Клапан первой ступени для редуктора
Принцип работы редуктора-испарителя
Рассмотрим более детально работу редукторов трех разных фирм – Новогрудского завода (Белоруссия), итальянских фирм «Bedini» и «Lowato» (рис. 14). Все они работают по одной принципиальной схеме, что и показано на рисунке. И если взять еще десяток редукторов разных фирм, то окажется, что в основе работы каждого из них лежит все тот же единый принцип.
Рис. 14. Схемы редукторов НЗГА (а), «Bedini» (б) и «Lowato» (в): 1 – седло клапана второй ступени; 2 – регулировочный винт системы холостого хода; 3 – клапан холостого хода в сборе с диафрагмой; 4 – пружина клапана холостого хода; 5 – штуцер вакуумного канала; 6 – клапан второй ступени; 7, 12 – патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости; 8 – пружина первой ступени; 9 – регулировочная шайба; 10 – диафрагма первой ступени; 11 – рычаг клапана первой ступени; 13 – клапан первой ступени; 14 – седло клапана; 15 – диафрагма разгрузочного устройства; 16 – канал выхода газа; 17 – пружина разгрузочного устройства; 18 – рычаг клапана второй ступени; 19 – диафрагма второй ступени; 20 – винт регулировки давления во второй ступени; 21 – регулировочная пружина второй ступени; 22 – клапан; 23 – электромагнитное пусковое устройство; А – полость для теплоносителя в испарителе; Б – полость первой ступени; В – полость второй ступени; Г – полость разгрузочного устройства; Д, Е – полости атмосферного давления.
Двигатель еще не работает, зажигание включено, электромагнитный клапан газа открыт.
Газ, поступающий в редуктор по магистрали через открытый клапан (13), заполняет полость (Б) первой ступени, в которой создается избыточное давление.
В результате перепада давлений в полостях (Б) и (Е) (полость (Е) всегда сообщается с атмосферой) на диафрагме (10) возникает усилие, уравновешивающее усилие пружины (8) и давление газа, поступившего через клапан (13) со стороны магистрали.
Диафрагма (10) начинает перемещаться вверх, преодолевая усилие пружины (8), и закрывает связанный с ней через рычажную передачу клапан (13), герметично прижимая его к седлу. Герметичность обеспечивается кольцевым выступом седла и резиновым уплотнителем клапана. Дальнейшее поступление газа в полость (Б) прекращается. РНД в этом случае выполняет функцию автоматического вентиля.
При снижении давления в полости (Б) до определенного значения давление газа на диафрагму (10) становится недостаточным для удержания клапана (13) в закрытом положении. Под действием суммарного усилия от пружины (8) и давления газа во входной газовой магистрали клапан (13) открывается, и давление в полости (Б) возрастает. Вновь поднимается вверх диафрагма (10), преодолевая усилие сжимающейся пружины (8), и клапан (13) закрывается – в полости (Б) устанавливается постоянное избыточное давление.
Давление в первой ступени редуктора можно отрегулировать с помощью регулировочной прокладки (9), изменяющей усилие пружины (8).
Давление в полостях (Г) и (Ж) равно атмосферному, клапан холостого хода (3) под действием пружины (4) закрыт. Разгрузочное устройство удерживает клапан второй ступени (6) под действием пружины (17) в закрытом положении, и клапан оказывается плотно прижатым к седлу (1) дополнительной пружиной (21) регулировочного винта (20).
Перед пуском двигателя.
Пусковой клапан (22) открывается под действием электромагнитного пускового устройства (23), управляемого переключателем вида топлива. После этого газ поступает в полость В второй ступени и через выходной патрубок (16) подается в смеситель.
При пуске двигателя.
Во впускной системе двигателя увеличивается разрежение, которое передается через вакуумный штуцер (5). Диафрагма прогибается, преодолевая усилие пружины (4), и открывает клапан (3) системы холостого хода. Газ поступает в полость В второй ступени, что обеспечивает пуск двигателя (это относится только в редукторам с системой холостого хода; в более поздних моделях редукторов эта система отсутствует). Одновременно в полость (Г) разгрузочного устройства также передается разрежение. Увлекаемый упорным диском рычаг (18) приподнимается, частично открывая клапан (6) второй ступени, вследствие чего газ начинает понемногу поступать через полость В на выход к смесителю, встроенному в карбюратор.
Двигатель работает на холостом ходу.
При работе двигателя на холостом ходу клапан (13) первой ступени редуктора открыт. Газ выходит из полости (Б) редуктора в систему холостого хода через клапан (3) и отверстие регулировочного винта холостого хода (2). Минуя клапан (6), газ попадает в полость (В), несмотря на то, что этот клапан открывается частично. Разгрузочное устройство обеспечивает поддержание в полости (В) второй ступени небольшого избыточного давления 50 МПа (5,1 мм вод. ст.).
Через патрубок (16) отвода газа и тройник-дозатор, установленный за пределами редуктора, газ подается в смеситель, где формируется газовоздушная смесь, которая проходит через карбюратор в двигатель.
Двигатель работает с малой и средней нагрузкой.
По мере открытия дроссельной заслонки первой камеры карбюратора и при относительно небольшой частоте вращения коленчатого вала двигателя расход воздуха, поступающего через всасывающий коллектор и карбюратор, возрастает, разрежение в диффузоре карбюратора усиливается и, как следствие, в полости В понижается давление газа и увеличивается разрежение, которое воздействует на диафрагму (19). Диафрагма прогибается вверх и открывает клапан (6), увеличивая расход газа.
В то же время вследствие разрежения в полости (Г) происходит изгиб диафрагмы (15), поднятие рычага (18), а также открытие клапана (6) на величину, необходимую для впуска небольшого количества газа. Одновременно клапан (13) первой ступени все больше открывается под действием пружины (8), и через него пропускается необходимое количество газа.
Диафрагмы (19) и, частично, (15) автоматически регулируют подачу газа в соответствии с разрежением в диффузоре карбюратора. Из редуктора через патрубок (16) газ поступает в двигатель.
Двигатель работает при полной нагрузке.
Дроссельные заслонки карбюратора приближаются к положению полного открытия. Разрежение в полости (В) возрастает. Это увеличивает перепад давлений в полостях (В) и (Д), (В) и (Б), что в свою очередь приводит к возникновению дополнительных усилий, действующих на диафрагму (19) и клапан (6). По мере открытия клапана (6) увеличивается расход поступающего через него газа.
Разрежение в полости (Б) первой ступени редуктора также возрастает, растет перепад давлений в полостях (Б) и (Е). Под влиянием усилий, воздействующих на диафрагму (10), открывается клапан (13), через который устремляется газ. Чем больше становится нагрузка на двигатель, тем шире открываются клапаны (6) и (13), увеличивая подачу газа, что приводит к обогащению газовоздушной смеси, обеспечивая работу двигателя на полную мощность.
Ниже рассмотрены особенности конструкций редукторов-испарителей разных заводов-изготовителей.
Редуктор-испаритель низкого давления ОАО «Компрессор» Санкт-Петербургского завода (рис. 15) подходит для использования на автомобилях, как с карбюраторной, так и с инжекторной системой питания. Имеет небольшие габаритные размеры: диаметр – 160 мм, толщина 80 мм. Масса редуктора 1,5 кг.
Рис. 15. Схема редуктора-испарителя низкого давления ОАО «Компрессор»: 1 – патрубок выхода газа; 2 – крышка пружины; 3 – пневматический клапан холостого хода; 4, 5 – штуцеры подвода и отвода теплоносителя; 6 – входной газовый штуцер; 7 – диафрагма второй ступени; 8 – рычаг клапана второй ступени; 9, 14 – пружины; 10 – клапан второй ступени; 11 – седло клапана второй ступени; 12 – диафрагма первой ступени; 13 – стакан – камера теплоносителя; 15 – болты.
Газ поступает в РНД через входной газовый штуцер (6) (с фильтрующим элементом для повышения надежности работы клапанов) в первую ступень, где проходит его испарение от теплоносителя в камере (15). Конструкция испарителя дает возможность поддерживать температуру газа на выходе из редуктора близкой к оптимальной на всех режимах работы двигателя. Теплоноситель из системы охлаждения подводится в редуктор через штуцеры (4) и (5). При запуске двигателя в режиме холостого хода клапан (10) закрыт усилием пружины (9). Газ поступает через канал холостого хода. Поступление газа происходит при открытии пускового пневматического клапана (3).
При открытии дроссельной заслонки результирующее усилие на клапан (10) и диафрагму (7) изменяется и открывает клапан. Газ поступает через канал в седле клапана второй ступени (11) и открытый клапан (10) в полость второй ступени, а затем выходит из редуктора через патрубок (1).
Источник
Клапан первой ступени для редуктора
Для снижения давления газа в газовой установке до величины, близкой к атмосферному давлению, применяют редуктор мембран-но-рычажного типа. Газовые редукторы могут иметь одну, две и три ступени снижения давления. Увеличение количества ступеней улучшает стабильность регулируемого давления, но одновременно усложняет конструкцию. Наиболее широко применяют для газобаллонных автомобилей двухступенчатые редукторы.
Автомобильные газовые редукторы снабжены дополнительными устройствами, которые обеспечивают автоматическое перекрытие поступления газа к двигателю при его остановке, надежную герметичность при неработающем двигателе, возможность регулировать вторую ступень редуктора на избыточное давление и дозировать подачу газа в соответствии с нагрузочным режимом работы двигателя.
Работа редуктора рассчитывается из условия поступления в него газа в парообразном состоянии. Принцип действия первой и второй ступеней редуктора одинаков. Каждая ступень имеет клапан, мембрану, рычаг, который шарнирно связывает клапан с мембраной и пружину с регулировочной гайкой.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Схема газового двухступенчатого редуктора показана на рис. 108. При неработающем двигателе и закрытой газовой магистрали (рис. 108, а) давление в полости А первой ступени равно атмосферному и клапан первой ступени под действием пружины находится в открытом состоянии.
При поступлении газа в полость А первой ступени редуктора (рис. 108, б), сила давления газа воздействует на мембрану, которая, преодолевая усилие пружины, прогибается и при достижении заданного давления через рычаг закрывает клапан. Давление газа в полости регулируют изменением усилия пружины на мембрану с помощью регулировочной гайки.
Особенностью конструкции второй ступени является наличие разгрузочного устройства. Пружина разгрузочного устройства при неработающем двигателе создает дополнительное усилие на мембрану второй ступени, которая через систему рычагов запирает клапан второй ступени.
При пуске двигателя во впускном трубопроводе создается разрежение, которое передается в полость Б разгрузочного устройства. Мембрана устройства прогибается и сжимает пружину разгрузочного устройства, тем самым разгружая мембрану второй ступени редуктора. Клапан при этом открывается, и газ сначала заполняет полость В второй ступени редуктора, а затем через штуцер системы холостого хода и дозирующе-экономайзерное устройство поступает к двигателю.
Рис. 1. Схема газового редуктора с дозирующе-экономайзерным устройством: а — при закрытой газовой магистрали, б— при открытой газовой магистрали, в — при работе двигателя; А — полость первой ступени; Б — полость разгрузочного устройства; В — полость второй ступени; 1 — мембрана разгрузочного устройства, 2 —мембрана второй ступени, 3—пружина разгрузочного устройства, 4— клапан второй ступени, 5 — штуцер входа газа, 6 — клапан первой ступени, 7— регулировочная гайка пружины первой ступени, 8 — пружина первой ступени, 9 — рычаг клапана первой ступени, 10 — мембрана первой ступени, 11 — штуцер выхода газа к впускному газопроводу, 12 — дозирующе-экономайзерное устройство, 13 — штуцер выхода газа, 14 — штуцер подвода газа в систему холостого хода; условные обозначения: / — давление 100—1600 кПа. // — давление 150—200 кПа, /// — давление 100—200 Па или разрежение от 0 до 200 Па. IV — разрежение, передаваемое от впускного трубопровода двигателя
Этот режим редуктора соответствует холостому ходу и работе двигателя под нагрузкой. По мере открытия дроссельных заслонок и повышения разрежения в диффузорах смесителя подача газа в цилиндры двигателя увеличиваются.
Дозирование газа осуществляется в дозирующе-экономайзерном устройстве. Устройство позволяет регулировать качество газовоздушной смеси в соответствии с физико-химическими свойствами газообразного топлива и режимами работы двигателя. Подача газа регулируется таким образом, чтобы на частичных нагрузках двигатель работал на обедненных смесях, позволяющих получить наилучшую экономичность и минимальную токсичность отработавших газов. При полном открытии дроссельных заслонок для получения максимальной мощности двигателя горючая смесь с помощью экономайзерного устройства обогащается.
Рис. 2. Схема дозирующе-экономайзерного устройства (сплошная стрелка указывает постоянную подачу газа, штриховая — дополнительную):
1 — жиклер экономичной регулировки, 2 — жиклер мощностной регулировки, 3 — клапан экономайзера, 4 — пружина клапана, 5 — мембрана, 6 — пружина экономайзера
В дезирующе-экономайзерное устройство пневматического типа входят жиклеры экономичной и мощностной регулировок, клапан, мембрана и пружина экономайзера. Управление экономайзером осуществляется разрежением, создаваемым во впускном трубопроводе.
При высоких значениях разрежения (165—665 Па) во впускном трубопроводе, что соответствует работе двигателя на холостом ходу и частичных нагрузках, мембрана, преодолевая усилие пружины экономайзера, прогибается и клапан экономайзера под действием пружины клапана находится в закрытом положении. В этом случае газ в двигатель поступает только через жиклер экономичной регулировки.
При более низких значениях разрежения во впускном трубопроводе (полные нагрузки двигателя) пружина экономайзера открывает клапан и дополнительная порция газа через жиклер мощностной регулировки поступает в двигатель. На момент включения пневматического экономайзера влияет величина разрежения перед клапаном, которая, в свою очередь, зависит от расхода газа.
По характеристике экономайзера видно, что при уменьшении расхода газа с 5,0 м3/ч при частоте вращения коленчатого вала двигателя 2000 об/мин (точка А на кривой 1) до 2,5 м3/ч при /г = 1000 об/мин (точка В на кривой) для открытия клапана экономайзера требуется меньшее (на 65 Па) разрежение. Включение пневматического экономайзера при более низких разрежениях на малых частотах вращения коленчатого вала вызывает обогащение горючей смеси и сокращает время разгона автомобиля.
На отечественных автомобилях устанавливают унифицированный газовый редуктор МКЗ — НАМИ .
Редуктор объединяет в одной сборочной единице (узле) первую и вторую ступени редуцирования, разгрузочное устройство, сетчатый газовый фильтр, дозирующе-экономай-зерное устройство и датчик манометра давления газа. Сетчатый газовый фильтр устанавливается на входе газа в первую ступень редуктора. В первой ступени давление газа снижается до 0,15—0,20 МПа.
Давление газа в первой ступени контролируют по дистанционному электрическому манометру, который состоит из датчика и указателя в кабине водителя.
Во второй ступени редуктора давление газа снижается с 0,15— 0,20 МПа до величины, близкой к атмосферному давлению (от +1,0 до —2,5 Па).
Внутри полости второй ступени размещено разгрузочное устройство пневматического типа. Устройство соединено с впускным трубопроводом двигателя. Усилие конической пружины устройства, действующее на мембрану второй ступени редуктора, нейтрализуется при создании разрежения в нем (8—10 Па).
Рис. 3. Характеристика экономайзера (сплошные линии при выключенном экономайзере, штриховые — при включенном):
1 — п=2000 об/мин, 2 — п = 1000 об/мин
Рис. 4. Газовый редуктор МКЗ — НАМИ :
1 — вторая ступень, 2 — разгрузочное устройство, 3 — датчик давления газа в первой ступени, 4 — сетчатый фильтр, 5 — первая ступень, 6 — дозирующе-экономайзерное устройство
Из второй ступени редуктора газ поступает в дозирующе-экономайзерное устройство, откуда через выходной патрубок направляется в смеситель.
Основными требованиями, предъявляемыми к работе автомобильного газового редуктора, являются малые колебания выходного давления газа при работе двигателя на различных режимах. Значение выходного Давления или разрежения.в первую очередь зависит от изменения давления газа в баллоне.
Рис. 5. Зависимость разрежения в редукторе
Зависимость разрежения во второй ступени редуктора от давления газа в баллоне, приведенная на рис. 5, показывает, что при уменьшении давления газа происходит резкое возрастание разрежения во второй ступени редуктора и падение мощности двигателя. Полную мощность двигателя на всех режимах можно получить лишь при давлении газа в баллоне (0,08 МПа) и выше.
В газобаллонной установке при открытом магистральном вентиле газ поступает в редуктор, который служит для уменьшения давления газа, автоматической регулировки подачи газа в карбюратор-смеситель в зависимости от режима работы двигателя и выключения подачи газа при любой остановке двигателя.
Газовые редукторы бывают одно-, двух- и трехступенчатые. Наибольшее распространение в автомобильных газобаллонных установках получили двухступенчатые редукторы. В первой ступени давление газа снижается до 2—3 кГ/см2 (200—300 кн/м2), а во второй — до постоянной величины, близкой к атмосферному давлению.
Двухступенчатый универсальный редуктор состоит из золотникового дозатора, мембран первой и второй ступеней, мембраны разгрузочного устройства, клапанов, сетчатого фильтра и экономайзера, состоящего из клапана, мембраны и пружины. Редуктор имеет пять полостей: А, Б, В, Г и Д.
Если двигатель не работает и магистральный вентиль закрыт, то клапан первой ступени открыт, а клапан второй ступени закрыт. В этом случае во всех полостях редуктора давление равно атмосферному. Шариковый клапан первой ступени открыт, так как пружина выгибает мембрану вверх и поворачивает рычаг, освобождая клапан первой ступени. Плоский клапан плотно закрыт под действием конической и цилиндрической пружин. Пружина через три упора действует на мембрану, соединенную со штоком. Пружина перемещает вверх шток, вследствие чего мембрана выгибается. Шток, связанный с рычагом, прижимает к седлу клапан.
При открытом магистральном вентиле газ через фильтр и клапан первой ступени проходит в полость, давление в которой возрастает. Мембрана при давлении газа 2,0—3,0 кГ/см2 (200—300 кн/м2) прогибается вниз, преодолевая сопротивление пружины, и через коленчатый рычаг закрывает клапан. Положение клапана в дальнейшем определяется соотношением действующих на него сил: с одной стороны, силы давления подходящего из магистрали газа, которая стремится открыть клапан, а с другой — разности сил давления газа в полости и пружины, стремящихся его закрыть. Для периодического закрытия и открытия клапана 8 давление газа в полости Г должно быть то больше сопротивления пружины, то меньше его.
Когда двигатель работает, разрежение из впускного трубопровода через патрубок и канал передается в полость В второй ступени и полость А разгрузочного устройства. В полости Б поддерживается атмосферное давление. Кольцевая мембрана, преодолевая сопротивление конической пружины, прогибается вниз и отводит упоры от мембраны. Таким образом, разгружаются мембрана и плоский клапан Разрежение, создаваемое в полости, и работа разгрузочного устройства приводят к тому, что мембрана прогибается вниз, преодолевая сопротивление пружины. Клапан открывается под действием опускающегося вниз штока 4 и давления газа в полости.
Рис. 6. Двухступенчатый универсальный газовый редуктор МКЗ с экономайзером:
а — принципиальная схема редуктора; б — конструкция редуктора; А — полость разгрузочного устройства; Б — полость атмосферного давления; В — полость второй ступени; Г — полость первой ступени; Л — полость экономайзера; 1 — золотниковый дозатор; 2 — мембрана второй ступени; 3 — пружина второй ступени; 4 — шток; 5 — пружина разгрузочного устройства; в — мембрана разгрузочного устройства; 7 — предохранительный клапан; 8 — шариковый клапан первой ступени; 9 — пружина первой ступени; 10 — рычаг клапана первой ступени; 11 — мембрана первой ступени; 12 — плоский клапан второй ступени; 13 — клапан экономайзера; 14 — пружина; 15 — мембрана экономайзера; 16 я 19 — каналы; 17 — рычаг клапана второй ступени; 18 — упор; 20 — выходной патрубок; 21 — сетчатый фильтр
Положение клапана зависит от разности силы давления на верхнюю и нижнюю стороны мембраны, силы пружины и силы давления газа на клапан. При открытом клапане газ перетекает из полости Г в полость В, создавая в последней избыточное давление 5—10 мм вод. ст. (49—98 н/лг2) при малых нагрузках двигателя. С увеличением нагрузки расход газа возрастает, и в полости В создается разрежение 20—25 мм вод. ст. (196—245 н/м2). Открытие плоского клапана увеличивается, так как в этом случае мембрана сильнее прогибается вниз. С помощью мембраны происходит регулирование подачи газа к выходному патрубку 20 в зависимости от величины разрежения в смесительной камере карбюратора.
Проходное сечение для газа можно изменять золотниковым дозатором в зависимости от теплотворности газа, применяемого в газобаллонной установке. Подача газа должна быть такой, чтобы двигатель работал с наибольшей экономичностью. Для получения максимальной мощности газовоздушную смесь необходимо несколько обогатить, для чего служит экономайзер, имеющийся в редукторе. При средней нагрузке двигателя дроссельная заслонка карбюратора-смесителя открыта примерно наполовину и разрежение, создающееся во впускном трубопроводе, по каналу передается в полость Д экономайзера. Мембрана экономайзера, преодолевая сопротивление пружины, удерживает клапан в закрытом положении. Для получения максимальной мощности дроссельную заслонку открывают полностью. Количество газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры, увеличивается, но разрежение в полости Д уменьшается. Пружина выгибает мембрану вверх и открывает клапан экономайзера. Дополнительная порция газа поступает по каналу в выходной патрубок, минуя золотниковый дозатор, и газовоздушная смесь обогащается.
В том случае, если увеличивается давление в полости В, то мембрана выгибается вверх и через систему рычагов закрывает плоский клапан.
Во время работы двигателя на установившемся режиме количество газа, поступающего в редуктор, равно количеству газа, поступающего в двигатель.
Источник