Трехступенчатый редуктор системы питания для газового двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания для газового двигателя внутреннего сгорания и может быть использовано в системах редуцирования сжатого природного газа. Редуктор содержит корпус (1) с полостями (2 и 3) среднего и низкого давления соответственно, с размещенным между ними первым регулирующим элементом (4), нагруженным пружиной (5), размещенной во втулке (6), и связанным через вращающийся на оси (7) рычаг (8) и шток (9) с мембраной (10), образующей с корпусом (1) и его крышкой (11) первую командную и первую рабочую полости (12) и (13) соответственно. В выходной полости (14) установлена вторая мембрана (15), образующая с крышкой (16) вторую командную (17) и рабочую (18) полости. Дополнительный регулирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса (20), сопряженного меньшим основанием с цилиндрическим каналом (21), сообщенным с выходной полостью (14), а большим основанием - с рабочим каналом (22), сообщенным с рабочей полостью (13) и через жиклеры (23) с выходной полостью (14) и второй рабочей полостью (18), а через жиклер (24), размещенный соосно со вторым регулирующим органом в сопле (25) с промежуточной камерой (26). Изобретение позволяет достичь более высокое быстродействие и повысить надежность работы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам питания для газового двигателя внутреннего сгорания и может быть также использовано в системах редуцирования сжатого природного газа.

Известен трехступенчатый редуктор высокого давления газа, содержащий входную, промежуточную и выходную ступени, обогреватель входной ступени, сообщенный с системой охлаждения двигателя, двухпозиционный клапан, размещенный между входной и выходной полостями, и экономайзер с приводом (Е.Г.Григорьев и др. Газобаллонные автомобили. М., Машиностроение, 1989 г., стр. 120).

Недостатком этого редуктора является сложность конструктивного выполнения, неоптимальное дозирование газа и неудовлетворительное быстродействие системы топливоподачи.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является трехступенчатый редуктор, содержащий корпус с полостями среднего и низкого давления, с размещенными между ними первым регулирующим элементом, связанным с мембраной и образующей с корпусом командную и рабочую полости, в выходной полости установлена вторая мембрана, образующую вторую командную и рабочую полости и второй регулирующий элемент, сообщенный с полостью рабочего канала и через сопло с промежуточной полостью, соединенной через пусковой вентиль с устройством управления и полостью среднего давления, а вторая рабочая полость сообщена с впускным трубопроводом двигателя (см. патент СССР N 1074419, МПК. F 02 M 21/02, опубл. 1984).

Недостаток этого редуктора связан с низким быстродействием системы топливоподачи, связанной с ее неспособностью быстро изменять количество горючей смеси в соответствии с любым изменением нагрузки двигателя, а также недостаточная надежность работы из-за обмерзания проходных каналов входной ступени редуктора в процессе редуцирования влажного газа.

Задачей данного изобретения является создание трехступенчатого редуктора системы питания для газового двигателя внутреннего сгорания с более высоким быстродействием и надежной работой.

Сущность изобретения заключается в том, что трехступенчатый редуктор системы питания для газового двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с полостями среднего и низкого давления с размещенными между ними первым регулирующим элементом, связанным с мембраной, образующей с корпусом первую командную и первую рабочую полости, выходную полость с установленной в ней второй мембраной, образующей с корпусом вторую командную и вторую рабочую полости, второй регулирующий элемент, сообщенный с полостью рабочего канала и через сопло - с промежуточной камерой, соединенной через пусковой вентиль с устройством управления и полостью среднего давления, а вторая рабочая полость сообщена с впускным трубопроводом двигателя, снабжен полостью высокого давления, содержащий входную полость высокого давления с фильтром, впускной канал с седлом, шток с боковыми срезами с образованием каналов и уплотнителем, кинематически связанным с одной стороны с седлом впускного канала, а с другой - при помощи кинематической передачи, снабженной двуплечим рычагом, один конец которого закреплен шарнирно на оси, а второй при помощи серьги с мембраной, нагруженной конической пружиной и кинематически связанной через шток с рычагом среднего давления полости среднего давления, сообщенной при помощи соединительного канала с первой рабочей полостью, первая командная полость снабжена компенсационной системой с пилотным управлением, размешенной между воздушным фильтром и крышкой первой командной полости, дополнительный регулирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса, сопряженного меньшим основанием с цилиндрическим соединительным каналом, сообщенным с выходной полостью, а большим основанием - с рабочим каналом, снабженным со стороны второй командной полости торцевой стенкой с выполненными в ней по меньшей мере тремя жиклерами.

К тому же сущность изобретения заключается в том, что: в корпусе ступени высокого давления выполнена кольцевая полость, с возможностью подключения к системе охлаждения двигателя; опорная поверхность подвижной оси дополнительного регулирующего органа выполнена криволинейной формы, например в форме конуса с закругленными кромками, причем ось одним концом кинематически связана с рычагом дополнительного регулирующего элемента, а другим - с мембраной рабочей полости; сопло промежуточной камеры снабжено жиклером, размещенным соосно со вторым управляющим элементом с выходом в рабочий канал с обеспечивающим разделением газового потока между первой рабочей и выходной полостями в соотношении 2:1.

Отличие изобретения заключается в том, что известный редуктор снабжен компенсационной системой, пилотным управлением, дополнительным регулирующим элементом и полостью высокого давления, содержащей входную полость высокого давления с фильтром, впускной канал с седлом, шток с боковыми срезами с образованием каналов и уплотнителем, кинематически связанным с одной стороны с седлом впускного канала, а с другой - при помощи кинематической передачи, снабженной двуплечим рычагом, один конец которого закреплен шарнирно на оси, а второй конец при помощи серьги с мембраной, нагруженной складывающейся конической пружиной, нагруженной конической пружиной и кинематически связанной через шток с рычагом среднего давления полости среднего давления, сообщенной при помощи соединительного канала с первой рабочей полостью, первая командная полость снабжена компенсационной системой с пилотным управлением, размещенной между воздушным фильтром и крышкой первой командной полости, дополнительный регулируемый элемент выполнен в виде усеченного конуса, сопряженного меньшим основанием с цилиндрическим соединительным каналом, сообщенным с выходной полость, а большим основанием - с рабочим каналом, снабженным со стороны второй командной полости торцевой стенкой с выполненными в нем по меньшей мере тремя жиклерами, полостью среднего давления, а вторая рабочая полость сообщена с впускным трубопроводами двигателя, он снабжен дополнительными регулирующим элементом и полостью высокого давления, содержащей входную полость высокого давления с фильтром, впускной канал с седлом, шток с боковыми срезами с образованием каналов и уплотнителем, кинематически связанные с одной стороны с седлом впускного канала, а с другой - при помощи кинематической передачи, снабженной двуплечим рычагом, один конец которого закреплен шарнирно на оси, а второй конец при помощи серьги с мембраной, нагруженной складывающейся конической пружиной, нагруженной конической пружиной и кинематически связанной через шток с рычагом среднего давления полости среднего давления, сообщенной посредством соединительного канала с первой рабочей полостью, первая командная полость снабжена компенсационной системой с пилотным управлением, размещенной между воздушным фильтром и крышкой первой командной полости, а дополнительный регулирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса, сопряженного меньшим основанием с цилиндрическим соединительным каналом, сообщенным с выходной полостью, а большим основанием - с рабочим каналом, снабженным со стороны второй командной полости торцевой стенкой с выполненными в ней по меньшей мере тремя жиклерами.

К тому же отличие заключается и в том, что: в корпусе ступени высокого давления выполнена кольцевая полость, подключенная к системе охлаждения двигателя; опорная поверхность подвижной оси дополнительного регулирующего органа выполнена криволинейной формы или формы конуса с закругленными кромками, причем ось одним концом кинематически связана с рычагом дополнительного регулирующего элемента, а другим - с мембраной рабочей полости; сопло промежуточной камеры снабжено жиклером, размещенным соосно второго управляющего элемента с выходом в рабочий канал и обеспечивающим разделение газового потока между рабочей и выходной полостями в соотношении 2:1.

Технический результат заключается в повышении быстродействия и надежности работы трехступенчатого редуктора.

Изобретение поясняется чертежами где: на фиг. 1 представлена принципиальная схема трехступенчатого редуктора; на фиг. 2 - полость высокого давления редуктора; на фиг. 3 - узел управления запорным элементом полости высокого давления, вид по стрелке А на фиг. 2 (повернуто).

Редуктор содержит корпус 1 с полостями 2 и 3 среднего и низкого давления соответственно, с размещенным между ними первым регулирующим элементом 4, нагруженным пружиной 5, размещенной в регулировочной втулке 6, и связанным через вращающийся на оси 7 рычаг 8 и шток 9 с управляющей мембраной 10, образующей с корпусом 1 и его крышкой 11 первую командную и первую рабочую полости 12 и 13 соответственно. В выходной полости 14 установлена вторая мембрана 15, образующая с крышкой 16 вторую командную и рабочую полости 17 и 18 соответственно. Вторая командная полость 17 через штуцер 19 сообщена с впускным трубопроводом двигателя (на фиг. не обозначен).

Дополнительный регулирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса 20, сопряженного меньшим основанием с цилиндрическим каналом 21, сообщенным с выходной полостью 14, а большим основанием - с рабочим каналом 22, сообщенным через жиклеры 23 с выходной полостью 14, с рабочей полостью 13 и через жиклер 24, размещенный соосно второго регулирующего органа - сопла 25 с промежуточной камерой 26. Последняя через пусковой вентиль 27 с уплотнителем и устройством управления 28, нагруженным пружиной 29, сообщена через канал 30 с полостью 2 среднего давления. Одновременно с этим промежуточная камера 26 через регулируемый с помощью винта 31 канал 32 с выходным соплом 33 сообщена с выходной полостью 14.

Второй регулирующий элемент содержит сопло 25, сообщенное через жиклер с рабочим каналом 22 с промежуточной камерой 26, соединенной через пусковой вентиль 27 с устройством управления 28 и полостью 2 среднего давления.

Компенсационная система содержит дополнительную полость 34, выполненную в корпусе 1 и содержащую мембрану 35, нагруженную конической пружиной 36 и кинематически связанной через шток 37 и двуплечий рычаг 38, вращающийся на оси 39, с запорным элементом 40 с уплотнителем 41. Полость 2 среднего давления через канал 42, размещенный в седле 42, с полостью низкого давления 3, а через канал 44 сообщен с полостью высокого давления, размещенной в корпусе 45 ступени высокого давления, снабженном входным каналом 46. Дополнительная полость 34 сообщена с рабочей полостью 13 с помощью соединительного канала 47. Полость 3 сообщена с выходной полостью 14 с помощью канала 48. Полость высокого давления содержит выходную полость 49 с фильтром 50, впускной канал 51 с седлом 52, шток 53 с боковыми срезами 54, образующими каналы для прохода газа, и уплотнителем.

Шток 53 кинематически связан через регулировочный винт 55 с гайкой 56 с рычагом 57, вращающимся на оси 58 и связанным через серьгу 59 с мембраной 60, размещенной в атмосферной полости 61 и нагруженной конической пружиной 62. Полость 61 сообщена с атмосферой при помощи канала 63. В корпусе 64 выполнена кольцевая полость 65, сообщенная с системой охлаждения двигателя при помощи штуцера 66.

Пилотное устройство 67 через штуцер 68 сообщено с первой командной полостью 12.

Редуктор работает следующим образом
Сжатый природный газ под высоким давлением через входной канал 46, пройдя фильтр 50 очистки газа, поступает в выходную полость 50 высокого давления. Далее очищенный газ из полости 50 проходит по впускному каналу 51 и отжимает уплотнитель от седла 52 с образованием полости переменного объема, из которой газ по срезам 54 штока поступает в надмембранную полость, величина давления в которой поддерживается в пределах 1...1,1 МПа. В дальнейшем газ из надмембранной полости по каналу 44 поступает в полость среднего давления 2.

При нормальной работе двигателя в выходной полости 14 создается некоторое разрежение, которое по рабочему каналу 22 передается в рабочую полость 13 и путем деформации мембраны 10 вызывает пропорциональное открытие клапана первого регулировочного элемента.

Вытекающий под давлением газ из запорного элемента 40 создает определенное давление в полости 2, передающееся через соединительный канал 47 в первую рабочую полость 13 и воздействующее на управляющую мембрану 10. В результате происходит прикрытие первого запорного элемента 4 под действием пружины 5. Таким образом происходит согласованная подача газа в зависимости от величины его давления в полости 3 и режима работы двигателя.

На режимах пуска газ по каналу 30 через открытый пусковой вентиль 27 поступает в промежуточную камеру 26. В дальнейшем вытекающий из сопла 25 газ через жиклер 24 поступает по рабочему каналу 22 в рабочую полость 13 и воздействует на управляющую мембрану 10.

Поток газа, выходящий из жиклера 24, делится в соотношении 2:1 между первой рабочей 13 и выходной 14 полостями соответственно. Деформация мембраны 15 происходит в результате разности давлений в выходной 14 и второй рабочей 17 полостях, которые соответствуют давлениям во впускном тракте до и после дроссельной заслонки. В этом случае создаются благоприятные условия для подачи газа при внезапной перегрузке двигателя, обеспечивая дополнительную подачу газа пропорционально этой перегрузке, а после ее прекращения восстановление нормальной работы системы подачи газа. Наличие на торцевой стенке рабочего канала 22 жиклера 23 исключает деформацию второй мембраны 15, что повышает надежность ее работы.

На режимах разгона газ из полости 2 среднего давления через соединительный канал 47 под небольшим избыточным давлением поступает в первую рабочую полость 13, а затем через рабочий канал 22 и конус 20 в выходную полость 14 редуктора. Наличие компенсационной системы обеспечивает повышение быстродействия системы топливоподачи.

Пилотная система обеспечивает снижение расхода газа в случае повышения гидравлического сопротивления воздушного фильтра.

Таким образом, описанный трехступенчатый редуктор имеет более высокое быстродействие и надежность работы.

Формула изобретения

1. Трехступенчатый редуктор системы питания для газового двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с полостями среднего и низкого давления, с размещенными между ними первым регулирующим элементом, связанным с мембраной, образующей с корпусом первую командную и первую рабочую полости, выходную полость с установленной в ней второй мембраной, образующей с корпусом вторую командную и вторую рабочую полости, второй регулирующий элемент, сообщенный с полостью рабочего канала и через сопло - с промежуточной камерой, соединенной через пусковой вентиль с устройством управления и полостью среднего давления, а вторая рабочая полость сообщена с впускным трубопроводом двигателя, отличающийся тем, что он снабжен компенсационной системой, пилотным устройством, дополнительным регулирующим элементом и полостью высокого давления, содержащей входную полость высокого давления с фильтром, впускной канал с седлом, шток с боковыми срезами, образующими каналы, и уплотнителем, кинематически связанный с одной стороны с седлом впускного канала, а с другой - при помощи кинематической передачи, снабженной двуплечим рычагом, один конец которого закреплен шарнирно на оси, а второй конец при помощи серьги с мембраной, нагруженной конической пружиной и кинематически связанной через шток с рычагом среднего давления полости среднего давления, сообщенной посредством соединительного канала с первой рабочей полостью, первая командная полость пневматически связана с компенсационной системой и пилотным устройством, размещенным между воздушным фильтром и крышкой первой командной полости, а дополнительный регулирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса, сопряженного меньшим основанием с цилиндрическим соединительным каналом, сообщенным с выходной полостью, а большим основанием - с рабочим каналом, снабженным со стороны второй командной полости торцевой стенкой с выполненными в ней по меньшей мере тремя жиклерами.

2. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что в корпусе ступени высокого давления выполнена кольцевая полость с возможностью подключения к системе охлаждения двигателя.

3. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что опорная поверхность подвижной оси дополнительного регулирующего органа выполнена криволинейной формы, например в виде конуса с закругленными кромками, причем ось одним концом кинематически связана с рычагом дополнительного регулирующего элемента, а другим - с мембраной рабочей полости.

4. Редуктор по п. 1, отличающийся тем, что сопло промежуточной камеры снабжено жиклером, размещенным соосно второго управляющего элемента с выходом в рабочий канал с возможностью разделения газового потока между первой рабочей и выходной полостями в соотношении 2 : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3