ГАЗОДИЗЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ТРАКТОРА

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к транспортным средствам, в частности, к газодизельным системам трактора и может быть использовано для сельскохозяйственных энергонасыщенных тракторов с двигателями, например, ЯМЗ-240Б и ЯМЗ-240БМ с целью организации работы данных тракторов в газодизельном режиме.
Уровень техники
Известен газогенераторный автомобиль, имеющий газогенератор, двигатель внутреннего сгорания, устройство очистки газов (см. Газогенераторный автомобиль - БСЭ, т.10, 1952, с.62-64).
Основными недостатками газогенераторной установки автомобиля являются малый КПД, малая удельная мощность, сложность изготовления и эксплуатации, малый радиус действия автомобиля на одной заправке газогенераторной установки, большие габариты и масса, отнесенные к киловатту мощности двигателя с газогенераторной установкой, использование двигателя с внутренним сгоранием (ДВС), требующего очистки генераторного газа.
2
Известен газогенераторный трактор, имеющий газогенератор, двигатель внутреннего сгорания, устройство очистки газов, при этом газогенератор подсоединен патрубком к компрессору, поставляющему в него сжатый до 5-10 кг/см воздух, и патрубком к цилиндрическому баллону-отстойнику, принимающему от газогенератора вырабатываемый им
генераторный газ, двигатель внутреннего сгорания соединен патрубком с баллоном-отстойником генераторного газа и гидрокомпрессором, поставляющим сжатый воздух в 2-3 раза большего давления, чем сжатый воздух, поставляемый компрессором в газогенератор, при этом гидрокомпрессор и двигатель имеют общие камеры высокого и низкого давления воды.
В тракторе газогенератор имеет внутренний корпус и внешний герметичный кожух, между которыми по кольцевому зазору проходит сжатый воздух под колосниковую решетку, под колосниковую решетку проходит от баллона-отстойника трубка с горелкой, в центральной части дна и потолка газогенератора имеются отверстия, в которые ввернуты заглушки, герметизирующие газогенератор.
В тракторе баллон-отстойник имеет два патрубка, идущих от двух газогенераторов и направленных в нижнюю часть баллона-отстойника, имеющую конусную форму, соединенную с верхней его частью, имеющей цилиндрическую форму, при этом от верхней части баллона-отстойника отходит к двигателю патрубок, а нижний конус перекрыт краном и завинчивающейся заглушкой.
В тракторе двигатель внутреннего сгорания имеет блок цилиндров с одной камерой сгорания на все цилиндры этого блока, установленной над блоком цилиндров и соединенной с цилиндрами газоводами, поочередно подключаемыми вращающимся цилиндрическим клапаном, при этом между цилиндрическим клапаном и камерой сгорания установлен клапан, периодически запирающий камеру сгорания в момент заполнения камеры сгорания топливной смесью и воспламенения топливной смеси, камера сгорания имеет клапаны ввода генераторного газа, сжатого воздуха и природного или сжиженного газа, связанные между собой, а также с клапанами выпуска выхлопных газов шестернями, находящимися в зацеплении между собой и с шестерней электродвигателя, цилиндры блока цилиндров имеют плавающие эластичные термоизолирующие поршни,
отделяющие воду от выхлопных газов, в нижней части цилиндры имеют самооткрывающиеся клапаны, соединяющие цилиндры с камерами высокого и низкого давления воды, между камерами высокого и низкого давления воды установлена гидротурбина, вал вращения которой входит в коробку передач трактора, камеры высокого и низкого давления воды имеют компенсационные камеры, в которых сжатый воздух отделен от камер высокого и низкого давления с помощью эластичной перегородки, камера высокого давления воды имеет еще управляемую заслонку, перекрывающую поток воды к гидротурбине, камера низкого давления воды имеет отстойную камеру с отверстием, перекрытым завинчивающейся заглушкой, и патрубок с заглушкой, предназначенный для долива в нее воды.
Трактор имеет компрессор первой степени сжатия воздуха, гидрокомпрессор со сдвоенными цилиндрами с общим штоком, на концах которого установлены поршни, проходящим через втулку, соединяющую нижний цилиндр меньшего диаметра с верхним цилиндром большого диаметра, нижний цилиндр имеет управляемые клапаны, соединяющие его верхнюю и нижнюю части относительно его поршня с камерами высокого и низкого давления воды двигателя внутреннего сгорания, верхний цилиндр имеет самооткрывающиеся клапаны, соединяющие его верхнюю и нижнюю части относительно поршня с патрубками, идущими к компрессору первой степени сжатия воздуха и к камере, в которой коаксиально установлена камера сгорания двигателя, на верхнем и нижнем торцах верхнего цилиндра установлены электродатчики положения поршней штока (см. пат. РФ №2095587, кл. F 02 В 43/08, опубл. 10.11.1997 г.).
Недостатком данного газогенератора является сложность конструкции, невысокий КПД.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятая автором за прототип является газодизельная система трактора, содержащая воздушный фильтр с рукавом подачи воздуха, соединенным со смесителем, к последнему подсоединен
рукав подачи смеси, который соединен с помощью впускной трубы с двигателем, газобаллонную установку, к которой присоединены трубопровод и расходный вентиль, при этом к расходному вентилю присоединены последовательно с помощью трубопроводов газовый фильтр, газовый редуктор высокого давления, электромагнитный газовый клапан, газовый редуктор низкого давления, а с помощью шлангов-дозатор газа, смеситель, газовый редуктор, при этом к газобаллонной установке последовательно присоединены наполнительный вентиль и заправочное устройство, а на двигателе установлен топливный насос высокого давления с регулятором, к последнему присоединен дозатор газа, к топливному насосу высокого давления присоединен механизм ограничения запальной дозы, который состоит из планки ограничения запальной дозы, датчика положения механизма ограничения запальной дозы и электромагнита (см. Руководство по организации и проведению переоборудования тракторов для работы на компримированном природном газе. ВРД 39-1.20-019-2000, Москва, 2000, с.18-23).
Недостатком данной газодизельной системы трактора является неустойчивость работы на двух видах топлива - дизельном и газодизельном, невысокая производительность.
Раскрытие полезной модели.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели сводится к устойчивой работе на двух видах топлива - дизельном и газодизельном, высокой производительности, снижению затрат и повышению качества работы.
Технический результат достигается с помощью газодизельной системы трактора, содержащей воздушный фильтр с рукавом подачи воздуха, соединенным со смесителем, к последнему присоединен рукав подачи смеси, который соединен с помощью впускной трубы с двигателем, газобаллонную
установку, к которой присоединены трубопровод и расходный вентиль, при этом к расходному вентилю присоединены последовательно с помощью трубопроводов, газовый фильтр, газовый редуктор высокого давления, электромагнитный газовый клапан, газовый редуктор низкого давления, а с помощью шлангов дозатора газа, смеситель, газовый редуктор, к газобаллонной установке последовательно присоединены наполнительный вентиль и заправочное устройство, а на двигателе установлен топливный насос высокого давления с регулятором, к последнему присоединен дозатор газа, к топливному насосу высокого давления присоединен механизм ограничения запальной дозы, который состоит из планки ограничения запальной дозы, датчика положения механизма ограничения запальной дозы и электромагнита, при этом система снабжена модулем питания, датчиком температуры охлаждающей жидкости двигателя, триггером, сигнальными цепями, логическим устройством, цепью управления электромагнитом, генератором, датчиком оборотов, цепью, соединяющей датчик оборотов с «массой» трактора, преобразователем, аналоговой цепью, пороговым детектором, контролирующим устройством, цепью, соединяющей датчик положения механизма запальной дозы с контролирующим устройством, цепью управления электромагнитным клапаном, причем к электрооборудованию трактора с помощью цепей через включатель соединен модуль питания, который с помощью цепи соединен с «массой» трактора, а на двигателе установлены генератор и датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя, который с помощью цепи соединен с триггером, последний с помощью цепи соединен с логическим устройством, которое с помощью цепи соединен с триггером, последний с помощью цепи соединен с логическим устройством, которое с помощью цепи соединено с электромагнитом, на генераторе установлен датчик оборотов, который с помощью цепи соединен с «массой» трактора и с помощью цепи с преобразователем, последний с помощью цепи соединен с пороговым детектором, который с помощью цепи соединен с логическим устройством, а
датчик положения механизма ограничения запальной дозы соединен с помощью цепи с контролирующим устройством, которое с помощью цепи соединено с электромагнитным клапаном, при этом модуль питания, триггер, сигнальные цепи, логическое устройство, преобразователь, аналоговая цепь, пороговый детектор и контролирующее устройство образуют электронный блок.
Краткое описание чертежей.
На фиг. дана функциональная схема газодизельной системы трактора.
Осуществление полезной модели.
Газодизельная система трактора с автоматическим переключением режимов работы состоит из воздушного фильтра 1 с рукавом 2 подачи воздуха, к которому присоединен смеситель 3, к смесителю 3 присоединен рукав 4 подачи смеси, а к последнему - двигатель 5, газобаллонной установки 6 (показана упрощенно), к которой присоединены трубопровод 7 и расходный вентиль 8, при этом к расходному вентилю 8 присоединены последовательно: трубопровод 9, газовый фильтр 10, трубопровод 11, газовый редуктор 12 высокого давления, трубопровод 13, электромагнитный газовый клапан 14, трубопровод 15, газовый редуктор 16 низкого давления, шланг 17, дозатор 18 газа, шланг 19, а смеситель 3 и газовый редуктор 16 соединены между собой шлангами 20 и 21, к газобаллонной установке 6 последовательно присоединены наполнительный вентиль 22 и заправочное устройство 23, а на двигателе 5 установлен топливный насос 24 высокого давления (ТНВД) с регулятором 25, а к регулятору 25 присоединен дозатор 18 газа, при этом к топливному насосу 24 высокого давления присоединен механизм 26 ограничения запальной дозы, который состоит из планки 27 ограничения запальной дозы, датчика 28 положения механизма 26
ограничения запальной дозы и электромагнита 29. К бортовому электрооборудованию трактора (на фиг. не показан), к клемме +12В присоединена цепь 30 с включателем 31, к которому посредством цепи 32 присоединен модуль 33 питания, а цепь 34 соединяет модуль 33 питания с «массой» трактора, на двигателе 5 установлен датчик 35 температуры охлаждающей жидкости двигателя 5, а цепь 36 соединяет датчик 35 с триггером 37, цепь 38 соединяет последний с логическим устройством 39, цепь 40 соединяет логическое устройство 39 с электромагнитом 29, на двигателе 5 установлен генератор 41, на котором установлен датчик 42 оборотов, а цепь 43 соединяет датчик 42 оборотов с «массой» трактора, цепь 44 соединяет датчик 42 оборотов с преобразователем 45, цепь 46 соединяет последний с пороговым детектором 47, который с помощью цепи 48 соединен с логическим устройством 39, цепь 49 соединяет датчик 28 положения механизма 26 ограничения запальной дозы с контролирующим устройством 50, а цепь 51 соединяет последнее с электромагнитным клапаном 14, при этом элементы 33, 37, 38, 39, 45, 46, 47, 48, 50 образуют электронный блок 52.
Газодизельная система трактора работает следующим образом.
Работа системы подачи газа.
Атмосферный воздух, необходимый для работы двигателя 5, поступает в воздушный фильтр 1. После очистки воздух из фильтра 1 по рукаву 2 поступает в смеситель 3, где образуется газовоздушная смесь. Смесь поступает из смесителя 3 по рукаву 4 во впускную трубу (на схеме не показана) двигателя 5. Сжатый природный газ хранится в газобаллонной установке 6 под давлением Р=20 Мпа. При открытом расходном вентиле 8 газ по трубопроводу 9 поступает в газовый фильтр 10, где очищается и далее по трубопроводу 11 поступает в газовый редуктор 12 высокого давления, где давление газа снижается с 20 Мпа до 0,8-1,0 Мпа. Подогрев редуктора 12 осуществляется охлаждающей жидкостью двигателя 5 (на фиг. не показано). Из редуктора 12 газ поступает по трубопроводу 13 в электромагнитный
клапан 14. При открытом электромагнитном клапане 14 газ по трубопроводу 15 поступает в газовый редуктор 16 низкого давления, где давление газа снижается с 0,8-1,0 Мпа до разрежения 0...200 Па. Далее газ из редуктора 16 поступает по шлангу 17 в механический дозатор 18 с приводом от регулятора 25. Отрегулированное дозатором 18 количество газа поступает по шлангу 19 в смеситель 3. Шланг 20 подает разрежение из смесителя 3 в редуктор 16. Шланг 21-балансировочный.
Работа системы автоматического переключения режимов работы двигателя: дизельный - газодизельный и обратно.
При включении газодизельной системы включателем 31 напряжение питания +12 В подается из цепи 30, присоединенной к бортовому электрооборудованию трактора через включатель 31, цепь 32 и цепь 34 в модуль 33 питания электронного блока 52 (БПР). Модуль 33 питания подает напряжение питания на элементы блока 52 БПР : 37, 39, 45, 47, 50. Если двигатель 5 запущен и не прогрет, сопротивление датчика 35 более 400 Ом (температура охлаждающей жидкости двигателя 5 менее 40 гр.), при этом триггер 37 находится в состоянии «0» и в сигнальной цепи 38 устанавливается напряжение «0» , на выходе логического устройства 39, в цепи 40 устанавливается напряжение «0», а значит, электромагнит 29 будет обесточен, механизм 26 ограничения запальной дозы не будет ограничивать подачу дизельного топлива ТНВД 24. Так как механизм 26 не ограничивает подачу дизельного топлива, положение планки 27 вызовет замыкание контактов датчика 28, цепь 49 будет соединена контактами датчика 28 с «массой» трактора, что вызовет установку напряжения «0» в цепи 51, а клапан 14 не включит подачу газа. Двигатель 5 будет работать в дизельном режиме. По мере прогрева двигателя 5 температура охлаждающей жидкости двигателя 5 может превысить 40 гр. Сопротивление датчика 35 станет менее 400 Ом, что вызовет срабатывание триггера 37. Триггер 37 переключится в состояние «1» и установит в сигнальной цепи 38 напряжение «+12 В», что переведет логическое устройство 39 в состояние ожидания включения по
цепи 48. При работе двигателя 5 вращается ротор генератора 41 и в датчике 42 оборотов возникают электрические импульсы, частота следования которых соответствует оборотам ротора генератора 41, а следовательно и оборотам коленчатого вала двигателя 5. Данные импульсы по цепям 43 и 44 поступают на вход преобразователя 45 , при этом в аналоговой цепи 46 устанавливается напряжение пропорциональное частоте следования импульсов датчика 42 оборотов. Если обороты коленчатого вала двигателя 5 превысят 1200 об/мин, напряжение в аналоговой цепи 46 будет достаточно для срабатывания порогового детектора 47, он сработает и установит в сигнальной цепи 48 «+12 В», при этом логическое устройство 39 установит в цепи 40 напряжение «+12 В», что вызовет включение электромагнита 29. Электромагнит 29 при включении переместит планку 27 механизма 26, что приведет к ограничению запальной дозы дизельного топлива, а также разомкнет контакты датчика 28, разобщив соединение с «массой» через контакты датчика 28 цепи 49. При этом контролирующее устройство 50 подаст напряжение «+12 В» в цепь 51, что вызовет включение подачи газа клапаном 14. Двигатель 5 при этом начнет работать в газодизельном режиме, и будет продолжать работу в газодизельном режиме до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала двигателя 5 вследствие нажатия на педаль акселератора или недостаточной механической нагрузки превышает 1200 об/мин. Если же частота вращения коленчатого вала двигателя 5 снизится менее 1100 об/мин вследствие увеличения нагрузки на двигатель 5 или уменьшения нажатия педали акселератора, то уменьшится частота следования импульсов датчика 42 оборотов, на выходе преобразователя 45 в аналоговой цепи 46 уменьшится напряжение, и пороговый детектор 47 изменит свое состояние, установив в сигнальной цепи 48 напряжение «0», и логическое устройство 39 установит в цепи 40 напряжение «0», выключится электромагнит 29. Планка 27 перестанет воздействовать на ТНВД 24, восстановится полная подача дизельного топлива, контакты датчика 28 соединят цепь 49 с «массой» трактора и контролирующее устройство 50
обесточит электромагнитный клапан 14. Подача газа прекратится и двигатель 5 начнет работать в дизельном режиме, а элементы блока БПР 52: 45, 46, 47, 48, 39, 50 будут находиться в готовности включения газодизельного режима, если увеличится частота вращения коленчатого вала двигателя 5 до 1200 об/мин и более. Далее данные процессы будут повторяться.
Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- увеличение крутящего момента двигателя при трогании с места;
- высокая эффективность регулирования подачи газа в смеситель двигателя;
- облегчение работы механизатора;
- устойчивость работы на двух видах топлива - дизельном и газодизельном;
- снижение затрат и повышение качества работы.