PL224335B1 - System of multi-fuel feeding of combustion engines - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych.The subject of the invention is a multi-fuel supply system for internal combustion engines.

Duża popularność systemów zasilania gazem płynnym wynika z możliwości ograniczenia kosztów eksploatacji pojazdów, natomiast zmiany w zakresie dopuszczalnych wartości emisji szkodliwych składników spalin wymuszają postęp w dziedzinie zasilania zarówno benzyną, jak i LPG.The high popularity of LPG systems is due to the possibility of reducing vehicle operating costs, while changes in the emission limits of harmful exhaust components force progress in the field of both gasoline and LPG fueling.

Znane są układy zasilania gazem płynnym przeznaczone do silników o zapłonie iskrowym z wielopunktowym wtryskiem benzyny, z sondą lambda i katalizatorem, wyposażonych w systemy EOBD, gdzie paliwo gazowe jest podawane do kolektora w pobliże zaworów dolotowych silnika w stanie ciekłym. Wtryśnięty ciekły gaz odparowuje w strudze przepływającego powietrza, powodując schłodzenie ładunku i zwiększenie napełniania cylindrów (w pewnym zakresie obrotów daje to wzrost parametrów silnika).There are known liquid gas supply systems for multi-point petrol injection, lambda and catalytic converter engines equipped with EOBD systems, where the gas fuel is fed to the manifold near the inlet valves of the engine in the liquid state. The injected liquid gas evaporates in the stream of flowing air, cooling the load and increasing the filling of the cylinders (in a certain speed range this increases the engine parameters).

Znane są układy zasilania wielopaliwowego z wielu opisów patentowych, między innymi:Multi-fuel power systems are known from many patents, including:

• z opisu patentowego US 2011/0048376, przedstawiającego rozwiązanie z zastosowaniem dyszy Venturiego do zasysania gazu ze zbiornika gazowego, co jednak wymaga specjalnej konstrukcji zbiornika, • z opisu patentowego CN 103437915, przedstawiającego rozwiązanie instalacji do silnika z bezpośrednim wtryskiem benzyny ze specjalnym zbiornikiem zawierającym pompę wewnętrzną. Wadą tego rozwiązania jest konieczność stosowania dodatkowych wtryskiwaczy, regulatorów ciśnienia oraz chłodnicy paliwa, • z opisu patentowego JP 2001349256, przedstawiającego rozwiązanie zastosowania przelewu paliwa w pompach wysokiego ciśnienia do silników z wtryskiem bezpośrednim, w którym przelew paliwa doprowadzony jest do zbiornika paliwowego, • z opisu patentowego US 006035837, przedstawiającego rozwiązanie zastosowania tych samych wtryskiwaczy do kilku paliw przez użycie tej samej szyny paliwowej dla 2 paliw w silniku z wtryskiem pośrednim paliwa. Wadą tego rozwiązania jest konieczność stosowania dwóch zaworów 3-drogowych, jak również konieczność stosowania regulatorów ciśnienia, co zwiększa awaryjność instalacji, • z opisu patentowego EP 1293654, przedstawiającego rozwiązanie układu zasilania silnika dla kilku paliw z zastosowaniem pompy obiegowej i dodatkowej benzynowej. Wadą tego rozwiązania jest skomplikowany układ hydrauliczny, konieczność stosowania układu chłodzenia oraz pompy w zbiorniku, • z opisu patentowego US 5379740 przedstawiającego rozwiązanie z zastosowaniem tych samych wtryskiwaczy do dwóch paliw z pompą zewnętrzną, • z opisu patentowego EP 2143916 i WO 20131156545, przedstawiającego rozwiązanie systemu dwupaliwowego do silników z wtryskiem bezpośrednim z zastosowaniem mieszacza. Wadą tego rozwiązania jest między innymi stosowanie pompy w zbiorniku, regulatorów ciśnienia, jak również rozwiązanie wypychania jednego paliwa drugim.• from the patent description US 2011/0048376, showing a solution using a Venturi nozzle to suck gas from a gas tank, which however requires a special tank design, • from the patent description CN 103437915, showing a solution for an installation for a direct injection engine with a special tank containing a pump inside. The disadvantage of this solution is the need to use additional injectors, pressure regulators and a fuel cooler, • from the patent description JP 2001349256, presenting a solution for the use of fuel overflow in high pressure pumps for direct injection engines, in which the fuel overflow is led to the fuel tank, • from the description of patent US 006035837, showing a solution for using the same injectors for several fuels by using the same fuel rail for 2 fuels in an indirect fuel injection engine. The disadvantage of this solution is the need to use two 3-way valves, as well as the need to use pressure regulators, which increases the failure rate of the installation, • from patent description EP 1293654, presenting an engine supply system solution for several fuels with the use of a circulation pump and an additional gasoline pump. The disadvantage of this solution is a complicated hydraulic system, the need to use a cooling system and a pump in the tank, • from US patent 5379740 presenting a solution using the same injectors for two fuels with an external pump, • from patent description EP 2143916 and WO 20131156545, showing a solution for the system dual-fuel engine for direct injection engines with the use of a mixer. The disadvantage of this solution is, among others, the use of a pump in the tank, pressure regulators, as well as the solution of pushing one fuel out with another.

Celem rozwiązania według wynalazku jest przedstawienie takiego rozwiązania systemu zasilania wielopaliwowego silników spalinowych, które eliminowałoby wady przedstawionych wyżej rozwiązań.The object of the solution according to the invention is to present such a solution of a multi-fuel supply system for internal combustion engines that would eliminate the disadvantages of the solutions presented above.

System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych według wynalazku składający się z instalacji gazowej, co najmniej jednej instalacji paliwowej oraz mieszacza paliw charakteryzuje się tym, że w obudowie mieszacza zamontowana jest pompa obiegowa, pompa strumieniowa oraz czujnik poziomu paliwa, który pozwala na sterowanie mieszaczem paliw.The multi-fuel supply system for internal combustion engines according to the invention, consisting of a gas installation, at least one fuel installation and a fuel mixer, is characterized in that a circulation pump, an jet pump and a fuel level sensor are mounted in the mixer housing, which allows to control the fuel mixer.

Korzystnie jest, gdy w instalacji paliwowej zamontowana jest co najmniej jedna dodatkowa pompa.Preferably, at least one additional pump is installed in the fuel system.

Korzystnie jest również, gdy od pompy wysokiego ciśnienia odprowadzony jest od pompy wysokiego ciśnienia układ przelewowy składający się z przewodu przelewowego, zaworu odcinającego oraz zaworu zwrotnego.It is also advantageous if an overflow system consisting of an overflow line, cut-off valve and check valve is removed from the high-pressure pump from the high-pressure pump.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, przedstawiającym schemat instalacji zasilania wielopaliwowego silników spalinowych.The subject of the invention has been shown in the embodiment in the attached drawing, which shows a diagram of a multi-fuel supply system for internal combustion engines.

System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych składa się z instalacji gazowej 1 instalacji paliwowej 2 oraz mieszacza paliw 3.The multi-fuel supply system for internal combustion engines consists of a gas installation 1, a fuel installation 2 and a fuel mixer 3.

Instalacja gazowa 1 składa się ze zbiornika gazu 4 z zamontowanym w nim wielozaworze 5 oraz wskaźnikiem ilości gazu 6, przewodu gazowego 7 montowanego pod autem, dwóch zaworów 8Gas installation 1 consists of a gas tank 4 with a multivalve 5 installed in it and a gas quantity indicator 6, a gas pipe 7 mounted under the car, two valves 8

PL 224 335 B1 i 9 odcinających z obydwu stron przewód gazowy 7 oraz zamontowanego w linii instalacji gazowej filtru gazowego 10.From both sides, the gas line 7 and the gas filter 10 installed in the gas installation line are to be cut off.

Tankowanie gazem zbiornika 4 odbywa się poprzez zawór tankowania 11 i przewód 12. Zabezpieczenie przeciw wypływowe stanowią zawory zwrotne 13, 14, 15. Instalacja gazowa 1 wyposażona jest w układ przewodu odpowietrzającego 16 i zaworu 17, który ma za zadanie pozbycie się poduszki gazowej z mieszacza paliw 3 w momencie pompowania jednego z paliw. Dodatkową funkcją zaworu 17 jest zabezpieczenie zbiornika 1 przed przedostaniem się benzyny czy mieszanki paliwowej.The tank 4 is refilled with gas through the refueling valve 11 and pipe 12. Check valves 13, 14, 15 provide anti-outflow protection. Gas installation 1 is equipped with a system of deaeration pipe 16 and valve 17, which is designed to get rid of the gas cushion from the mixer of fuels 3 when one of the fuels is pumped. An additional function of the valve 17 is to protect the tank 1 against the ingress of gasoline or a fuel mixture.

Instalacja paliwowa 2 składa się ze zbiornika 18, przewodu paliwowego 19, zaworu 20 sterującego przepływem paliwa, oraz wzbogacona jest o dodatkową pompę 21, wykorzystywaną do zasilania mieszacza 3 przewodem 22, a także w zestaw zaworów zwrotnych 23, 24, 25, 26, stanowiących zabezpieczenie przed przedostaniem się gazu do benzyny. W przykładzie realizacji wynalazku na rysunku pokazano jedną dodatkową pompę 21, natomiast rozwiązanie nie ogranicza zastosowania większej liczby dodatkowych pomp.The fuel installation 2 consists of a tank 18, a fuel line 19, a fuel flow control valve 20, and is enriched with an additional pump 21, used to supply the mixer 3 with a line 22, and a set of check valves 23, 24, 25, 26, constituting protection against gas penetration into petrol. In an embodiment of the invention, one additional pump 21 is shown in the drawing, while the solution does not restrict the use of more additional pumps.

Instalacja paliwowa 2 wyposażona jest w pompę wysokiego ciśnienia 27, a także w układ przelewowy składający się z przewodu przelewowego 28 oraz zaworu 29 i zaworu zwrotnego 30 umożliwiających odcięcie wypływu paliwa z mieszacza 3 do przewodu przelewowego 28.The fuel installation 2 is equipped with a high pressure pump 27, as well as an overflow system consisting of an overflow line 28, a valve 29 and a non-return valve 30, enabling the fuel outflow from the mixer 3 to the overflow line 28 to be cut off.

Do systemu można dołączać kolejne instalacje paliwowe. W przykładzie realizacji wynalazku ukazana jest na rysunku druga instalacja paliwowa 31 w postaci zbiornika 32, przewodu paliwowego 33, zaworu odcinającego 34, pompy dodatkowej 35 oraz zaworów zwrotnych 36 i 37.Additional fuel installations can be added to the system. In an embodiment of the invention, a second fuel system 31 is shown in the form of a tank 32, a fuel line 33, a shut-off valve 34, an auxiliary pump 35 and check valves 36 and 37.

Mieszacz 3 został zaprojektowany w celu uzyskania możliwości mieszania dwóch i więcej paliw (olej napędowy, etanol, metanol itp.) w zadanych stężeniach. W najprostszym przypadku uzyskuje się mieszaninę gazu i LPG o stabilnym stężeniu procentowym. Stosunek możliwych stężeń jest 0-100% tzn. od czystego LPG do czystej benzyny.The mixer 3 has been designed in order to obtain the possibility of mixing two or more fuels (diesel oil, ethanol, methanol etc.) in given concentrations. In the simplest case, a mixture of gas and LPG with a stable percentage is obtained. The ratio of possible concentrations is 0-100%, i.e. from pure LPG to pure gasoline.

W obudowie mieszacza 3 zamontowana jest pompa obiegowa 38 oraz pompa strumieniowa 39, a także czujnik poziomu paliwa 40. Z obudowy wyprowadzony jest przewód paliwowy 41, zasilający pompę wysokiego ciśnienia 27, oraz przewód odpowietrzający 16, natomiast doprowadzony jest przewód benzynowy 22, przewód gazowy 7 i przewód przelewowy 28, odprowadzony z pompy wysokiego ciśnienia 27. W złączach przewodów doprowadzających zastosowano zawory zwrotne odpowiednio 30, 42, 23.A circulating pump 38 and an jet pump 39 and a fuel level sensor 40 are mounted in the housing of the mixer 3. The fuel line 41, supplying the high pressure pump 27, and the deaeration line 16 are led out of the housing, while the petrol line 22, gas line 7 are led out of the housing. and an overflow line 28, discharged from the high pressure pump 27. Check valves 30, 42, 23, respectively, are provided in the feed line connections.

Paliwo do mieszacza 3 podawane jest za pomocą przewodu paliwowego 22 wyposażonego w zawór zwrotny 23 zabezpieczający zasilanie benzynowe przed cofaniem się mieszanki paliw. Zamontowana wewnątrz mieszacza 3 pompa obiegowa 38 tłoczy paliwo w obiegu zamkniętym poprzez przewody paliwowe 41 i 28. Pompa obiegowa 38 realizuje funkcje zasilania pompy strumieniowej 39 (strumień paliwa do dyszy Venturiego), dostarczania paliwa do pompy wysokiego ciśnienia 27 i wywołanie turbulencji wewnątrz mieszacza 3 w celu szybszego mieszania paliw. Zawór zwrotny 30 zabezpiecza przed zapowietrzaniem się pompy wysokiego ciśnienia 27. Pompa strumieniowa 39, działająca dzięki szybkiemu przepływowi paliwa przez przewód przelewowy 28, ma za zadanie zasysanie gazu ze zbiornika 4 przewodem 7. Zawór zwrotny 42 zabezpiecza przewód 7 i zbiornik 4 przed napełnieniem benzyną w momencie braku ciśnienia gazu wywołanego np. brakiem gazu w zbiorniku 4. Przewód odpowietrzający 16 odprowadza ewentualną poduszkę gazową, opary wewnątrz mieszacza do zbiornika 4. Kluczowe znaczenie dla funkcjonowania mieszacza ma czujnik poziomu paliwa 40. Rozpoznaje on dwa stany - poziomy min. i max. Nie pokazany na rysunku sterownik, będący częścią systemu, dzięki tym sygnałom realizuje scenariusze uruchamiania poszczególnych pomp czy zaworów. Przy poziomie max. mieszacz 3 pracuje z zamkniętym przewodem odpowietrzającym 16. W momencie poboru paliwa przez silnik 43, poziom w mieszaczu 3 dochodzi do poziomu min. Zawór odpowietrzający 16 zostaje otwarty, a ciśnienie gazu lub dopompowana benzyna wypycha opary gazu do zbiornika 4. Po uzyskaniu poziomu max. zamykany jest zawór 17. Taka procedura zabezpiecza przed sucho obiegiem pompę 38, zapewniając jej ciągły dostęp mieszanki paliwowej, która poprzez filtr 44 dostarczana jest do szyny paliwowej 45 i wtryskiwaczy 46 silnika 43.The fuel to the mixer 3 is supplied through the fuel line 22 equipped with a check valve 23 protecting the gasoline supply against the backflow of the fuel mixture. The circulation pump 38 installed inside the mixer 3 circulates the fuel in a closed circuit through the fuel lines 41 and 28. The circulation pump 38 performs the functions of supplying the jet pump 39 (fuel stream to the Venturi nozzle), supplying fuel to the high pressure pump 27 and causing turbulence inside the mixer 3 in for faster mixing of fuels. The non-return valve 30 prevents the high pressure pump 27 from becoming airlocked. The jet pump 39, operating thanks to the rapid flow of fuel through the overflow line 28, is designed to draw gas from the tank 4 through the line 7. The non-return valve 42 prevents the line 7 and the tank 4 from being filled with gasoline in the tank. when there is no gas pressure caused by, for example, lack of gas in the tank 4. Deaeration conduit 16 discharges a possible gas cushion, vapors inside the mixer to tank 4. The fuel level sensor 40 is of key importance for the operation of the mixer. It recognizes two states - min. and max. The controller, which is part of the system, not shown in the drawing, uses these signals to implement the scenarios of starting individual pumps or valves. At the level of max. the mixer 3 works with the deaeration conduit 16 closed. When the fuel is taken by the engine 43, the level in the mixer 3 reaches the level of min. The vent valve 16 is opened and the gas pressure or inflated petrol pushes the gas vapors into the tank 4. After reaching the max. valve 17 is closed. This procedure prevents the pump 38 from circulating dry, ensuring its continuous access to the fuel mixture which, through the filter 44, is supplied to the fuel rail 45 and injectors 46 of the engine 43.

Operując danymi o temperaturze i ciśnieniu paliwa (czujniki 47 i 48), a także o poziomie paliwa, sterownik wylicza czasy włączenia pompy 21 czy zaworu 8 w celu uzyskania zadanego stężenia paliw. Znając czas pracy pomp 21 i 38, a także pojemność roboczą mieszacza 3 między poziomem min. a max., sterownik wylicza procentowe stężenie paliw, które następnie można utrzymywać na zadanym poziomie.By operating data on fuel temperature and pressure (sensors 47 and 48), as well as on the fuel level, the controller calculates the pump 21 or valve 8 activation times in order to obtain the desired fuel concentration. Knowing the operating time of pumps 21 and 38, as well as the working capacity of the mixer 3 between the level of min. and max., the controller calculates the percentage concentration of fuels, which can then be kept at the set level.

Podobnie wygląda procedura zamiany mieszanki paliw na paliwo podstawowe. Kilkukrotne uzupełnienie mieszacza 3 od min. do max. przy zamkniętym dolocie gazu powoduje spadek stężenia gazuThe procedure for replacing the fuel mixture with the basic fuel is similar. Mixer 3 refilling several times from min. up to max. when the gas inlet is closed, it causes a drop in gas concentration

PL 224 335 B1 w mieszance do 0%. Funkcje pracy silnika 43 na czystym paliwie, pracy na mieszance o zadanym stężeniu, czy pracy na kilku paliwach można realizować w zależności od aplikacji, modyfikując oprogramowanie.PL 224 335 B1 in the blend to 0%. Functions of the engine 43 operation on clean fuel, operation on a mixture of a given concentration, or operation on several fuels can be performed, depending on the application, by modifying the software.

Mieszacz 3 o stabilnym stężeniu paliw daje możliwość kilku procentowego domieszkowania benzyny do LPG, co jest istotne dla poprawnego smarowania wysokociśnieniowego układu paliwowego pojazdu. Pojemność mieszacza 3 ze stabilnym poziomem paliwa stanowi akumulator paliwa dla silnika 43.The mixer 3 with a stable fuel concentration allows for a few percent admixture of gasoline to LPG, which is important for the proper lubrication of the high-pressure fuel system of the vehicle. The capacity of the mixer 3 with a stable fuel level is the fuel accumulator for the engine 43.

Rozwiązanie według wynalazku ma szereg zalet:The solution according to the invention has a number of advantages:

• mieszacz stanowi rozwiązanie problemu zasilania silników wymagających ciągłego zasilania mieszaniną paliw (np. silniki wysokoprężne); można go używać do kilku rodzajów pali w tym do mieszania oleju napędowego i LPG.• the mixer is a solution to the problem of feeding engines that require continuous fueling with a mixture of fuels (eg diesel engines); it can be used for several types of piles, including mixing diesel and LPG.

• mieszacz stanowi akumulator wcześniej przygotowanej mieszanki dla silnika, co zapewnia stabilną pracę z zapasem paliwa.• the mixer is an accumulator of the previously prepared mixture for the engine, which ensures stable operation with fuel reserves.

• przygotowanie paliwa dla silnika odbywa się z dala od pompy wysokiego ciśnienia czy szyny paliwowej, co pozwala na pracę w niższych temperaturach, a co za tym idzie przy niższym ciśnieniu.• fuel preparation for the engine takes place away from the high pressure pump or the fuel rail, which allows for operation at lower temperatures, and thus lower pressure.

• zastosowanie pompy strumieniowej w mieszaczu eliminuje konieczność montowania pompy w zbiorniku gazowym, co w znaczący sposób podnosi bezawaryjność systemu i obniża koszty poprzez stosowanie standardowych komponentów zamiast dedykowanych.• the use of a jet pump in the mixer eliminates the need to install the pump in a gas tank, which significantly increases the reliability of the system and reduces costs by using standard components instead of dedicated ones.

• utrzymywanie obiegu paliwa/mieszanki paliw powoduje duże zawirowania wewnątrz mieszacza, co w znakomity sposób poprawia proces mieszania paliw• maintaining the fuel cycle / fuel mixture causes large swirls inside the mixer, which greatly improves the fuel mixing process

Ponadto w stosunku do znanych rozwiązań, stosowanych w wymienionych wyżej opisach patentowych, rozwiązanie według wynalazku odznacza się wieloma zaletami:Moreover, compared to the known solutions used in the above-mentioned patents, the solution according to the invention has many advantages:

• zastosowana w mieszaczu pompa strumieniowa z dyfuzorem jest zintegrowana z mieszaczem, przez co nie ma konieczności instalowania dodatkowego urządzenia w linii, • rozwiązanie nie wymaga dodatkowej pompy w zbiorniku, • układ przelewowy paliwa doprowadzony jest do mieszacza, a nie do baku, • wymuszenie przelewu przez pompę wysokiego ciśnienia umożliwia napędzanie pompy strumieniowej, • instalacja pracuje w silnikach z pośrednim i bezpośrednim wtryskiem paliwa, • istnieje możliwość mieszania paliw, • nie ma konieczności stosowania chłodzenia paliwa, • dodatkowa pompa benzynowa służy do zasilania mieszacza, a nie silnika, • mieszacz paliw zawiera jednocześnie pompę i pełni funkcje akumulowania paliwa, • nie ma konieczności stosowania regulatorów ciśnienia, • zmiana paliw w mieszaczu następuje na wskutek zmiany stężenia mieszaniny; nie stosuje się procesu wypychania jednego paliwa drugim, • pomiar poziomu paliwa w mieszaczu (czujnik poziomu cieczy) wykorzystany jest do celów sterowania systemem, • system zapewnia ochronę przed sucho biegiem pomp.• the jet pump with a diffuser used in the mixer is integrated with the mixer, so there is no need to install an additional device in the line, • the solution does not require an additional pump in the tank, • the fuel overflow system is led to the mixer, not to the tank, • forcing the overflow enables the drive of the jet pump through a high pressure pump, • the installation works in engines with direct and indirect fuel injection, • it is possible to mix fuels, • there is no need to use fuel cooling, • an additional gasoline pump is used to supply the mixer, not the engine, • the mixer for fuels, it also contains a pump and performs the function of fuel storage, • no need to use pressure regulators, • the fuel change in the mixer takes place as a result of changes in the mixture concentration; the process of pushing one fuel out with another is not used, • measurement of the fuel level in the mixer (liquid level sensor) is used for system control purposes, • the system provides protection against dry running of the pumps.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych składający się z instalacji gazowej, co najmniej jednej instalacji paliwowej oraz mieszacza paliw, znamienny tym, że w obudowie mieszacza (3) zamontowana jest pompa obiegowa (38), pompa strumieniowa (39) oraz czujnik poziomu paliwa (40).1. Multi-fuel supply system for internal combustion engines consisting of a gas installation, at least one fuel installation and a fuel mixer, characterized in that a circulation pump (38), jet pump (39) and a fuel level sensor ( 40). 2. System zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że w instalacji paliwowej (19) zamontowana jest co najmniej jedna dodatkowa pompa (21).2. The power supply system according to claim The method of claim 1, characterized in that at least one additional pump (21) is mounted in the fuel installation (19). 3. System zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że od pompy wysokiego ciśnienia (27) odprowadzony jest układ przelewowy składający się z przewodu przelewowego (28), zaworu (29) oraz zaworu zwrotnego (30).3. The power supply system according to claim An overflow system consisting of an overflow pipe (28), a valve (29) and a non-return valve (30) is discharged from the high pressure pump (27).