ТОПЛИВОПОДАЮЩАЯ СИСТЕМА ГАЗОДИЗЕЛЯ С ВНУТРЕННИМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ

Полезная модель относится к системам питания двигателей внутреннего сгорания и, прежде всего дизелей, использующих газовые топлива.
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 на изобретение №2184869, МПК F02M 43/00, опубл. 10.07.2002, БИ №19 Авторы: Патрахальцев Н.Н. и др. «Топливоподающая система газодизеля с внутренним смесеобразованием»].
Недостатком такой системы является то, что смесь двух углеводородных топлив, одно из которых имеет низкое цетановое число, приводит к снижению воспламеняемости смеси, что и ограничивает количество газа, которое можно применять с помощью этой системы. Подача газа с помощью такой системы принципиально возможна, но лишь в количествах, которые можно рассматривать как присадку к топливу, но не как основное топливо, замещающее дизельное. Кроме того, управление форсункой от единого блока управления приводит к тому, что геометрические фазы начала подачи жидкого топлива и газа совпадают. А действительное смещение начала подачи газа по отношению к началу подачи дизельного топлива определяется лишь разнице в давлениях начала подачи этих топлив, что приводит к зависимости этих фаз от скоростного и нагрузочного режимов, от величины и нестабильности давлений топлив. Все это приводит к снижению эффективности применения таких систем на двигателях тепловозной размерности.
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, 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, фильтр газа, установленный на выходе баллонов для хранения и питания газом [Патент РФ на полезную модель №50258, МПК F02M 43/00, опубл. 27.12.2005, БИ №36, Авторы: Носырев Д.Я. и др. «Топливоподающая система газодизеля с внутренним смесеобразованием»].
Недостатком такой системы является то, что смесь двух углеводородных топлив, одно из которых имеет низкое цетановое число, приводит к снижению воспламеняемости смеси. Это приводит к снижению эффективности применения таких систем на двигателях тепловозной размерности.
Данная система принята в качестве прототипа заявляемого технического решения.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных качеств топливоподающей системы газодизеля, за счет распределенной подачи газа и дизельного топлива.
Технический результат достигается тем, что в топливоподающую систему газодизеля с внутренним смесеобразованием, содержащую 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 с топливоподкачивающим насосом, линию питания газовым топливом с обратным клапаном, 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, 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, фильтр газа, установленный на выходе баллонов для хранения и питания газом, согласно полезной модели, дополнительно введены баллон с инертным газом, соединенный линией продувки с газовым трубопроводом, газовый редуктор, установленный на дополнительной линии подачи газа, которая соединена с газовым трубопроводом, смеситель, установленный на входе в цилиндры газодизеля и соединенный с дополнительной линии подачи газа, турбокомпрессор, выход компрессора которого соединен линией подачи воздуха со смесителем и вход турбины соединен линией отработавших газов с выходом из цилиндров, воздушный фильтр, установленный на входе в компрессор турбокомпрессора, охладитель газа, установленный на линии подачи воздуха, заправочное устройство установленное на входе баллонов для хранения и питания газом, связанные между собой блок измерения, блок управления, блок обработки и программатор, расходомер дизельного топлива, установленный на линии низкого давления дизельного топлива, расходомеры газа, установленные на дополнительной линии подачи газа и на линии питания газовым топливом, расходомер воздуха, установленный на входе в компрессор турбокомпрессора, расходомер отработавших газов, расположенный на выходе турбины турбокомпрессора, датчики давления и температуры, расположенные на выходе заправочного устройства, на выходе баллона с инертным газом, на входе и выходе компрессора, на выходе баллона питания газом дизеля, на выходе топливоподкачивающего насоса, на выходе пневмоуправляемого клапана подачи газа, на выходе редуктора газа, на входе и выходе турбины и компрессора турбокомпрессора, на выходе охладителя газа, датчики частоты вращения газодизеля и турбокомпрессора, расходомеры и датчики связаны с блоком измерения, электроуправляемые клапаны, установленные на выходе заправочного устройства, на выходе баллонов для хранения и питания газом, на выходе баллона с инертным газом, а также топливоподкачивающий насос связаны с блоком управления.
Дополнительное введение элементов обеспечивает распределенную подачу газа и дизельного топлива, что повышает эксплуатационные качества топливоподающей системы газодизеля.
На фиг. представлена принципиальная схема топливоподающей системы газодизеля с внутренним смесеобразованием.
Газодизель содержит заправочное устройство 1, баллоны 2 высокого давления для хранения сжатого газа (предпочтительно природного), газовый трубопровод 3, линию продувки 4, баллон с инертным газом 5, фильтр газа 6, компрессор 7, баллон 8 питания газом дизеля, питающий трубопровод 9, бак дизельного топлива 10, топливоподкачивающий насос 11, линию низкого давления 12 дизельного топлива, нагнетательный клапан 13 топливного насоса высокого давления 14, нагнетательную головку 15 плунжера топливного насоса высокого давления, имеющую нагнетательную кромку 16 и отсечную кромку криволинейного выполнения 17, вход питающего сжатого газа 18, регулирующую кромку 19 плунжера топливного насоса высокого давления, кромку окончания подачи газа 20, кулачек 21 привода топливного насоса высокого давления, управляющий трубопровод 22, линию высокого давления 23, расходный трубопровод 24, пневмоуправляемый клапан подачи газа 25, линию питания газовым топливом 26, обратный клапан 27 линии питания газовым топливом, газодизель 28 и форсунку 29 закрытого типа, дополнительную линию 30 подачи газа, газовый редуктор 31, смеситель 32, охладитель газа 33, линию подачи воздуха 34, турбокомпрессор 35, воздушный фильтр 36, линию отработавших газов 37, блок измерения 38, блок обработки 39, блок управления 40, программатор 41, электроуправляемые клапаны 42, 43, 44, датчики давления 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, датчики температуры 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, расходомер дизельного топлива 71, расходомеры газа 72, 73, расходомер воздуха 74, расходомер отработавших газов 75, датчик частоты вращения газодизеля 76, датчик частоты вращения турбокомпрессора 77. Газодизель работает следующим образом.
Природный газ поступает через заправочное устройство 1 в баллоны 2 высокого давления для хранения сжатого газа, при этом электроуправляемый клапан 42 открыт, датчиками давления 45 и температуры 58 контролируют параметры баллонов 2. При работе газодизеля электроуправляемый клапан 42 закрыт, а электроуправляемый клапан 43 открыт и газ из баллонов 2 высокого давления для хранения сжатого газа по газовому трубопроводу 3 поступает в фильтр газа 6. Далее часть газа до 10% поступает по дополнительной линии 30 подачи газа через газовый редуктор 31в смеситель 32. На дополнительной линии 30 подачи газа установлены датчики давления 52, температуры 65 и расходомер газа 73 для контроля ее параметров. В смесителе 32 газ перемешивается с воздухом, который поступает из атмосферы через воздушный фильтр 36, компрессор турбокомпрессора 35 и по линии подачи воздуха 34 через охладитель газа 33. При этом контролируются параметры воздуха на входе компрессора турбокомпрессора 35 с помощью расходомера воздуха 74, датчиков давления 55 и температуры 68, а на входе и выходе охладителя газа 33 - с помощью датчиков давления 54, 53 и температуры 67, 66. Затем газовоздушная смесь поступает в цилиндры газодизеля 28. Основная часть газа поступает ко входу компрессора 7, который сжимает газ до уровня 20…25 МПа и нагнетает его в баллон 8 питания газом дизеля. При этом контролируются параметры компрессора 7 с помощью датчиков давления 47, 48 и температуры 60, 61. Газ из баллона 8 питания газом дизеля по питающему трубопроводу 9 подводится через расходный трубопровод 24 к пневмоуправляемому клапану подачи газа 25 и на вход питающего сжатого газа 18 топливного насоса высокого давления 14. При этом давление и температура газа в питающим трубопроводе 9 контролируется датчиками давления 49 и температуры 62. Дизельное топливо из бака дизельного топлива 10 подается топливоподкачивающим насосом 11 по линии низкого давления 12 дизельного топлива к топливному насосу высокого давления 14. Параметры топливоподкачивающего насоса 11 контролируют датчики давления 50, температуры 63 и расходомер дизельного топлива 71. При работе топливного насоса высокого давления 14 кулачек 21 привода топливного насоса высокого давления 14 приводит плунжер топливного насоса высокого давления 14 в возвратно-поступательное движение. Пространство над нагнетательной головкой 15 плунжера топливного насоса высокого давления 14 заполняется дизельным топливом из линии низкого давления 12 дизельного топлива и при очередном нагнетательном ходе плунжера топливного насоса высокого давления 14 топливо через нагнетательный клапан 13 по линии высокого давления 23 поступает в форсунку 29 закрытого типа. В начале нагнетательного хода плунжера топливного насоса высокого давления 14 регулирующая кромка 19 плунжера открывает вход сжатого природного газа и газ по управляющему трубопроводу 22 подводится к управляющей полости пневмоуправляемого клапана подачи газа 25. В этот момент пневмоуправляемый клапан подачи газа 25 открывается и сжатый природный газ из расходного трубопровода 24 по линии питания газовым топливом 26 и через обратный клапан 27 также подводится в форсунку 29, в ее подыгольную полость. На линии питания газовым топливом 26 с помощью датчиков давления 51, температуры 64 и расходомера газа 72 контролируют параметры газа. Через форсунку 29 осуществляется впрыскивание в газодизель 28 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. После начала нагнетательного хода плунжера топливного насоса высокого давления 14 его регулирующая кромка в плоском исполнении 19 открывает вход питающего сжатого газа 18, который поступает в управляющую полость пневмоуправляемого клапана подачи газа 25. Причем при увеличении расстояния между кромками 19 и 20 увеличивается время открытия пневмоуправляемого клапана подачи газа 25 за счет увеличения давления в его управляющей полости. Отсечная кромка криволинейного выполнения 17 обеспечивает подачу дизельного топлива 15…20% от необходимой нормы. В представленной схеме системы не предусмотрено изменение количества подаваемого в газодизель запального дизельного топлива, так как нагнетательная кромка 16 плунжера топливного насоса высокого давления 14 выполнена с постоянной образующей. Отработавшие газы из газодизеля поступают по линии отработавших газов 37 на привод турбины турбокомпрессора 35. При этом контроль параметров турбины турбокомпрессора 35 производится датчиками давления 57, 56, температуры 70, 69 и расходомером отработавших газов 75. Работу газодизеля 28 и турбокомпрессора контролируют с помощью датчиков частоты вращения 76 и 77. После окончания работы газодизеля 28 электроуправляемый клапан 43 закрывается, открывается электроуправляемый клапан 44 и производится продувка. Инертным газом из баллона 5 через линию продувки 4 производят продувку всех газовых трубопроводов топливоподающей системы газодизеля. Для контроля инертного газа установлены датчики давления 46 и температуры 59. Система управления газодизелем 28 состоит из блока измерения 38, блока обработки 39, блока управления 40 и программатора 41, которые связаны между собой. Все расходомеры и датчики связаны с блоком измерения 38, а топливоподкачивающий насос и электроуправляемые клапаны с блоком управления 40.
Предложенная система подачи топлива позволяет повысить воспламеняемость газовоздушной смеси, полноту сгорания топливовоздушной смеси, а также снизить расходы на топливо, в том числе за счет разницы в стоимости газового топлива и дизельного топлива. Предложенная система подачи топлива позволяет снизить количество вредных выбросов выхлопных газов в окружающую среду.