RU2382229C2 - Method and device to prepare-and-feed fuel-water mix in ice - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to internal combustion engines (ICE), particularly to fuel-water emulsion preparation and feed devices incorporated with ICE that are furnished with fuel injection systems. Proposed method comprises producing two flows i.e. pure fuel flow in ICE fuel system and water flow, that, when mixed, produce fuel-water mix. The latter is fed via fuel injection nozzles. Water is added directly at the injection nozzle inlet. Proposed device consists of fuel rail and water feed channel incorporated with the latter representing a static-type mixer. Water feed channel is arranged inside fuel rail and has orifices arranged opposite each nozzle.

EFFECT: improved engine operating performances without notable modifications of ICE fuel system.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к способам и устройствам для приготовления и подачи топливно-водной эмульсии в ДВС, оборудованные системами впрыска.The invention relates to internal combustion engines (ICE), in particular to methods and devices for preparing and supplying a fuel-water emulsion to ICE equipped with injection systems.

Использование воды в качестве компонента топлива позволяет улучшить экономические и экологические свойства двигателей при сохранении их мощностных показателей.The use of water as a fuel component can improve the economic and environmental properties of engines while maintaining their power indicators.

Известно несколько способов и устройств для подачи воды в ДВС:There are several methods and devices for supplying water to the internal combustion engine:

- впрыскивание воды непосредственно в цилиндры ДВС во время рабочего хода поршня (патент RU 2069274, МПК 6 F02M 25/038, F02B 47/02; 28.11.96);- injection of water directly into the ICE cylinders during the stroke of the piston (patent RU 2069274, IPC 6 F02M 25/038, F02B 47/02; 28.11.96);

- увлажнение топливно-воздушной смеси распылением воды (патент RU 2092709, МПК 6 F02M 25/025; 10.10.97);- humidification of the fuel-air mixture by spraying water (patent RU 2092709, IPC 6 F02M 25/025; 10.10.97);

- насыщение топливной смеси парами воды за счет предварительного образования воздушно-водной смеси и перевода ее в перегретый пар (патент RU 2094642, МПК 6 F02M 25/032, F02B 47/02; 27.10.97);- saturation of the fuel mixture with water vapor due to the preliminary formation of the air-water mixture and converting it to superheated steam (patent RU 2094642, IPC 6 F02M 25/032, F02B 47/02; 10.27.97);

- насыщение парами воды отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов (патент RU 2189469, МПК 7 F02B 47/04, F02M 25/038; 20.09.02).- saturation of exhaust gas with water vapor in the exhaust gas recirculation system (patent RU 2189469, IPC 7 F02B 47/04, F02M 25/038; 09/20/02).

Недостатками этих способов является в основном значительное усложнение конструкции, неравномерное распределение смеси по цилиндрам и недостаточная энергетическая способность топливной смеси по сравнению с исходным топливом.The disadvantages of these methods are mainly a significant complication of the design, the uneven distribution of the mixture along the cylinders and the insufficient energy ability of the fuel mixture compared to the original fuel.

В качестве прототипа заявленной разработки принят способ и устройство по патенту RU 2294448, МКИ 7 F02M 25/022, F02B 47/02, опубл. 27.02.2007, который позволяет получать топливно-водную смесь для ДВС посредством эмульгирования воды и топлива в роторно-импульсном смесителе и подавать ее в виде отдельного потока в топливовоздушную смесь.As a prototype of the claimed development adopted the method and device according to patent RU 2294448, MKI 7 F02M 25/022, F02B 47/02, publ. 02/27/2007, which allows you to get a fuel-water mixture for internal combustion engines by emulsifying water and fuel in a rotary pulse mixer and feeding it as a separate stream into the fuel-air mixture.

Цель изобретения - снижение токсичности отработанных газов, снижение тепловых нагрузок на детали двигателя, улучшение экономичности двигателя и возможность применения низкооктановых топлив без существенных изменений штатных систем топливоподачи.The purpose of the invention is to reduce the toxicity of exhaust gases, reduce heat loads on engine parts, improve engine efficiency and the possibility of using low-octane fuels without significant changes in standard fuel supply systems.

Указанная цель достигается за счет того, что для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС с впрыском топлива, в системе питания, включающей топливную систему двигателя, подкачивающий насос и смеситель статического типа, создаются два потока: поток чистого топлива в топливной системе и поток воды, которые, смешиваясь, подаются через форсунки впрыска во впускной трубопровод.This goal is achieved due to the fact that two streams are created for receiving and supplying the fuel-water mixture in the internal combustion engine with fuel injection, in the power supply system including the fuel system of the engine, the booster pump and the mixer of the static type: the stream of clean fuel in the fuel system and the stream water, which, when mixed, is fed through injection nozzles into the inlet pipe.

Решением поставленной технической задачи достигается точное дозирование топливно-водной смеси без значительного усложнения конструкции систем питания. Такое решение достигается за счет применения смесителя статического типа, изготовленного путем доработки топливной рампы.By solving the technical problem, accurate dosing of the fuel-water mixture is achieved without significantly complicating the design of the power systems. This solution is achieved through the use of a static type mixer, made by finalizing the fuel rail.

Новыми решениями предлагаемого способа и устройства являются:New solutions of the proposed method and device are:

приготовление топливно-водной смеси непосредственно на входе в форсунку и подача этой смеси во впускной трубопровод через форсунки топливоподачи ДВС, применение смесителя статического типа, в котором канал подачи воды расположен внутри топливной рампы и имеет отверстия напротив каждой форсунки.preparing the fuel-water mixture directly at the nozzle inlet and supplying this mixture to the inlet pipe through the ICE fuel nozzles, using a static type mixer in which the water supply channel is located inside the fuel rail and has openings opposite each nozzle.

Сущность предлагаемого способа приготовления и подачи топливно-водной смеси заключается в том, что создаются два потока: поток чистого топлива в штатной топливной системе и поток воды. Оба потока поступают в смеситель статического типа, где смешиваются и в виде топливно-водной смеси подаются через форсунки впрыска топлива ДВС, причем вода добавляется к топливу непосредственно на входе в форсунку.The essence of the proposed method for the preparation and supply of a fuel-water mixture is that two streams are created: a stream of clean fuel in a standard fuel system and a stream of water. Both flows enter a static type mixer, where they are mixed and in the form of a water-fuel mixture are supplied through the internal combustion engine fuel injection nozzles, and water is added to the fuel directly at the nozzle inlet.

Предлагаемая система приготовления и подачи топливно-водной смеси представляет собой систему приготовления топливно-водной смеси, встроенную в систему топливоподачи двигателя с распределенным впрыском.The proposed system for the preparation and supply of a fuel-water mixture is a fuel-water mixture preparation system built into the fuel supply system of a distributed injection engine.

Предлагаемое устройство для приготовления топливно-водной смеси представляет собой смеситель статического типа, отличающийся тем, что канал подачи воды располагается внутри стандартной топливной рампы и имеет отверстия напротив каждой форсунки.The proposed device for the preparation of the fuel-water mixture is a static type mixer, characterized in that the water supply channel is located inside the standard fuel rail and has openings opposite each nozzle.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показана схема системы топливоподачи, на фиг.2 - схема устройства, позволяющего осуществить предлагаемый способ.The proposed method and device for its implementation are illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of a fuel supply system, and Fig. 2 is a diagram of a device that allows the implementation of the proposed method.

В систему топливоподачи (фиг.1), включающую емкость 1 для чистого топлива, топливный насос 2, фильтр 3, регулятор 4 давления, обратный топливопровод 13, обратный клапан и форсунки 10 впрыска, расположенные на топливной рампе 15, дополнительно установлены емкость 5 для воды, насос 6, фильтр 7, регулятор 8 давления, обратный трубопровод 14, обратный клапан и канал 16 подвода воды, расположенный внутри топливной рампы 15. Вакуумные камеры регуляторов соединены каналом с впускным трубопроводом.In the fuel supply system (Fig. 1), which includes a tank 1 for clean fuel, a fuel pump 2, a filter 3, a pressure regulator 4, a fuel return pipe 13, a check valve and injection nozzles 10 located on the fuel rail 15, an additional water tank 5 is installed , pump 6, filter 7, pressure regulator 8, return pipe 14, non-return valve and water supply channel 16 located inside the fuel rail 15. The vacuum chambers of the regulators are connected by a channel to the inlet pipe.

Изменение давления воды и топлива может осуществляться и другим способом, например широтно-импульсным модулированием.Changing the pressure of water and fuel can be carried out in another way, for example, pulse-width modulation.

Вместо обратных клапанов или совместно с ними могут быть применены и другие запирающие устройства, например электромагнитные клапаны.Instead of, or in conjunction with, non-return valves, other locking devices, such as solenoid valves, may be used.

Предлагаемое устройство для приготовления и подачи топливно-водной смеси (фиг.2) представляет собой смеситель статического типа, который состоит из штатной топливной рампы 15, внутрь которой установлена трубка 16, которая является каналом подачи воды и имеет отверстия 17 напротив каждой форсунки 10, установленной на рампе. На смесителе как со стороны топливоподающей ветви, так и со стороны водоподающей ветви установлены обратные клапаны.The proposed device for preparing and supplying a fuel-water mixture (FIG. 2) is a static type mixer, which consists of a standard fuel rail 15, inside which a tube 16 is installed, which is a water supply channel and has openings 17 opposite each nozzle 10 installed on the ramp. Check valves are installed on the mixer both from the side of the fuel supply branch and from the side of the water supply branch.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Поток чистого топлива подается насосом 2 из емкости с топливом 1 через топливный фильтр 3 в топливную рампу 15 смесителя 9 статического типа. Поток воды подается насосом 6 из емкости 5 через фильтр 7 во внутреннюю трубку 16 смесителя. Давление в топливоподающей ветви 11 изменяется регулятором 4 в зависимости от режимов работы двигателя или поддерживается постоянным, а в водоподающей ветви 12 изменяется регулятором 8 в зависимости от режимов работы двигателя. На режимах работы двигателя, на которых необходимо подавать воду, давление воды в трубке 16 превышает давление топлива в рампе 15 и за счет разности давлений вода из трубки 16 поступает через отверстия во всасывающую полость форсунки 10, механически смешивается с топливом, заполняющим топливную рампу 15, образуя топливно-водную смесь, которая через форсунки впрыскивается в поток воздуха, поступающий в цилиндры ДВС. На режимах, когда подача воды не требуется, давление в водоподающей ветви снижается, срабатывает обратный клапан и в трубке 16 поддерживается давление, которое исключает попадание топлива из рампы 15 в трубку 16 и в водоподающую ветвь.The proposed device operates as follows. The flow of clean fuel is pumped 2 from the tank with fuel 1 through the fuel filter 3 into the fuel rail 15 of the mixer 9 of the static type. The flow of water is supplied by the pump 6 from the tank 5 through the filter 7 to the inner tube 16 of the mixer. The pressure in the fuel supply branch 11 is changed by the regulator 4 depending on the engine operation modes or is kept constant, and in the water supply branch 12 is changed by the regulator 8 depending on the engine operation modes. In engine operating modes, where it is necessary to supply water, the water pressure in the tube 16 exceeds the fuel pressure in the ramp 15 and, due to the pressure difference, the water from the tube 16 enters through the openings in the suction cavity of the nozzle 10, is mechanically mixed with the fuel filling the fuel ramp 15, forming a fuel-water mixture, which is injected through nozzles into the air stream entering the ICE cylinders. In the modes when water supply is not required, the pressure in the water supply branch is reduced, the check valve is activated and pressure is maintained in the tube 16, which excludes fuel from the ramp 15 to the tube 16 and to the water supply branch.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают точное дозирование топливно-водной смеси по цилиндрам двигателя без значительного усложнения системы топливоподачи ДВС.Thus, the proposed method and device provide accurate dosing of the fuel-water mixture along the cylinders of the engine without significantly complicating the fuel supply system of the internal combustion engine.

Claims (2)

1. Способ для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС с впрыском топлива, при котором создаются два потока: поток чистого топлива в топливной системе ДВС и поток воды, оба потока, смешиваясь, образуют топливно-водную смесь, отличающийся тем, что топливно-водная смесь подается через форсунки впрыска системы топливоподачи ДВС, причем вода добавляется к топливу непосредственно на входе во впрыскивающую форсунку.1. A method for receiving and supplying a fuel-water mixture to an internal combustion engine with a fuel injection, in which two streams are created: a stream of clean fuel in the internal combustion engine fuel system and a water stream, both streams being mixed, form a fuel-water mixture, characterized in that the fuel - the water mixture is fed through the injection nozzles of the internal combustion engine fuel supply system, and water is added to the fuel directly at the inlet to the injection nozzle. 2. Устройство для образования топливно-водной смеси, состоящее из топливной рампы и встроенного в нее канала подачи воды, представляющее собой смеситель статического типа, отличающееся тем, что канал подачи воды располагается внутри топливной рампы и имеет отверстия напротив каждой форсунки. 2. A device for forming a fuel-water mixture, consisting of a fuel rail and a built-in water supply channel, which is a static type mixer, characterized in that the water supply channel is located inside the fuel rail and has openings opposite each nozzle.

Images