РЕДУКТОР-РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ МЕТАНОМ ИЛИ ДРУГИМИ ПОДОБНЫМИ ТОПЛИВАМИ
REDUCING PRESSURE REGULATOR FOR SUPPLYING INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH METHANE OR OTHER SIMILAR FUELS

Целью настоящего изобретения является редуктор/регулятор давления метана для питания двигателей внутреннего сгорания.
Редуктор/регулятор давления согласно настоящему изобретению содержит корпус, разделяемый на три камеры, связанные друг с другом посредством трубопроводов высокого сопротивления и посредством отверстия и закрывающего элемента, который соединен с упругой мембраной, поверхность которой пропорционально больше открывающего/закрывающего элемента, так что небольшого давления в камере перед упругой мембраной достаточно, чтобы согнуть ее, преодолевая как сопротивление давления метана в соседней камере, так и сопротивление давления метана в камере, прямо подключенной к баку (бакам), а также сопротивление противодействующей пружины. Когда упругая мембрана сгибается, она толкает шток, конец которого соединен с открывающим/закрывающим элементом, который обеспечивает или предотвращает прохождение метана через отверстие, соединяющее камеру, из которой метан направляется в двигатель, с камерой, в которую метан поступает прямо из бака (баков). Кроме того, трубопровод соединяет камеру, где достигается достаточное давление, чтобы согнуть мембрану, с камерой, из которой метан под низким давлением направляется в систему питания двигателя; согласно конструкции указанный трубопровод обеспечивается двухпозиционным клапаном и суженной частью или согласно другой конструкции только двухпозиционным клапаном. Регулятор/редуктор давления согласно настоящему изобретению комплектуется датчиком давления, клапаном регулировки давления, клапанами и соединениями с электроникой, управляющей процессом питания двигателя.
Уровень техники
В настоящее время система для питания двигателей внутреннего сгорания метаном схематически состоит из:
- по меньшей мере одного бака (баллона) для метана, способного содержать газообразный метан, сжатый под давлением приблизительно 220 бар;
- предохранительный клапан, который позволяет изолировать бак для метана от системы для обслуживания;
- ниппель для заправки метаном, который позволяет производить заправку метана в бак, имеющий обратный клапан;
- редуктор/регулятор давления, который спроектирован для понижения давления метана от давления в баке до давления подачи в двигатель, например 1,0/2,0 бар;
- электромагнитный клапан, который останавливает поток метана, когда двигатель выключен;
- электронный блок управления, который поддерживает правильные параметры подачи;
- магистраль, которая доставляет газ к форсункам;
- датчик давления, который подает информацию на электронный блок управления;
- коммутатор.
Для работы системы важным является редуктор давления, который должен уменьшать давление метана в баке до значения, требуемого для работы двигателя, как указывалось выше 1,0/2,0 бар, и он должен обеспечивать постоянное наличие по запросу необходимого количества топлива под соответствующим давлением, быстро приспосабливая его при изменении рабочих условий.
Пример данной необходимости заключается в предоставлении требуемого количества метана под соответствующим давлением при обгоне другого транспортного средства.
Редукторы/регуляторы, применяемые в настоящее время в двигателях внутреннего сгорания, включают две или три ступени давления, снабженные пружинами и мембранами и/или поршнями, содержащими пружины, последняя ступень которых является ступенью с вакуумным выходом, и их работа обычно определяется пружиной.
Одной из проблем этих редукторов является то, что их работа зависит от работы механических компонентов, таких как пружины, держатели пружин, мембраны, поршни и регулировочные винты выходного давления; эти механические компоненты могут терять свою функциональность и установки, таким образом, вызывая неудовлетворительную работу редуктора/регулятора.
Дополнительная проблема вызвана тем, что доступные на рынке в настоящее время редукторы/регуляторы, основанные на работе механических устройств, не могут непрерывно изменять давление метана, подаваемое в систему питания двигателя, в соответствии с мощностными запросами или внезапными ускорениями, или при рабочих условиях, которые требуют небольшого давления, но они просто подают метан под постоянным давлением, что может вести к:
a) потерям мощности при резких ускорениях;
b) перерасходу, когда при движении требуется небольшое давление, например, при постоянной скорости или при частично благоприятных условиях.
Пример редуктора раскрыт в патенте США №4534913, на имя Bathe John G, в котором описан регулятор-редуктор давления для двигателей внутреннего сгорания, который не решает проблем механической простоты, быстроты и точности управления регулятора;
В FR 2859502 описан карбюраторный узел, который содержит карбюратор и насос-ускоритель.
В ЕР 0248411 описан узел регулятора для двигателей внутреннего сгорания, который содержит мембрану, камеру регулировки давления, клапанное седло в камере регулировки давления.
Устройства по патентам FR 2859502, ЕР 0248411 отличаются от описанных в пункте 1 формулы изобретения и не отражают признаки пункта 1.
Описание изобретения
Целью настоящего изобретения является редуктор/регулятор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном или другими подобными топливами, при этом механические компоненты сильно сокращены и главным образом содержат противодействующую пружину открывающего/закрывающего элемента подачи метана в камера, из которой он направляется в систему питания двигателя.
Корпус редуктора/регулятора настоящего изобретения разделен на три камеры, соединенные посредством трубопроводов и/или устройств, обеспечивающих открытие/закрытие отверстия для прохождения метана, так что в камере, из которой метан направляется в систему питания двигателя, постоянно присутствует давление, требуемое для правильной работы двигателя, даже если давление метана в баке (баках) максимальное или уменьшается после потребления, или в случае запросов системы питания двигателя, вызванных внезапными ускорениями.
Регулятор/редуктор согласно настоящему изобретению обеспечивает, что выходящий из бака метан под давлением направляется в первую камеру, из которой посредством клапана регулировки давления, управляемого электронным блоком управления, метан вводится во вторую меньшую камеру, которая отделена от камеры, поставляющей метан в двигатель, посредством упругой мембраны, имеющей обширную поверхность; метан вводится в меньшую камеру под таким давлением, которое способно согнуть упругую мембрану, которая через шток управляет открытием связывающего отверстия между входной камерой для метана и камерой, поставляющей метан в систему питания двигателя.
Как упоминалось, вторая меньшая камера отделена от поставляющей камеры посредством упругой мембраны, которая сгибается под давлением метана во второй меньшей камере, когда давление метана в камере, поставляющей метан в систему питания двигателя, уменьшается при внезапных потребностях мощностного запроса двигателя, например внезапного ускорения.
Упругая мембрана толкает шток в отверстие в стенке, отделяющей камеру, сконструированную для подачи метана в систему питания, от камеры, вмещающей метан из бака (баков); когда шток продвигается вперед, он вызывает отход закрывающего средства и открывает отверстие, через которое метан течет непосредственно и моментально в камеру, поставляющую его в систему питания, пока запрос не закончится или пока давление во второй камере не станет равным давлению в камере, поставляющей метан в систему питания. Как только запрос закончился, упругая мембрана возвращается в исходное положение, тянет шток, и, таким образом, закрывающее средство блокирует связывающее отверстие и останавливает прохождение метана с помощью движения пружины.
Для того чтобы обеспечить сгибание упругой мембраны и, как следствие, перемещение штока, конец которого соединен с затвором, обеспечивающим или предотвращающим открытие/закрытие, поверхность упругой мембраны делается пропорционально больше поверхности затвора.
Для того чтобы заново уравновесить давление между меньшей камерой и камерой, поставляющей метан в систему питания двигателя, обеспечивается трубопровод, который может иметь двухпозиционный/регулирующий клапан, управляемый электронным блоком управления, и подходящим образом суженную часть, для обеспечения ограничения давления метана между меньшей камерой и камерой, поставляющей метан в систему питания двигателя; альтернативно, трубопровод может содержать только двухпозиционный/регулирующий клапан, управляемый электронным блоком управления.
Описание графических материалов
Редуктор/регулятор давления для питания двигателей внутреннего сгорания метаном согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:
на фиг.1 изображен схематический вариант осуществления, который не является ограничивающим, возможной реализации.
на фиг.2 изображен вариант осуществления по фиг.1.
Описание варианта осуществления
Обращаясь к прилагаемым графическим материалам, регулятор/редуктор для питания двигателей внутреннего сгорания метаном согласно настоящему изобретению состоит из:
- корпуса (1), разделяемого на три камеры:
- камеру (2), которая принимает метан из бака,
- меньшую камеру (3), которая принимает метан из камеры (2),
- большую камеру (4), которая принимает метан из камеры (3) и в зависимости от запросов из камеры (2) и направляет его в систему питания двигателя.
Кроме корпуса (1), разделенного на три камеры (2, 3, 4), регулятор/редуктор содержит:
- трубопровод (2а) для ввода метана под высоким давлением от камеры (2) в камеру (3);
- клапан регулировки давления под высоким давлением (5) для ввода метана в камеру (3);
- электронный блок (6) управления для управления вводом в камеру (3);
- упругую мембрану (7), отделяющую камеру (3) от камеры (4); указанная упругая мембрана имеет пропорционально большую поверхность, чем поверхность затвора, расположенная в камере (2) и отодвигаемая от упругой мембраны (7) посредством штока, функция указанного затвора заключается в открывании или закрывании отверстия для прохождения метана из камеры (2) в камеру (4);
- шток (8), соединенный с упругой мембраной (7) на одной стороне и с затвором (9) на другой стороне; указанный шток (8) имеет такую длину, что, когда упругая мембрана (7) находится в своем положении покоя, затвор (9) полностью прижимается к стенкам отверстия (10), соединяющего камеру (4) с камерой (2), указанные стенки отверстия (10) обеспечиваются уплотнением или уплотнением типа «металл к металлу»;
- упругое противодействующее средство (11) для возвращения затвора (9) в его закрытое положение;
- трубопровод (12), который соединяет камеру (3) с камерой (4) и который содержит устройства, подходящие для регулировки или остановки прохождения метана;
- суженную часть (13) на трубопроводе (12) и/или двухпозиционный/регулирующий электромагнитный клапан (19) в качестве регулирующих элементов прохождения метана;
- отверстие (14), которое обеспечивает ввод метана в камеру (2) из бака (баков);
- отверстие (15), которое обеспечивает ввод метана в систему питания двигателя;
- двухпозиционный клапан (16) на трубопроводе ввода метана из бака (баков);
- датчик (17) давления между трубопроводом ввода метана для системы питания двигателя и электронным блоком (6) управления, который управляет клапаном регулировки давления (5) ввода метана в камеру (3) и на двухпозиционный/регулирующий клапан (19);
- отверстие (18) для ввода метана в камеру (3) из клапана (5) регулировки давления.
Работа редуктора/регулятора согласно настоящему изобретению будет описана ниже.
Камера (2) корпуса (1) редуктора/регулятора давления принимает через отверстие (14) метан, поступающий из бака (баков) при давлении, пропорциональном уровню заполнения бака, приблизительно 220 бар при полном баке и приблизительно 10 бар при практически пустом баке.
Посредством трубопровода (2а) ввода и клапана (5) регулировки высокого давления, управляемого электронным блоком (6) управления, который мониторит газовые запросы от двигателя через датчик (17) давления, метан направляется из камеры (2) в камеру (3), которая имеет очень маленький размер. В камере (3) из-за ее малых размеров давление, требуемое для открытия затвора (9), достигается просто и быстро.
Камера (3) и камера (4) связаны посредством трубопровода (12), содержащего устройства, подходящие для ограничения или предотвращения прохождения метана, указанные устройства в зависимости от конфигурации содержат двухпозиционный/регулирующий клапан (19) и возможную суженную часть (13).
Двухпозиционный/регулирующий клапан (19) получает управляющий сигнал открытия/закрытия от электронного блока (6) управления, который обрабатывает данные, полученные от датчика (17) давления, таким образом, предотвращая прохождение метана, когда давление в камере (4) превышает предварительно установленное рабочее давление системы питания двигателя, или ограничивая давление, так чтобы поддерживать его постоянным во время использования (фиг.2).
В дополнение к двухпозиционному/регулирующему клапану (19) на трубопроводе (13) может быть обеспечена калиброванная суженная часть (13) для ограничения использования двухпозиционного/регулирующего клапана (19) для потребности закрывания (фиг.1).
Когда в камере (4) давление, определяемое датчиком (17) давления, внезапно уменьшается, например при большем запросе двигателя, клапан (5) регулировки давления, управляемый электроникой (6), впрыскивает метан в камеру (3), быстро увеличивая давление, необходимое для сгибания упругой мембраны (7), которая толкает шток (8), с последующим отходом затвора (9) от стенок отверстия (10) и прямым прохождением метана из камеры (2) в камеру (4) в необходимом количестве.
Как только запрос был удовлетворен и давление в камере (4) возвратилось к предварительно установленным значениям, упругая мембрана (7) возвращается в свое положение покоя, затягивает обратно шток (8) и затвор (9), который закрывает отверстие (10), будучи толкаемой давлением в камере (2) и упругими средствами, такими как пружина (11).
Двухпозиционный/регулирующий клапан (19) закрывается посредством электронного блока (6) управления, когда датчик (17) давления определяет высокий запрос для использования, это вызывает то, что в камере (3), которая, как указывалось, имеет очень маленький размер, быстро достигается давление, необходимое для сгибания упругой мембраны (7), со смещением штока (8) и затвора (9) и последующим быстрым открытием отверстия (10) с прохождением метана из камеры (2) в камеру (4).
Наличие суженной части (13) и/или двухпозиционного клапана (19) на трубопроводе (12), соединяющего камеры (3) и (4), обеспечивает как достижение, как указано, быстрого увеличения давления в камере (4), совместно с другими доступными устройствами, для удовлетворения запроса, исходящего от внезапного увеличения нагрузки и числа оборотов двигателя, так и поддержание давления в камере (4) на минимальных уровнях, поэтому даже ниже чем 1 бар, когда запрос двигателя является минимальным вследствие благоприятных условий передвижения.
Способность автоматического регулирования увеличения давления подачи и регулирования минимального давления подачи метана в двигатель не может быть получена при применении редукторов/регуляторов давления, доступных на рынке в настоящее время, настройки давления подачи которых выполнены производителем.