баллонах в сжатом состоянии под давлением в 20 МПа. Баллоны сгруппированы в одну секцию (группу) и соединены трубками. От передней части секции газ по трубопроводу поступает к электромагнитному клапану, который перекрывает газовую магистраль к редуктору. К задней части секции баллонов через трубопровод подключено выносное заправочное устройство, через которое баллоны заполняются сжатым газом под давлением в 20 МПа. Заправка может осуществляться только от автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС), от передвижных автомобильных газозаправщиков (ПАГЗ) или от индивидуальных компрессоров с выходным давлением не менее 20 МПа.
Недостатком известной топливной системы для газового двигателя внутреннего сгорания является невозможность заправки транспортного средства сжатым газом (метан) от сети газопроводов низкого или среднего давления 0,015…0,5 МПа.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является топливная система автомобильного двигателя внутреннего сгорания, содержащая по меньшей мере один газовый баллон с вентилем и заправочным устройством, вентиляционное устройство, газовый трубопровод с установленным на нем газовым электромагнитным клапаном и газовым редуктором, связанным трубопроводом с газовым баллоном и двигателем, бензобак, бензопровод с установленным на последнем бензиновым электромагнитным клапаном, связанным с бензобаком и двигателем, сигнализатор протечки газа с датчиком и переключатель вида топлива, подключенный через электрическую цепь к газовому и бензиновому электромагнитным клапанам, а вентиляционное устройство содержит дренажные сверления, выполненные в корпусах вентиля баллона, заправочного устройства, газового клапана и редуктора, и три гибких дренажных шланга, первый из которых размещен на газовом трубопроводе между заправочным устройством и выходом от вентиля баллона, второй на корпусе газового клапана, а третий на корпусе редуктора, причем внутренние полости шлангов связаны с выходом сверлений, выходы шлангов сообщены с атмосферой, сигнализатор снабжен двумя дополнительными датчиками и каждый датчик сообщен с внутренней полостью соответствующего шланга [3].
Газ (метан) находится в баллонах в сжатом состоянии под давлением в 20 МПа. Баллоны сгруппированы в одну секцию (группу) и соединены трубками. От передней части секции газ по трубопроводу поступает к электромагнитному клапану, который перекрывает газовую магистраль к редуктору. К задней части секции баллонов через трубопровод подключено выносное заправочное устройство, через которое баллоны заполняются сжатым газом под давлением в 20 МПа. Заправка может осуществляться только от автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС), от передвижных автомобильных газозаправщиков (ПАГЗ) или от индивидуальных компрессоров с выходным давлением не менее 20 МПа.
Недостатком данной топливной системы автомобильного двигателя внутреннего сгорания является невозможность заправки транспортного средства сжатым газом (метан) от сети газопроводов низкого или среднего давления 0,015…0,5 МПа.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в обеспечении возможности заправки транспортного средства, двигатель которого работает на сжатом природном газе (метан), от сети газопроводов низкого или среднего давления 0,015…0,5 МПа без использования автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС), передвижных автомобильных газозаправщиков (ПАГЗ) или индивидуальных компрессоров с выходным давлением не менее 20 МПа.
Указанный технический результат достигается тем, что топливная система газового двигателя внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один газовый баллон высокого давления с вентилем и заправочным устройством высокого давления, вентиляционное устройство с датчиками загазованности, газовый трубопровод с установленным на нем газовым электромагнитным клапаном и газовым редуктором, связанным трубопроводами с газовым баллоном высокого давления и двигателем через газовый смеситель и карбюратор, сигнализатор протечки газа, связанный электрической цепью с датчиками загазованности, заправочный компрессор высокого давления с приводом от электродвигателя, заправочное устройство низкого давления с обратным клапаном, электронный блок управления с электроразъемом для переменного напряжения 220/380 В, причем электронный блок управления снабжен датчиком наполнения баллонов газом.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая топливная система газового двигателя внутреннего сгорания соответствует критерию «новизна», так как имеет отличия от прототипа:
1. Топливная система снабжена заправочным компрессором высокого давления.
2. Заправочный компрессор высокого давления имеет привод от электродвигателя.
3. Топливная система снабжена заправочным устройством низкого давления.
4. Заправочное устройство низкого давления имеет обратный клапан.
5. Топливная система снабжена электронным блоком управления.
6. Электронный блок управления имеет электроразъем для переменного напряжения 220/380 В.
7. Электронный блок управления снабжен датчиком наполнения баллонов газом.
Заправочный компрессор высокого давления позволяет заправлять транспортные средства, двигатели которых работают на сжатом природном газе, непосредственно от сети газопроводов низкого или среднего давления 0,015…0,5 МПа. При этом наличие в данном предприятии АГНКС, ПАГЗ или покупка индивидуальных компрессоров высокого давления не требуется. Вместе с тем сеть газопроводов низкого давления в РФ имеется в каждом газифицированном населенном пункте, в т.ч. и в сельской местности.
Привод заправочного компрессора высокого давления от электродвигателя позволяет обеспечить автономную работу компрессора без пуска основного двигателя транспортного средства при отсутствии в баллонах газомоторного топлива. Привод в этом случае может иметь малые габаритные размеры, малую металлоемкость и себестоимость в изготовлении.
Заправочное устройство низкого давления предназначено для подсоединения входа заправочного компрессора высокого давления к сети газопроводов низкого или среднего давления. Его конструкция может представлять из себя аналогичную конструкцию выносного заправочного устройства для заправки газобаллонных автомобилей сжиженным нефтяным газом. Заправочный резинотканевый газовый шланг должен иметь определенную длину, соответствовать требованиям безопасности и храниться в месте для заправки транспортного средства от сети газопроводов низкого или среднего давления.
В заправочное устройство низкого давления обязательно должен входить обратный клапан, облегчающий процесс заправки газомоторным топливом и обеспечивающий автоматическое перекрытие выхода газа из компрессора при отключении его от сети низкого или среднего давления.
Электронный блок управления выполняет функции пуска электродвигателя, защиту его от перегрузок и перегрева, а также защищает от различных аварийных режимов работу компрессора (нагрев, повышенное давление по ступеням и т.д.).
Электроразъем в виде электророзетки служит для подачи на электродвигатель переменного напряжения 220/380 В от внешней сети переменного тока. Для подключения к электророзетке используется соответствующий электрический кабель определенной длины. При этом место для заправки транспортного средства от сети газопроводов низкого или среднего давления должно быть электрифицировано.
Электронный блок управления имеет связь с датчиком наполнения баллонов газом, что позволяет автоматически прекратить заправку сжатым природным газом при заполнении всех баллонов до определенного давления в отсутствии оператора, т.к. данный способ заправки является продолжительным и занимает от 3 до 10 часов.
Выявленные признаки технического решения заявляемой топливной системы газового двигателя внутреннего сгорания позволяют сделать вывод о соответствии технического решения критерию «Существенные отличия».
На фигуре представлена топливная система газового двигателя внутреннего сгорания, которая содержит по меньшей мере один газовый баллон высокого давления 1 с вентилем 2, заправочное устройство низкого давления 3 с обратным клапаном 4, заправочный компрессор высокого давления 5, электродвигатель 6, электронный блок управления 7 с датчиком наполнения баллонов газом 11, электроразъем для переменного напряжения 220/380 В 8, заправочное устройство высокого давления 12, вентиляционное устройство 10 с датчиками загазованности 9, 16, 17, газовый трубопровод 13 с установленным на нем газовым электромагнитным клапаном 14 и газовым редуктором 18, связанным трубопроводом 19 с двигателем 22 через газовый смеситель 20 и карбюратор 21, а так же сигнализатор протечки газа 15, связанный электрическими цепями «а», «б», «в» с датчиками загазованности 9, 16, 17.
Работает топливная система газового двигателя внутреннего сгорания следующим образом.
Сжатый природный газ, находящийся в баллонах высокого давления 1 под избыточным давлением 20 МПа, проходит через вентиль 2, через заправочное устройство высокого давления 12 и по газовому трубопроводу 13 поступает к газовому электромагнитному клапану 14. При подаче напряжения газовый электромагнитный клапан 14 открывается и сжатый природный газ поступает в газовый редуктор 18, далее через трубопровод 19 в газовый смеситель 20 и через карбюратор 21 в двигатель 22. Сигнализатор протечки газа 15, связанный электрическими цепями «а», «б», «в» с датчиками загазованности 9, 16, 17 следит за нормальной работой системы питания, своевременно информируя о неполадках. Вентиляционное устройство 10 в случаях утечки сжатого природного газа отводит его в атмосферу за пределы транспортного средства.
Баллоны высокого давления 1 сгруппированы в одну либо две секции (группы), соединены трубками и могут наполняться сжатым природным газом двумя способами через заправочные устройства 3 и 12.
Первый способ предполагает подключение заправочного шланга от газонаполнительной станции (АГНКС, ПАГЗ) к заправочному устройству высокого давления 12. Заправка происходит при закрытом газовом электромагнитном клапане 14 и неработающем двигателе транспортного средства. Сжатый природный газ под давлением в 20 МПа через заправочное устройство высокого давления 12 и вентиль 2 попадает в газовый баллон высокого давления 1. Контроль за заправкой осуществляет оператор газонаполнительной станции.
При втором способе заправка происходит также при закрытом газовом электромагнитном клапане 14 и неработающем двигателе транспортного средства. Сжатый природный газ от сети газопроводов низкого или среднего давления под давлением в 0,015…0,5 МПа через заправочное устройство низкого давления 3 с обратным клапаном 4 подается на вход заправочного компрессора высокого давления 5, в котором сжимается до давления в 20 МПа, после чего через вентиль 2 попадает в газовый баллон высокого давления 1. Обратный клапан 4 при подаче давления автоматически открывается, пропуская сжатый природный газ к заправочному компрессору высокого давления 5, а при снятии давления - автоматически закрывается, обеспечивая удобство и безопасность процесса заправки. Привод заправочного компрессора высокого давления 5 осуществляется от электродвигателя 6. Пуск и остановка электродвигателя 6 происходит с помощью электронного блока управления 7, на который подается напряжение через электроразъем для переменного напряжения 220/380 В 8. Контроль за заправкой осуществляется автоматически датчиком наполнения баллонов газом 11. С помощью электронного блока управления 7 задается значение величины давления окончания наполнения баллонов сжатым природным газом. При получении соответствующего информационного сигнала с датчика наполнения баллонов газом 11 электронный блок управления 7 отключает электродвигатель 6, прекращая процесс заправки.
Место для заправки транспортного средства от сети газопроводов низкого или среднего давления 0,015…0,5 МПа должно быть электрифицировано, оборудовано счетчиком газа, устройством для подключения заправочного шланга и иметь согласованное с соответствующими органами разрешение на подключение дополнительного источника газопотребления. В месте заправки также должен находиться заправочный резинотканевый газовый шланг определенной длины и электрический кабель для подключения к электроразъему для переменного напряжения 220/380 В 8 транспортного средства.
Предлагаемое конструктивное решение топливной системы газового двигателя внутреннего сгорания обеспечивает возможность заправки газобаллонного транспортного средства сжатым природным газом как от автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС), от передвижных автомобильных газозаправщиков (ПАГЗ) или от индивидуальных компрессоров с выходным давлением не менее 20 МПа, так и от сети газопроводов низкого или среднего давления 0,015…0,5 МПа при отсутствии газонаполнительной станции.
Список литературы
1. Ериш, И.М. Газобаллонные автомобили [Текст] / И.М. Ериш, М.А. Рохленко. - М: Издательство МАШГИЗ, 1953. - С. 27-28.
2. патент на изобретение РФ №2136938 МПК F02M 21/02, F02N 17/02. Топливная система для газового двигателя внутреннего сгорания / Пыжик Ю.Н. и др. патентообладатель Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева, заявл. 13.03.1998, опубл. 10.09.1999 г.
3. Патент на изобретение РФ №2099574 МПК F02M 21/00, F02B 43/00, F02B 69/04. Топливная система автомобильного двигателя внутреннего сгорания / Щербинин В.А. патентообладатель Щербинин В.А. заявл. 18.04.1996, опубл. 20.12.1997 г.