Система питания газодизеля
GAS DIESEL FEEDING SYSTEM

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к системам питания дизелей жидким и газообразным топливом, в частности сжиженным углеводородным газом, и может использоваться в системах питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на газомоторных топливах, таких как сжиженные углеводородные топлива, природный газ и другие.
Известна система питания двигателей жидким и газообразным топливом, содержащая всасывающий коллектор, который содержит подключенную к нему линию подачи газообразного топлива, которая состоит из последовательно соединенных баллона, вентиля, испарителя, газового редуктора, подпружиненного приводного регулятора подачи газа, также содержит линию низкого давления подачи жидкого топлива, имеющую, в частности, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, на насосе высокого давления установлен центробежный регулятор, имеющий рычаг, главную пружину, связанную с рычагом управления, который через тягу с прорезью ограничения свободного хода и пружиной связан с рейкой топливного насоса высокого давления, которая связана с элементом, который имеет ограничение перемещения благодаря подвижному упору, дополнительно имеет подсистему регулирования подачи газа в виде золотникового распределителя, подпружиненного мембранного исполнительного механизма, кинематически соединенного с регулятором подачи газа, при этом золотниковый распределитель имеет подвижный золотник, связанный с рычагом регулятора, и подвижную втулку, связанную с рычагом, в корпусе золотникового распределителя и втулке имеются каналы, имеющие возможность сообщения с каналом золотника, связанного через дроссель с каналом слива и далее сливной магистралью, каналы золотника также имеют возможность сообщения с перепускным каналом, а через него с исполнительным механизмом или каналом слива, каналы сообщены с выходом топливоподкачивающего насоса [АС №1612104, МПК, F02M 43/00].
Недостатком известной системы питания является отсутствие регулирования подачи топлива, в зависимости от возникновения детонации и методов ее снижения, их сложность или отсутствие автоматического, всережимного регулирования величины подачи газообразного топлива во впускной коллектор при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы дизеля.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является система питания газодизеля, содержащая линию подачи газа, связывающую источник газового топлива с впускным коллектором двигателя, линию питания жидким топливом с насосом высокого давления [АС №1749531, МПК F02M 43/00, 1989]. Источник газового топлива связан с впускным коллектором двигателя через подпружиненный приводной регулятор подачи газа. Система имеет линию питания жидким топливом с топливоподкачивающим насосом, насосом высокого давления, имеющим рейку с подвижным упором и центробежным регулятором, рычаг которого через главную пружину связан с рычагом управления и с тягой рейки с возможностью ограниченного свободного хода и подпружинен относительно ее, а также подпружиненный мембранный исполнительный механизм, кинематически связанный с регулятором подачи газа, золотниковый распределитель, имеющий подвижно установленные в корпусе втулку и золотник, подключенный с возможностью сообщения топливоподкачивающего насоса одновременно с мембранным исполнительным механизмом и через дроссель со сливом, причем золотник кинематически связан с рычагом центробежного регулятора, а втулка - обратной связью с регулятором подачи газа, система снабжена дополнительным подпружиненным мембранным механизмом, кинематически связанным с подвижным упором рейки и сообщенным с входом регулятора подачи газа, а линия подачи газа снабжена электромагнитным двухпозиционным клапаном, имеющим возможность сообщения входа регулятора подачи газа с его выходом и разобщения с источником газового топлива.
Недостатком известной системы является ее сложность, отсутствие решения для снижения детонации при работе в режиме газодизель. Так же применение сложных гидромеханических элементов усложняет настройку системы, кроме того, отсутствует возможность автоматического всережимного регулирования при работе на всех режимах работы двигателя.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и регулировки системы, снижение детонации при работе дизеля в газодизельном режиме, повышение надежности системы, оптимизация подачи жидкого и газообразного топлива посредством электронного управления подачей топлив при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы газодизеля и улучшение его топливной экономичности.
Поставленная техническая задача достигается тем, что система питания газодизеля, содержащая линию подачи газа, связывающую источник газового топлива с впускным коллектором двигателя, линию питания жидким топливом с насосом высокого давления, согласно изобретению снабжена электронным блоком управления, управляющим исполнительным устройством насоса высокого давления, механически связанным с рейкой топливного насоса высокого давления, электромагнитными клапанами подачи газа в цилиндры двигателя, исполнительным устройством управления заслонкой перепуска отработавших газов из выпускного коллектора во впускной в соответствии с входящими сигналами от датчиков температуры охлаждающей жидкости, отработавших газов, воздуха, давления газа, положения рейки подачи топлива, частоты вращения коленчатого вала, положения верхней мертвой точки, детонации, расхода воздуха, электронной педали подачи топлива, ручного регулятора подачи топлива, переключателя режима «Дизель-Газодизель», переключателя «Ручной-Автоматический».
Изобретение объясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена система питания газодизеля.
Система питания газодизеля содержит линию подачи газа, сообщающую источник газового топлива 1 с впускным коллектором 2 двигателя. Линия подачи газа содержит последовательно соединенные вентиль 3, заправочное устройство 4, запорный электромагнитный клапан 5, газовый фильтр 6, газовый редуктор 7, фильтр 8 тонкой очистки газа, электромагнитные клапаны 9 подачи газа в цилиндр двигателя.
Система содержит линию питания жидким топливом, имеющую топливный бак 10, фильтр грубой очистки топлива 11, топливоподкачивающий насос 12, фильтр тонкой очистки топлива 13, топливный насос высокого давления 14, имеющий исполнительное устройство 15, форсунки 16.
Система питания газодизеля содержит электронную систему регулирования подачи и переключения топлив, которая состоит из блока управления 17, получающего сигналы от датчиков температуры охлаждающей жидкости 18, отработавших газов 19, воздуха20, давления газа 21, положения рейки подачи жидкого топлива 22, частоты вращения коленчатого вала 23, положения верхней мертвой точки 24, детонации 25, расхода воздуха 26, электронной педали подачи топлива 27, ручного регулятора подачи топлива 28, переключателя режима «Дизель-Газодизель» 29, переключателя «Ручной-Автоматический» 30.
Система питания газодизеля содержит систему перепуска отработавших газов, состоящую из исполнительного устройства 31 управления заслонкой 32 перепуска отработавших газов из выпускного коллектора 33 во впускной, установленной после воздушного фильтра 34.
В качестве альтернативного топлива могут быть использованы газомоторные топлива.
Система питания газодизеля работает следующим образом.
При включении переключателя «Дизель-Газодизель» 29 в положение «Газодизель» блок управления 17 получает сигнал о переходе режима работы в «Газодизель» и далее обрабатывает сигналы от датчиков температуры охлаждающей жидкости 18, давления газа 21, температуры воздуха 20, температуры отработавших газов 19, расхода воздуха 26, детонации 25, частоты вращения 23, положения верхней мертвой точки 24, ручного регулятора подачи топлива 28, педального задатчика подачи топлива 27, переключателя «ручной-педаль» 30.
Блок управления 17 открывает запорный электромагнитный клапан 5, газообразное топливо поступает от баллона к электромагнитным клапанам подачи газа 9. После достижения требуемого давления в газовой магистрали по данным с датчика давления газа 21, требуемой температуры охлаждающей жидкости по данным с датчика температуры охлаждающей жидкости 18 блок управления 17 регулирует открытие электромагнитных клапанов 9, обеспечивая подачу газового топлива. По данным с датчика положения верхней мертвой точки 24 блок управления 17 определяет время открытия электромагнитных клапанов 9 перед началом такта впуска в каждый цилиндр. По данным с датчика частоты вращения 23 блок управления 17 определяет продолжительность и величину открытия электромагнитных клапанов 9.
При работе в газодизельном режиме возможно возникновение явления детонации, в случае ее регистрации датчиком детонации 25 блок управления 17 при помощи исполнительного устройства 31 открывает заслонку 32, перепуская часть отработавших газов из выпускного коллектора 33 во впускной коллектор 2. В зависимости от показаний датчиков детонации 25, температуры отработавших газов 19, положения исполнительного устройства 15, частоты вращения 23, педального задатчика 27 или ручного регулятора 28 возможен перепуск отработавших газов до 50% состава рабочей смеси из выпускного коллектора 33 во впускной 2.
Дополнительно блок управления 17 регулирует количество запальной дозы дизельного топлива в сторону увеличения и уменьшает подачу газового топлива до исключения явления детонации. Запальная доза дизельного топлива в зависимости от режима работы может изменяться от 5 до 40%.
При включении переключателя «Дизель-Газодизель» 29 в положение «Дизель» блок управления 17 получает сигнал о переходе режима работы в «Дизель» и далее обрабатывает сигналы от датчиков температуры охлаждающей жидкости 18, температуры воздуха 20, частоты вращения 23, положения верхней мертвой точки 24, ручного регулятора подачи топлива 28 или педального задатчика подачи топлива 27, переключателя «Ручной-Автоматический» 30.
Блок управления 17 закрывает запорный электромагнитный клапан 5, перекрывая подачу газообразного топлива к электромагнитным клапанам 9 подачи газа. В зависимости от показаний датчиков 18 температуры охлаждающей жидкости, положения верхней мертвой точки 24, частоты вращения 23, положения педального задатчика 27 или ручного регулятора 28 блок управления 17 автоматически регулирует подачу дизельного топлива в зависимости от заданного режима работы. Система перепуска отработавших газов регулирует поступление отработавших газов из выпускного коллектора 33 при помощи исполнительного устройства 31 и заслонки 32 во впускной коллектор 2 в зависимости от режимов работы до 10%.
Пуск двигателя производится при работе на жидком топливе, как и двигателей с обычной системой питания, при этом блок управления 17 при помощи исполнительного устройства 15 обеспечивает максимальную подачу топлива во время пуска. При достижении требуемой частоты вращения регулировка подачи топлива происходит в зависимости от выбранного режима подачи топлива. В случае выбранного режима «Газодизель» переключение на газообразное топливо происходит после обеспечения следующих условий: температура охлаждающей жидкости более 80°С (может отличаться в зависимости от модели двигателя); давление газа не менее 2,5 атм, не более 3,1 атм (может отличаться в зависимости от используемого газа); переключатель режима «Дизель-Газодизель» в положении «Газодизель»; при частоте вращения коленчатого вала более 800 об/мин (может отличаться в зависимости от модели двигателя); возможна настройка дополнительных параметров.
В лаборатории «Двигателей и применения альтернативных топлив» ФГБНУ ВИМ изготовлен и испытан опытный образец системы питания газодизеля.
Результаты испытаний показали, что система питания газодизеля обеспечивает исключение явления детонации на всех режимах работы двигателя в газодизельном режиме, имеет более простую конструкцию и регулировку, высокую надежность, автоматизированный перевод двигателя на газодизельный процесс, автоматизированную подачу жидкого и газообразного топлива посредством всережимного управления подачей при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы газодизеля, улучшает топливную экономичность двигателя за счет замещения жидкого топлива газом, снижает токсичность отработавших газов двигателя.