RU2585995C2 - Method for preparation of diesel fuel and diesel engine fuel supply system - Google Patents
Method for preparation of diesel fuel and diesel engine fuel supply system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2585995C2 RU2585995C2 RU2013119362/06A RU2013119362A RU2585995C2 RU 2585995 C2 RU2585995 C2 RU 2585995C2 RU 2013119362/06 A RU2013119362/06 A RU 2013119362/06A RU 2013119362 A RU2013119362 A RU 2013119362A RU 2585995 C2 RU2585995 C2 RU 2585995C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- engine
- solution
- fuel solution
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Группа изобретений относится к области двигателестроения и является развитием начального изобретения согласно патенту РФ №2192662 с приоритетом от 02.02.1998 г. Новая дополнительная система и технология топливоподачи обеспечивает высокоэкономичный режим работы двигателя внутреннего сгорания благодаря гиперэффективному сжиганию и носит акроним А*2.The group of inventions relates to the field of engine building and is the development of the initial invention according to RF patent No. 2192662 with priority dated 02.02.1998. A new additional fuel supply system and technology provides a highly economical mode of operation of the internal combustion engine due to hyper-efficient combustion and carries the acronym A * 2.
АНАЛОГИ И ИХ ОПИСАНИЕANALOGUES AND THEIR DESCRIPTION
Известны решения с растворением газов в жидком топливе и подача полученного топливного раствора в двигатель на сжигание описанные, например, в АС СССР №1416732, патент РФ №2129662, патент США №7,261,094, патент США №7,281,500, патент США №7,406,955. У всех рассматриваемых аналогов общий недостаток - подача топливного раствора в двигатель к форсункам выполняется по схеме «в тупик», т.е. на форсунки подается топливо в количестве, равном расходу в камерах сгорания; в том числе, как на малой, так и на максимальной мощности. В таких условиях форсунки и плунжерные высоконапорные насосы работать сколь-нибудь длительное время не могут.Known solutions with the dissolution of gases in liquid fuel and the supply of the resulting fuel solution to the engine for combustion described, for example, in the USSR AS No. 1416732, RF patent No. 2129662, US patent No. 7,261,094, US patent No. 7,281,500, US patent No. 7,406,955. All analogs under consideration have a common drawback - the supply of fuel solution to the engine to the nozzles is performed according to the “dead end” scheme, i.e. fuel is supplied to the nozzles in an amount equal to the flow rate in the combustion chambers; including both at low and maximum power. In such conditions, nozzles and plunger high-pressure pumps cannot work for any length of time.
В других опубликованных решениях имеются линии возврата топлива после выхода из двигателя. Например, в патенте США №7,011,048 возвратный поток из двигателя направляют в топливный бак. Недостатками данного решения, а также подобного решения, опубликованного в одной из схем более позднего патента США №7,523,747, являются:Other published solutions have fuel return lines after exiting the engine. For example, in US Pat. No. 7,011,048, engine return flow is directed to a fuel tank. The disadvantages of this solution, as well as a similar solution published in one of the schemes of a later US patent No. 7,523,747, are:
а) большая паразитная работа с дополнительными энергозатратами на приготовление топливного раствора в абсорбере при высоком давлении газа перед подачей в двигатель, и в дальнейшем процессе - слив неиспользованного топливного раствора после двигателя в топливный бак, происходит дегазация раствора при низком давлении внутри бака;a) large parasitic work with additional energy consumption for the preparation of the fuel solution in the absorber at a high gas pressure before being fed to the engine, and in the subsequent process, the unused fuel solution is drained after the engine into the fuel tank, the solution is degassed at low pressure inside the tank;
б) высокая вероятность переполнения топливного бака «топливной пеной» в результате интенсивного газовыделения в горячей возвратной линии после двигателя и слива возвратного потока в бак. Возвращаемый обратный поток топливного раствора из двигателя содержит много растворенного газа; при сливе обратного потока в топливный бак давление этого потока в линии возврата падает до атмосферного, как в топливном баке, в результате произойдет интенсивное выделение газа из горячего раствора, и как следствие, переполнение бака вспененным топливом. Как следствие значительная часть топливной пены выльется из бака наружу на проезжую часть дороги. Такая ситуация запрещена правилами эксплуатации транспортных средств, так как создает аварийную ситуацию.b) a high probability of overfilling the fuel tank with “fuel foam” as a result of intense gas evolution in the hot return line after the engine and the discharge of the return flow into the tank. The return flow of the fuel solution from the engine contains a lot of dissolved gas; when the return flow is drained into the fuel tank, the pressure of this flow in the return line drops to atmospheric pressure, as in a fuel tank, as a result there will be intensive gas evolution from the hot solution, and as a result, the tank will be filled with foamed fuel. As a result, a significant portion of the fuel foam will spill out of the tank out onto the carriageway. This situation is prohibited by the rules of operation of vehicles, as it creates an emergency.
АНАЛИЗ ПРОТОТИПОВPROTOTYPE ANALYSIS
В патенте США №6,273,072 предпринята попытка вернуть горячий топливный раствор после двигателя в абсорбер, что значительно снижает концентрацию газа в растворе и эффективность всего процесса. Недостатком способа и системы по данному патенту является также нагрев топлива перед растворением газов в емкости газификации. Таким образом, в данном патенте №6,273,072 в процессе растворения газов при приготовлении раствора присутствует два физических параметра, действующих противоположно.In US patent No. 6,273,072 an attempt was made to return the hot fuel solution after the engine to the absorber, which significantly reduces the concentration of gas in the solution and the efficiency of the whole process. The disadvantage of the method and system of this patent is also the heating of the fuel before dissolving the gases in the gasification tank. Thus, in this patent No. 6,273,072 in the process of gas dissolution in the preparation of the solution there are two physical parameters that act opposite.
Согласно закону Генри (о растворимости газов в жидкостях) концентрация растворенных газов в жидкости а) пропорциональна парциальному давлению каждого газа над поверхностью жидкости, и в) обратно пропорциональна температуре. Непринятие во внимание закона Генри при работе с топливными растворами приводит к значительному снижению качества рассматриваемой технологии.According to Henry's law (on the solubility of gases in liquids), the concentration of dissolved gases in a liquid is a) proportional to the partial pressure of each gas above the surface of the liquid, and c) inversely proportional to temperature. Failure to take Henry's law into account when working with fuel solutions leads to a significant decrease in the quality of the technology under consideration.
Абсолютно нелогичным и, естественно, неправильным в патенте США №6,273,072 является (см. пункт формулы 4) проведение первичного растворения газов в горячем топливе, первоначально в камере насыщения (21), а затем еще дополнительный нагрев раствора нагревателем (16) перед подачей на вторичное насыщение в диффузионной камере (26). Подобные технологические приемы заявлены, по-видимому, без экспериментальной отработки и потому ошибочны. Следующим важным недостатком рассматриваемого решения является невозможность эксплуатации двигателя в режимах остановки и хранения. Остановка двигателя во время подачи топливного раствора к форсункам, приведет к выделению газа из раствора. Линия топливоподачи к инжекторам после остановки двигателя и главного насоса топливоподачи будет заполнена газовыми пузырями в связи с понижением давления, последующий запуск двигателя окажется невозможным из-за неработоспособности плунжерных насосов высокого давления.Absolutely illogical and, of course, incorrect in US Pat. No. 6,273,072 is (see Formula 4) the primary dissolution of gases in hot fuel, initially in the saturation chamber (21), and then additional heating of the solution with a heater (16) before being fed to the secondary saturation in a diffusion chamber (26). Apparently, such technological methods were declared without experimental development and therefore erroneous. The next important drawback of this solution is the inability to operate the engine in stop and storage modes. Stopping the engine during the supply of the fuel solution to the nozzles will lead to the release of gas from the solution. The fuel supply line to the injectors after stopping the engine and the main fuel supply pump will be filled with gas bubbles due to a decrease in pressure, subsequent engine start will be impossible due to inoperability of high pressure plunger pumps.
Очевидно, для двигателистов-специалистов любого уровня, что уверенный запуск двигателя и его надежная эксплуатации возможны при жестком условии заполнения линий питания насосов-форсунок однофазным потоком - только жидкой фазой топлива.Obviously, for engine specialists-specialists of any level, that a reliable start of the engine and its reliable operation are possible under the strict condition of filling the supply lines of pump-injectors with a single-phase flow - only the liquid phase of the fuel.
Авторы другого патента-прототипа, в более позднем патенте США №8,037,849, указывают на возможность работы двигателя как на базовом, стандартном топливе, так и на растворе «топливо + газ». В данном патенте, в отличие от предшествующих патентов тех же авторов, рассмотрен вопрос организации обратного (возвратного) горячего потока топливного раствора от двигателя через клапан-переключатель (21) в емкость (10), в которую также подается свежее топливо с помощью дополнительного насоса высокого давления (9). Внутри емкости (10) свежее топливо распыляется соплами (11) для создания высокоразвитой поверхности обмена жидкость-газ и эффективного растворения газов. Одновременно, большой поток возвратного топливного раствора, в 3,5…5 раз превышающий расход свежего топлива, также заполняет емкость газирования (10) и создает высокую температуру топливного раствора в емкости. Следует отметить, что в патенте принята попытка охладить возвратный поток топливного раствора перед емкостью (10) с помощью воздушного охлаждения. Очевидно, что охладить горячий возвратный поток после двигателя (85°С) сколько-нибудь эффективно с помощью воздушного радиатора, не удастся, особенно при высокой температуре атмосферного воздуха (например, при Т=+35±5°С). Каких-либо других устройств для охлаждения в данном патенте не указано. Очевидно, что для эффективного охлаждения возвратного топлива в реальных транспортных средствах с ДВС невозможно поместить крупногабаритный радиатор с активным потоком охлаждающего воздуха. Тем более невозможно эффективное охлаждение с помощью воздушного радиатора на стационарных типовых энергоустановках с ДВС.The authors of another prototype patent, in a later US patent No. 8,037,849, indicate the possibility of engine operation on both basic, standard fuel and a “fuel + gas” solution. In this patent, in contrast to previous patents of the same authors, the organization of the reverse (return) hot flow of fuel solution from the engine through the valve switch (21) to the tank (10), which also supplies fresh fuel using an additional high-pressure pump, is considered pressure (9). Inside the tank (10), fresh fuel is atomized by nozzles (11) to create a highly developed liquid-gas exchange surface and efficient gas dissolution. At the same time, a large flow of returning fuel solution, 3.5 ... 5 times higher than the consumption of fresh fuel, also fills the aeration tank (10) and creates a high temperature of the fuel solution in the tank. It should be noted that the patent adopted an attempt to cool the return flow of the fuel solution in front of the tank (10) using air cooling. Obviously, it will not be possible to cool the hot return stream after the engine (85 ° C) using an air radiator, especially at high ambient air temperatures (for example, at T = + 35 ± 5 ° C). No other cooling devices are disclosed in this patent. Obviously, for efficient cooling of return fuel in real vehicles with internal combustion engines, it is impossible to place a large radiator with an active flow of cooling air. Moreover, it is impossible to effectively cool with an air radiator in stationary standard power plants with internal combustion engines.
Таким образом, в патенте США №8,037,849 также, как и в патенте США №6,273,072 рассмотрены режимы растворения газа и содержания топливного раствора внутри емкости при высоких температурах, что является препятствием для эффективного растворения газа и, следовательно, не позволяет реализовать эффективную технологию топливоподачи.Thus, in US patent No. 8,037,849 as well as in US patent No. 6,273,072 the modes of gas dissolution and the content of the fuel solution inside the tank at high temperatures are considered, which is an obstacle to efficient gas dissolution and, therefore, does not allow to implement an efficient fuel supply technology.
Предложенное в патенте США №8,037,849 другое техническое решение, так называемый «топливный аккумулятор» (23), принципиально ничего аккумулировать не может.Another technical solution proposed in US Pat. No. 8,037,849, the so-called “fuel battery" (23), cannot fundamentally accumulate anything.
Главным недостатком патента США №8,037,849 является неработоспособность двигателя при подаче из емкости (10) газирования топливного раствора с помощью дополнительного насоса высокого давления (16). Специалистам очевидно, что насос (16) повысить давление в коллекторе (7) самостоятельно не может, т.к. для повышения давления перед инжекторами (19) необходимо создать подпор потоку после насосов-форсунок, на выходе из двигателя, например, установить регулятор давления/перепускной клапан в линии возврата (20). В приведенной схеме и в описании патента указан регулятор давления (18), установленный на коллекторе (7), в то время поток топливного раствора протекает по параллельной линии через насосы-форсунки. При такой установке регулятор (18) выполняет обратную функцию - не позволяет повысить давление перед форсунками, работая как предохранительный клапан. Данный регулятор (18) типа «до себя» другой функции выполнить не может и предназначен, по-видимому, для исключения роста давления как при работе на базовом топливе, так и в режиме питания форсунок топливным раствором.The main disadvantage of US patent No. 8,037,849 is the inoperability of the engine when the fuel solution is gassed from the tank (10) using an additional high pressure pump (16). It is obvious to those skilled in the art that the pump (16) cannot independently increase the pressure in the manifold (7), because in order to increase the pressure in front of the injectors (19), it is necessary to back up the flow after the injector pumps; at the engine outlet, for example, install a pressure regulator / bypass valve in the return line (20). In the above diagram and in the patent description, a pressure regulator (18) is installed on the manifold (7), while the flow of the fuel solution flows in a parallel line through the nozzle pumps. With such an installation, the regulator (18) performs the inverse function - it does not allow increasing the pressure in front of the nozzles, working as a safety valve. This regulator (18) of the “up to itself” type cannot perform another function and is apparently intended to exclude the increase in pressure both when working on the base fuel and in the mode of feeding the nozzles with the fuel solution.
Указанные недостатки в патенте №8,037,849 не позволяют обеспечить эксплуатацию двигателя и реализовать потенциал повышения экономичности при использовании нефтяного или иного рода жидкого топлива, т.к. подача топливного раствора при низком давлении к форсункам вызывает загазованность линий топливоподачи свободной газовой фазой, в том числе пузырями газа, что приводит к аварийной остановке двигателя и, как правило, вызывает детонацию в камерах сгорания с поломкой двигателя.These shortcomings in the patent No. 8,037,849 do not allow for the operation of the engine and realize the potential for increasing efficiency when using oil or other kind of liquid fuel, because the supply of the fuel solution at low pressure to the nozzles causes the fuel supply lines to be gas-free by the free gas phase, including gas bubbles, which leads to an emergency engine shutdown and, as a rule, causes detonation in the combustion chambers with engine failure.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Целью настоящего изобретения является разработка двигателя повышенной экономичности путем активации жидкого топлива перед подачей на инжекцию в камеры сгорания. Цель изобретения - реализация потенциала топливной экономии в стандартном двигателе внутреннего сгорания путем подачи на инжекцию однофазного топливного потока, содержащего растворенный газ. Новое техническое решение системы топливоподачи призвано обеспечить надежную работу двигателя во всех условиях реальной эксплуатации при высокой экономичности.An object of the present invention is to provide an engine with improved fuel economy by activating liquid fuel before being injected into the combustion chambers. The purpose of the invention is the realization of the potential for fuel economy in a standard internal combustion engine by injecting a single-phase fuel stream containing dissolved gas for injection. The new technical solution of the fuel supply system is designed to ensure reliable operation of the engine in all conditions of actual operation with high efficiency.
Поставленная цель достигается благодаря специальным техническим приемам и конструктивным решениям, направленным на обеспечение главного требования к системам топливоподачи: гарантированного заполнения однофазной жидкой средой всех линий топливоподачи после абсорбера до выхода потока из двигателя. Конструктивное решение поставленной задачи показано на примере дизельного локомотивного двигателя высокой мощности, до 5700 л.с., с насосами-форсунками и с общим питающим топливным коллектором для всех насосов-форсунок, и также с общим коллектором возвратного топлива от насосов-форсунок.This goal is achieved thanks to special technical methods and design solutions aimed at ensuring the main requirement for fuel supply systems: guaranteed filling of all fuel supply lines after the absorber with a single-phase liquid medium until the flow exits the engine. A constructive solution to the problem is shown by the example of a high-power diesel locomotive engine, up to 5700 hp, with nozzle pumps and with a common fuel supply manifold for all nozzle pumps, and also with a common return fuel collector from nozzle pumps.
Основное преимущество процесса сжигания в двигателях топливного раствора обусловлено гипервысоким диспергированием микрокапель топлива в результате инжекции в связи с цепным характером десорбции газа, тем самым исключается возможность коалесценсии - слипания микрокапель топлива как в объеме камеры сгорания, так и на стенках камеры сгорания. Достигнутое качество гипердиспергирования инжектируемой дозы топливного раствора позволяет получить мгновенный переход жидкой фазы в паровую и обеспечить процесс сгорания при наиболее оптимальных параметрах топливо-воздушной смеси внутри камеры, в том числе обеспечить оптимальное расслоение дозы впрыска. Применение любых других приемов, и в особенности, таких как повышение давления топлива в момент впрыска, не исключает процесса коалесценсии микрокапель топлива внутри камеры сгорания и медленного сгорания пленки топлива на холодных стенках.The main advantage of the combustion process in the fuel solution engines is due to the hyper-high dispersion of fuel droplets as a result of injection due to the chain nature of gas desorption, thereby eliminating the possibility of coalescence - sticking of fuel droplets both in the volume of the combustion chamber and on the walls of the combustion chamber. The achieved quality of the hypers dispersion of the injected dose of the fuel solution makes it possible to obtain an instantaneous transition of the liquid phase to the vapor phase and to ensure the combustion process at the most optimal parameters of the fuel-air mixture inside the chamber, including ensuring optimal separation of the injection dose. The use of any other methods, and in particular, such as increasing the fuel pressure at the time of injection, does not exclude the process of coalescence of fuel droplets inside the combustion chamber and slow combustion of the fuel film on cold walls.
Экспериментально показано, что процесс коалесценсии оказывает негативный эффект при сжигании стандартного топлива, например бензина, в особенности бедной топливно-воздушной смеси даже при условии активного воздействия на воспламенение топливо-воздушной смеси при многоимпульсном впрыске и прямой инжекции топлива в камеру сгорания.It has been experimentally shown that the coalescence process has a negative effect when burning standard fuel, for example gasoline, in particular a poor air-fuel mixture, even if the air-fuel mixture is actively ignited during multi-pulse injection and direct injection of fuel into the combustion chamber.
Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается приведенной схемой топливоподачи, которая должна рассматриваться лишь как один из вариантов иллюстративных, но не ограничивающих.Accordingly, the present invention is not limited to the above fuel supply scheme, which should be considered only as one of the examples illustrative, but not limiting.
Достаточно близкой к рассматриваемой схеме является схема с Common Rail системой топливоподачи в современном дизельном двигателе. Выбор среднеоборотного локомотивного дизельного двигателя для описания примера реализации нового метода и системы обусловлен тем, что локомотивные двигатели высокой мощности являются заведомо высокоэкономичными.Close enough to the scheme under consideration is the scheme with the Common Rail fuel supply system in a modern diesel engine. The choice of a medium-speed locomotive diesel engine to describe an example of the implementation of a new method and system is due to the fact that high-power locomotive engines are obviously highly economical.
Так, например, расход топлива на мощности 5300 л.с., при 910 об/мин, не превышает 3,7 г/кВт·мин, в тех же сравнимых условиях тестирования двигателя тягача на мощности 425 л.с. при 1700 об/мин потребление топлива составляет 4,8 г/кВт·мин.For example, fuel consumption at a power of 5300 hp, at 910 rpm, does not exceed 3.7 g / kW · min, under the same comparable conditions for testing a tractor engine at 425 hp. at 1700 rpm fuel consumption is 4.8 g / kW · min.
Новая схема двигателя высокой мощности с модернизированной системой топливоподачи показана на Рисунке. Типовой среднеоборотный дизельный двигатель (1) имеет насосы-форсунки, питающий топливный коллектор (2), коллектор возвратного топлива (3) после форсунок, линии топливоподачи к двигателю и возвратного топлива из двигателя со средствами автоматического контроля и визуального наблюдения, и тракт воздухоподачи с турбокомпрессором.A new high-power engine circuit with an upgraded fuel supply system is shown in Figure. A typical medium-speed diesel engine (1) has nozzle pumps supplying a fuel manifold (2), a return fuel collector (3) after injectors, a fuel supply line to the engine and return fuel from the engine with automatic monitoring and visual observation, and an air supply path with a turbocharger .
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Согласно одному варианту реализации изобретения, предложен способ подготовки дизельного топлива перед инжекцией в камеру сгорания, состоящий в том, что предварительно преобразуют топливо в топливный раствор в абсорбере (33), где жидкое топливо распыляют группой сопел в среде газа или смеси газов, для чего газы подают от источника, давление газов в абсорбере поддерживают стабильным с помощью понижающего регулятора давления (64), при этом жидкое топливо к соплам подводят с помощью питающего топливного насоса (32) и управляют подачей топлива по сигналам датчика уровня (42), регистрирующего объем топливного раствора в абсорбере (33), отличающийся тем, что организуют подачу топливного раствора к насосам-форсункам путем рециркуляции топливного раствора через двигатель (1), избыточный поток топливного раствора на выходе из двигателя направляют через 3-ходовой кран (17) на охлаждение в теплообменник (52), затем на сепарацию газов для отделения паровой фазы и пузырьков свободного газа и далее через перепускной клапан (54) типа «до себя» для повышения давления топливного раствора в линии подачи перед насосами-форсунками двигателя, возвратный охлажденный поток топливного раствора направляют на смесительное устройство (46) для смешивания со свежим топливным раствором из абсорбера (33), после объединения двух потоков смешанный топливный раствор подают на рециркуляционный насос (47), повышающий давление топливного раствора в линии подачи к насосам-форсункам двигателя для исключения в потоке топливного раствора свободной газовой фазы.According to one embodiment of the invention, there is provided a method for preparing diesel fuel before injection into a combustion chamber, comprising first converting the fuel into a fuel solution in an absorber (33), where liquid fuel is sprayed with a group of nozzles in a gas or gas mixture medium, for which the gases supplied from the source, the gas pressure in the absorber is maintained stable by means of a pressure reducing regulator (64), while liquid fuel is supplied to the nozzles by means of a feed fuel pump (32) and the fuel supply is controlled by the signals of the level sensor (42), recording the volume of the fuel solution in the absorber (33), characterized in that they organize the supply of the fuel solution to the nozzle pumps by recirculating the fuel solution through the engine (1), the excess flow of the fuel solution at the engine outlet is sent through 3 -way valve (17) for cooling to the heat exchanger (52), then for gas separation to separate the vapor phase and free gas bubbles and then through the bypass valve (54) of the “to you” type to increase the pressure of the fuel solution in the fuel line and in front of the engine injector pumps, the return cooled stream of the fuel solution is sent to a mixing device (46) for mixing with fresh fuel solution from the absorber (33), after combining the two streams, the mixed fuel solution is fed to a recirculation pump (47), which increases the pressure of the fuel solution in the supply line to the engine nozzle pumps to exclude free gas phase in the flow of the fuel solution.
Согласно другому варианту, указанный способ подготовки дизельного топлива перед инжекцией в камеру сгорания отличается тем, что перед смешением с рециркулирующим потоком топливного раствора производят активацию свежего топливного раствора в активаторе потока (45) для создания концентраторов напряжений в связях между молекулами газа и топлива, при этом в процессе возбуждения - создания концентраторов, исключается выделение газа в самостоятельную свободную фазу.According to another embodiment, the method for preparing diesel fuel before injection into the combustion chamber is characterized in that before mixing with the recirculating stream of the fuel solution, fresh fuel solution is activated in the flow activator (45) to create stress concentrators in the bonds between the gas and fuel molecules, while in the process of excitation - the creation of concentrators, gas evolution into an independent free phase is excluded.
Согласно третьему варианту, указанный способ подготовки дизельного топлива перед инжекцией в камеру сгорания отличается тем, что операцию перевода жидкого топлива в состояние топливного раствора целесообразно применять при нагрузках в режиме постоянной работы двигателя; при необходимости остановки двигателя выполняют переходный режим для замены топливного раствора в системе подачи топлива после абсорбера базовым топливом, с продолжительностью переходного режима не более 20 секунд.According to the third embodiment, the method for preparing diesel fuel before injection into the combustion chamber is characterized in that the operation of converting liquid fuel to a state of a fuel solution is expediently applied under loads in a constant engine operation mode; if necessary, the engine stops, they perform a transition mode to replace the fuel solution in the fuel supply system after the absorber with base fuel, with a transition mode duration of not more than 20 seconds.
Согласно следующему варианту, указанный способ подготовки дизельного топлива перед инжекцией в камеру сгорания характеризуется тем, что в процессе работы двигателя на топливном растворе подачу газов в абсорбер (33) сопровождают периодической продувкой газового объема абсорбера, при этом продувочные газы направляют в тракт воздухоподачи двигателя предпочтительно после компрессора (72).According to a further embodiment, the method for preparing diesel fuel before injection into the combustion chamber is characterized by the fact that during the operation of the engine on the fuel solution, the gas supply to the absorber (33) is accompanied by periodic purging of the gas volume of the absorber, while the purge gases are sent to the engine air supply, preferably after compressor (72).
Согласно следующему варианту, указанный способ подготовки дизельного топлива перед инжекцией в камеру сгорания отличается тем, что периодически выполняют продувку газового объема сепаратора (53) для удаления избыточных паров и газов, выделенных из потока топливного раствора на выходе из двигателя; удаляемые газы и пары направляют в тракт воздухоподачи, впрыскивая в поток воздуха после компрессора (72).According to a further embodiment, said method for preparing diesel fuel before injection into the combustion chamber is characterized in that it is periodically purged of the gas volume of the separator (53) to remove excess vapors and gases released from the fuel solution stream at the engine outlet; the removed gases and vapors are directed into the air supply path, injecting into the air stream after the compressor (72).
Согласно следующему варианту, указанный способ подготовки дизельного топлива перед инжекцией в камеру сгорания, характеризуется тем, что рециркуляцию топливного раствора в замкнутом контуре, включающем линию подачи топливного раствора к насос-форсункам, насосы-форсунки и линию возврата топливного раствора, организуют с помощью рециркуляционного насоса (47), а для охлаждения возвратного потока топливного раствора из двигателя применяют предпочтительно двухконтурный теплообменник (52), в первый контур подают «горячий» возвратный поток из двигателя, а во второй контур направляют поток «холодного» топлива от главного топливного насоса (7) системы топливоподачи двигателя и возвращают топливо из второго контура теплообменника по штатной сливной линии в топливный бак (4).According to a further embodiment, the method for preparing diesel fuel before injection into the combustion chamber is characterized in that the recirculation of the fuel solution in a closed circuit, including the fuel solution supply line to the pump nozzles, nozzle pumps and the fuel solution return line, is organized using a recirculation pump (47), and for cooling the return flow of the fuel solution from the engine, a double-circuit heat exchanger (52) is preferably used, a “hot” return flow is supplied to the first circuit, and h engine, and in the second circuit direct the flow of "cold" fuel from the main fuel pump (7) of the engine fuel supply system and return the fuel from the second circuit of the heat exchanger through a standard drain line to the fuel tank (4).
Согласно следующему варианту, указанный способ подготовки дизельного топлива перед инжекцией в камеру сгорания характеризуется тем, что предварительно готовят топливный раствор, обеспечивающий гипервысокое диспергирование жидкого топлива при инжекции в камеру сгорания, отличающийся тем, что при нагрузке двигателя подачу топливного раствора в камеру сгорания организуют по двум независимым путям, при этом пилотную дозу, часть общей дозировки топлива, предпочтительно не более 18,5%, впрыскивают в тракт воздухоподачи, после компрессора (72) предпочтительно через вихревую форсунку (77), а основную часть топливного раствора направляют в двигатель, при этом управление впрыском пилотной дозы в тракт воздухоподачи выполняют с помощью электронного контроллера в зависимости от величины нагрузки двигателя.According to a further embodiment, said method for preparing diesel fuel before injection into a combustion chamber is characterized in that a fuel solution is prepared in advance, which provides hyper-high dispersion of liquid fuel during injection into a combustion chamber, characterized in that when the engine is loaded, the fuel solution is supplied to the combustion chamber in two independent ways, while the pilot dose, part of the total fuel dosage, preferably not more than 18.5%, is injected into the air supply path, after the compressor (72) preferably through the vortex nozzle (77), and the main part of the fuel solution is directed to the engine, while the injection of the pilot dose into the air path is controlled by an electronic controller depending on the magnitude of the engine load.
Вместе с тем предложена система топливоподачи дизельного двигателя с применением топливного раствора, имеющая:At the same time, a fuel supply system of a diesel engine using a fuel solution is proposed having:
а) абсорбер (33) для приготовления свежего топливного раствора путем распыления жидкого топлива в газовой среде;a) an absorber (33) for preparing a fresh fuel solution by spraying liquid fuel in a gaseous medium;
б) активатор потока (45) для создания концентраторов напряжений в связях между молекулами газа и жидкости в потоке топливного раствора;b) a flow activator (45) for creating stress concentrators in the bonds between gas and liquid molecules in the fuel solution stream;
в) контур рециркуляции топливного раствора включающий в себя линию подачи топливного раствора к насос-форсункам с помощью рециркуляционного насоса (47); насос-форсунки; линию возврата топливного раствора; двухконтурный теплообменник (52) для охлаждения возвратного горячего потока топливного раствора из двигателя; сепаратор (33) для отделения выделившегося в возвратном потоке после двигателя свободной газовой фазы/паров топлива; перепускной клапан (54) типа «до себя» для повышения давления топливного раствора в линии подачи перед насосами-форсунками двигателя; и смесительное устройство (46) для пополнения потребленной в двигателе части топливного раствора свежим топливным раствором поступающем из абсорбера (33) через активатор потока (45);c) a fuel solution recirculation circuit including a fuel solution supply line to pump nozzles using a recirculation pump (47); nozzle pump; fuel return line; a dual-circuit heat exchanger (52) for cooling the return hot stream of the fuel solution from the engine; a separator (33) for separating the free gas phase / fuel vapor released in the return stream after the engine; “by itself” type bypass valve (54) for increasing the pressure of the fuel solution in the supply line in front of the engine nozzle pumps; and a mixing device (46) for replenishing the part of the fuel solution consumed in the engine with fresh fuel solution coming from the absorber (33) through the flow activator (45);
г) линию подачи пилотной дозы топливного раствора в тракт воздухоподачи в размере не более 18,5% от общей дозы инжекции; иd) a line for supplying a pilot dose of fuel solution to the air supply path in the amount of not more than 18.5% of the total injection dose; and
д) линии продувки абсорбера и сепаратора с подачей избыточных паров и газов в тракт воздухоподачи.d) purge lines of the absorber and separator with the supply of excess vapors and gases into the air supply path.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В традиционной системе топливоподачи топливо поднимается из топливного бака (4) с помощью лифт-насоса (5) через фильтр первой ступени (6) к главному топливному насосу (7). Далее от насоса топливо поступает на 3-ходовой кран с ручным переключением (8), в зимнее время топливо направляется для нагрева в теплообменник. Затем топливо поступает на фильтр (9) с возможностью визуального наблюдения за потоком, параллельно фильтру установлен перепускной регулятор потока (10), который включается в работу при засорении фильтра (9). Величина настройки давления регулятора (10), например, 2,1 бар, при повышении давления перед регулятором, клапан регулятора открывается и пропускает поток через клапан. Чтобы избежать внезапной остановки подачи топлива в двигатель (1), после фильтра (9) топливо поступает через точку подключения т. 2 А*2 системы А*2 к 3-ходовому крану (12), далее к 3-ходовому крану (13), затем через обратный клапан (14) на фильтр финишной очистки (15), далее подают в питающий топливный коллектор (2). Линии потока топлива после насосов-форсунок собирают топливо в коллектор возвратного топлива (3). Из выходного порта коллектора (3) горячее топливо по линии (16) направляют через 3-ходовой клапан (17) на перепускной клапан (18), создающий подпор, например, 0,03 бар в устройство для визуального контроля (19) и далее в топливный бак (4). В линии подачи топлива, параллельно питающему топливному коллектору (2) двигателя установлен предохранительный регулятор давления/перепускной регулятор (20) для защиты линий питания насосов-форсунок от превышения рабочего давления, например, 16 бар.In a traditional fuel supply system, fuel rises from the fuel tank (4) with an elevator pump (5) through a first stage filter (6) to the main fuel pump (7). Further, fuel is supplied from the pump to a 3-way valve with manual switching (8), in winter the fuel is sent to the heat exchanger for heating. Then the fuel enters the filter (9) with the possibility of visual monitoring of the flow, a bypass flow regulator (10) is installed in parallel with the filter, which turns on when the filter (9) becomes clogged. The pressure setting of the regulator (10), for example, 2.1 bar, with increasing pressure in front of the regulator, the regulator valve opens and passes the flow through the valve. To avoid a sudden stop of fuel supply to the engine (1), after the filter (9), fuel enters through the connection point t. 2 A * 2 of system A * 2 to the 3-way valve (12), then to the 3-way valve (13) then through the check valve (14) to the finish filter (15), then it is fed into the fuel supply manifold (2). The fuel flow lines after the injector pumps collect fuel in the return fuel manifold (3). From the outlet port of the collector (3), hot fuel is sent via line (16) through a 3-way valve (17) to the bypass valve (18), which creates a backwater, for example, 0.03 bar to the device for visual inspection (19) and then to fuel tank (4). A safety pressure regulator / bypass regulator (20) is installed in the fuel supply line parallel to the fuel supply manifold (2) of the engine to protect the supply lines of pump nozzles from exceeding the operating pressure, for example, 16 bar.
Главный топливный насос (7) такого двигателя обеспечивает подачу топлива к насосам-форсункам с большим избытком относительно расхода в камерах сгорания: так, например, при максимальной нагрузке расход подачи составляет 230% относительно потребления на работу, а в основном эксплуатационном режиме нагрузок двигателя (0,25-0,5) Рмах соотношение расходов подачи и потребления составляет 870-450%.The main fuel pump (7) of such an engine provides fuel to the nozzle pumps with a large excess relative to the flow rate in the combustion chambers: for example, at maximum load, the flow rate is 230% relative to the consumption for operation, and in the main operating mode the engine loads (0 , 25-0.5) P max the ratio of the costs of supply and consumption is 870-450%.
С помощью повышенных расходов топлива через насосы-форсунки обеспечивается эффективное охлаждение и смазка этих устройств, расположенных в самых горячих зонах двигателя, что в свою очередь гарантирует долговечную и надежную работу системы топливоподачи и всего двигателя.With the help of increased fuel consumption through nozzle pumps, efficient cooling and lubrication of these devices located in the hottest areas of the engine is ensured, which in turn guarantees long-term and reliable operation of the fuel supply system and the entire engine.
В предшествующем изобретении по патенту РФ №2,129,662 впервые был описан метод приготовления топливного раствора путем распыления топлива в емкости для растворения газов - абсорбере. Данный метод получения топливного раствора является высокоэффективным как по производительности, так и по возможности достижения требуемой высокой концентрации газов в растворе. Были описаны условия сохранения жидкой фазы полученного топливного раствора при подаче на инжекцию.In the previous invention, according to the patent of the Russian Federation No. 2,129,662, a method for preparing a fuel solution by spraying fuel in a tank for dissolving gases — an absorber — was first described. This method of obtaining a fuel solution is highly effective both in performance and in the ability to achieve the required high concentration of gases in the solution. The conditions for maintaining the liquid phase of the resulting fuel solution upon injection were described.
Новая система топливоподачи обеспечивает гипердиспергирование топлива при инжекции и сгорании в камерах, носит акроним «А*2».The new fuel supply system provides hyperdispersion of fuel during injection and combustion in the chambers; it bears the acronym "A * 2".
Новая система топливоподачи с подачей в камеры сгорания двигателя топливного раствора подключена в точках т. 1 А*2, т. 2 А*2, т. 3 А*2 и т. 4 А*2 параллельно базовой системе топливоподачи двигателя. Подключение выполнено с помощью 3-ходовых электроклапанов или шаровых кранов (11), (12), (13) и (17) с пневмоуправлением.The new fuel supply system with the supply of the fuel solution to the combustion chambers of the engine is connected at points 1 A * 2, 2 A * 2, 3 A * 2, and 4 A * 2 in parallel with the basic engine fuel supply system. Connection is made using 3-way electrovalves or ball valves (11), (12), (13) and (17) with pneumatic control.
Нормально открытые порты данных устройств коммутируют линии питания стандартным топливом, а нормально закрытые порты подключены в линию питания топливным раствором.Normally open ports of these devices switch the supply lines with standard fuel, and normally closed ports are connected to the supply line with fuel solution.
Первая точка подключения новой системы 1А*2 находится перед входным портом главного топливного насоса (7), топливо подается на питающий низконапорный топливный насос (32), который по линии (31) обеспечивает подачу топлива в абсорбер или блок абсорберов (33).The first connection point of the new 1A * 2 system is located in front of the inlet port of the main fuel pump (7), fuel is supplied to the low-pressure fuel pump (32), which supplies fuel to the absorber or absorber block (33) via line (31).
После выходного порта питающего топливного насоса (32) установлен обратный клапан (34) для предотвращения обратного потока топлива из абсорбера. Подобный обратный клапан (35) установлен и перед входным портом питающего насоса (32) для обеспечения гарантированного заполнения насоса топливом.A check valve (34) is installed downstream of the outlet port of the fuel feed pump (32) to prevent back flow of fuel from the absorber. A similar check valve (35) is installed in front of the inlet port of the feed pump (32) to ensure guaranteed filling of the pump with fuel.
В блоке абсорберов (33), при подаче топлива питающим насосом (32) выполняют распыление топлива в газовой среде с помощью сопл или диспергирование с помощью других устройств для создания развитой поверхности контакта с газами. В результате распыления, в топливе абсорбируются газы в соответствии с законом Генри: концентрация растворенных газов, при достаточной поверхности обмена, прямо пропорциональна парциальному давлению составляющих компонентов смеси газов и обратно пропорциональна температуре полученного топливного раствора.In the block of absorbers (33), when fuel is supplied by a feed pump (32), fuel is sprayed in a gaseous medium using nozzles or dispersed using other devices to create a developed gas contact surface. As a result of spraying, gases are absorbed in the fuel in accordance with Henry's law: the concentration of dissolved gases, with a sufficient exchange surface, is directly proportional to the partial pressure of the constituent components of the gas mixture and inversely proportional to the temperature of the resulting fuel solution.
Газ или газы подают в блок абсорберов (33) от источника (61), например, через ресивер (62) и электроклапан (63). Уровень давления газов в абсорберах (33), предпочтительно, не менее 2,4 бар обеспечивают с помощью регулятора давления (64). Перед входным портом ввода газов в абсорбер предпочтительна установка обратного клапана (65).Gas or gases are supplied to the block of absorbers (33) from a source (61), for example, through a receiver (62) and an electrovalve (63). The gas pressure level in the absorbers (33), preferably not less than 2.4 bar, is provided by a pressure regulator (64). A check valve (65) is preferred in front of the gas inlet port to the absorber.
Объем газовой среды в абсорберах (33) занимает приблизительно половину общего объема внутренней полости абсорберов в верхней ее части. В этом объеме выполняют диспергирование свежего топлива, а в нижней половине объема абсорберов (33) накапливают приготовленный топливный раствор. Для обеспечения достаточного уровня распыления топливо подается в абсорберы (33) под давлением, которое, например, не менее чем на 35% превышает давление газов. Подачу топлива в абсорберы (33) ведут по показаниям управляющего датчика уровня (42) путем релейного регулирования накопленного топливного раствора. При минимальном рабочем уровне топливного раствора по показаниям датчика (42) контроллер (50) системы А*2 подает команду на включение питающего топливного насоса (32). По верхнему уровню топливного раствора в абсорберах (33) управляющий датчик (42) подает сигнал на контроллер (50), контроллер продолжает обеспечивать работу насоса (32), например, с задержкой 5±2 секунды после выдачи сигнала датчиком (42) о достижении топливом верхнего уровня. Таким образом, некоторое переполнение абсорберов выполняют специально, чтобы исключить ложное срабатывание (фибриляцию) датчика при колебаниях уровня топливного раствора, например, в транспортном применении данной системы. Благодаря указанной задержке в работе насоса (32) и продолжению наполнения абсорберов поплавок управляющего датчика (42) занимает устойчивое, крайнее верхнее положение и фиксируется в состоянии затопления.The volume of the gaseous medium in the absorbers (33) occupies approximately half the total volume of the internal cavity of the absorbers in its upper part. Dispersion of fresh fuel is performed in this volume, and the prepared fuel solution is accumulated in the lower half of the volume of absorbers (33). To ensure a sufficient level of atomization, fuel is supplied to the absorbers (33) under pressure, which, for example, is not less than 35% higher than the gas pressure. Fuel is supplied to the absorbers (33) according to the testimony of the control level sensor (42) by relay control of the accumulated fuel solution. At the minimum working level of the fuel solution according to the readings of the sensor (42), the controller (50) of system A * 2 gives a command to turn on the fuel supply pump (32). According to the upper level of the fuel solution in the absorbers (33), the control sensor (42) sends a signal to the controller (50), the controller continues to provide the pump (32), for example, with a delay of 5 ± 2 seconds after the sensor (42) indicates that the fuel has reached top level. Thus, some overflow of the absorbers is performed specifically in order to exclude false triggering (fibrillation) of the sensor during fluctuations in the level of the fuel solution, for example, in the transport application of this system. Due to the specified delay in the operation of the pump (32) and the continued filling of the absorbers, the float of the control sensor (42) occupies a stable, extreme upper position and is fixed in a flooded state.
Для обеспечения надежной работы системы топливоподачи А*2 во внутренней полости абсорбера устанавливают дополнительные датчики уровня (41 и 43). Датчик (41) регистрирует минимальный уровень накопленного топливного раствора, другой датчик уровня (43) регистрирует максимально допустимый уровень накопленного топливного раствора. Датчики (41 и 43) являются аварийными датчиками, предназначенными для выдачи информации о возможных неполадках в системе А*2, и выдают сигнал на контроллер (50) для переключения на базовую систему топливоподачи. Аварийные датчики предусмотрены с целью исключения попадания газа из абсорберов в двигатель, а также неконтролируемого роста давления топливного раствора в линии питания насосов-форсунок.To ensure reliable operation of the A * 2 fuel supply system, additional level sensors (41 and 43) are installed in the inner cavity of the absorber. A sensor (41) registers the minimum level of accumulated fuel solution, another level sensor (43) registers the maximum permissible level of accumulated fuel solution. Sensors (41 and 43) are emergency sensors designed to provide information about possible malfunctions in system A * 2, and give a signal to the controller (50) to switch to the basic fuel supply system. Emergency sensors are designed to prevent the ingress of gas from the absorbers into the engine, as well as an uncontrolled increase in the pressure of the fuel solution in the supply line of the pump nozzles.
Приготовленный свежий топливный раствор выводят из абсорберов (33) по линиям (44) и объединенный поток подают на активатор потока (45) для реконструкции сорбционных связей между молекулами жидкости и растворенного газа. В активаторе потока (45) топливный раствор проходит своего рода репетицию процесса десорбции газа, которая должна активно выполняться при последующей инжекции в камеру сгорания двигателя (1). В активаторе потока (45) создаются концентраторы напряжений в связях молекул и жидкости, при этом процесс возбуждения-создания концентраторов должен исключать выделение газа в самостоятельную свободную фазу. В качестве активатора потока можно применить понижающий регулятор давления, или завихритель потока, создающий пониженное давление в зоне завихрения, например, на основе известного в гидродинамике эффекта Ранка-Хилша, или, например, ультразвуковой магнитостриктор помещенный в поток топливного раствора, протекающего в замкнутой капсуле.The prepared fresh fuel solution is removed from the absorbers (33) via lines (44) and the combined stream is fed to the stream activator (45) to reconstruct the sorption bonds between the liquid molecules and the dissolved gas. In the flow activator (45), the fuel solution undergoes a kind of rehearsal of the gas desorption process, which should be actively performed during subsequent injection into the combustion chamber of the engine (1). In the flow activator (45), stress concentrators are created in the bonds of molecules and liquids, while the process of excitation-creation of concentrators should exclude the release of gas into an independent free phase. As a flow activator, you can use a pressure reducing regulator, or a flow swirl that creates a reduced pressure in the swirl zone, for example, based on the Rank-Hills effect known in hydrodynamics, or, for example, an ultrasonic magnetostrictor placed in the flow of a fuel solution flowing in a closed capsule.
Показано экспериментально, что обработка топливного раствора в активаторе потока (45) обеспечивает проявление в процессе инжекции улучшенного диспергирования топливного раствора даже при низкой концентрации газа в растворе, например воздуха, растворенного при давлении 3 бар. Применение такого же раствора без активатора потока не приводит к проявлению какого-либо эффекта в процессах сжигания топливного раствора в дизельных двигателях.It was shown experimentally that the treatment of the fuel solution in the flow activator (45) provides the manifestation during the injection process of improved dispersion of the fuel solution even at a low concentration of gas in the solution, for example, air dissolved at a pressure of 3 bar. The use of the same solution without a flow activator does not lead to the manifestation of any effect in the combustion of a fuel solution in diesel engines.
Данный технологический прием - активация топливного раствора - тем более необходим для получения положительного эффекта при сжигании топлива в коротких циклах средне- и высокооборотных двигателях внутреннего сгорания. Такая зависимость подтверждает правильность гипотезы о проявлении активной десорбции газа из раствора благодаря первично созданным центрам-концентраторам напряжений в сорбционных связях однофазного двухкомпонентного раствора.This technological technique - activation of the fuel solution - is all the more necessary to obtain a positive effect when burning fuel in short cycles of medium- and high-speed internal combustion engines. This dependence confirms the validity of the hypothesis about the manifestation of active desorption of gas from a solution due to the initially created stress concentrator centers in the sorption bonds of a single-phase two-component solution.
После активатора потока (45) топливный раствор подают на смесительное устройство (46), где свежеприготовленный раствор из абсорберов смешивают с рециркулирующим обратным потоком охлажденного топливного раствора из двигателя и смешанный поток направляют на рециркуляционный насос (47) для подачи в двигатель. Ввод в двигатель потока после рециркуляционного насоса (47) выполняют через 3-ходовой кран (13). В режиме работы системы А*2 нормально закрытый входной порт 3-ходового крана (13) открыт по команде контроллера (50). После крана (13) поток подают на порт питающего топливного коллектора (2) двигателя через обратный клапан (14) и фильтр (15), и далее к насосам-форсункам (не показаны). Выходной горячий поток топливного раствора после насосов-форсунок по коллектору возвратного топлива (3) двигателя отводится по линии (16) через 3-ходовой кран (17) на двухконтурный теплообменник (52), далее охлажденный поток подают на отделение паров топлива и пузырьков газа в сепаратор (53). Охлажденный и сепарированный поток возвратного топливного раствора подают на перепускной клапан-регулятор давления типа «до себя» (54), с помощью которого повышают давление в линии рециркуляции топливного раствора (например, не менее чем на 8%) после рециркуляционного насоса (47), в линиях подачи к насосам-форсункам и в линии возврата потока из двигателя до указанного регулятора (54). После регулятора (54) рециркулирующий поток топливного раствора подают на смесительное устройство (46). В смесительном устройстве (46) рециркулирующий поток пополняется свежим топливным раствором из абсорберов (33). Таким образом, подачу топливного раствора к насосам-форсункам выполняют из замкнутого контура рециркуляции, в котором задают давление потока топливного раствора не менее чем на 8% выше давления его приготовления, чтобы исключить газовыделение из потока топливного раствора в питающем топливном коллекторе (2) до насосов-форсунок двигателя. Расход свежего топливного раствора из абсорберов равен расходу потребления топливного раствора в двигателе. Подачу газов в абсорберы производят непрерывно и регулируют величину давления с помощью регулятора (64) типа «после себя» с точностью регулирования давления ±1,5%.After the activator of the stream (45), the fuel solution is fed to a mixing device (46), where a freshly prepared solution of absorbers is mixed with a recirculating return stream of the cooled fuel solution from the engine and the mixed stream is sent to a recirculation pump (47) for supply to the engine. The input to the engine of the flow after the recirculation pump (47) is performed through a 3-way valve (13). In the operation mode of system A * 2, the normally closed input port of the 3-way valve (13) is opened by the command of the controller (50). After the tap (13), the flow is fed to the port of the fuel supply manifold (2) of the engine through a check valve (14) and a filter (15), and then to nozzle pumps (not shown). The output hot stream of the fuel solution after the nozzle pumps through the return fuel manifold (3) of the engine is discharged along line (16) through a 3-way valve (17) to the double-circuit heat exchanger (52), then the cooled stream is fed to the separation of fuel vapors and gas bubbles in separator (53). The cooled and separated flow of the returning fuel solution is fed to the by-pass pressure regulating valve-type regulator (54), by which the pressure in the fuel solution recirculation line is increased (for example, by at least 8%) after the recirculation pump (47), in the supply lines to the nozzle pumps and in the return line from the engine to the specified controller (54). After the regulator (54), the recirculating flow of the fuel solution is fed to the mixing device (46). In the mixing device (46), the recycle stream is replenished with fresh fuel solution from the absorbers (33). Thus, the supply of the fuel solution to the nozzle pumps is performed from a closed recirculation loop, in which the pressure of the fuel solution flow is set to at least 8% higher than the pressure of its preparation in order to exclude gas evolution from the fuel solution flow in the fuel supply manifold (2) to the pumps engine nozzle. The consumption of fresh fuel solution from the absorbers is equal to the consumption of fuel solution in the engine. The supply of gases to the absorbers is carried out continuously and the pressure value is controlled using the regulator (64) of the "after itself" type with an accuracy of pressure control of ± 1.5%.
В газовой полости абсорберов некоторые компоненты смеси газов сорбируются непропорционально, вследствие этого концентрация высокорастворимых компонентов снижается быстрее, чем малорастворимых и поэтому для обеспечения гарантированного содержания всех компонентов смеси газов необходима периодическая замена газов в абсорберах. Периодическую продувку газового объема абсорберов выполняют по линии (67) через дроссель (68) и электроклапан (69) по команде контроллера (50). Продувочные газы отводят в тракт воздухоподачи по линии (70), предпочтительно после воздушного компрессора (72).In the gas cavity of the absorbers, some components of the gas mixture are sorbed disproportionately, as a result of which the concentration of highly soluble components decreases faster than slightly soluble and therefore, to ensure a guaranteed content of all components of the gas mixture, periodic replacement of gases in the absorbers is necessary. Periodic purging of the gas volume of the absorbers is performed along the line (67) through the throttle (68) and the electrovalve (69) at the command of the controller (50). Purge gases are diverted to the air supply duct via line (70), preferably after the air compressor (72).
Возвратный поток горячего топливного раствора отводят через открытый порт 3-ходового клапана (17) на охлаждение для последующего смешения со свежим топливным раствором из абсорберов. В первый контур теплообменника (52), например, пластинчатого подают для охлаждения горячий рециркулирующий топливный раствор, а во второй контур противотоком направляют поток базового топлива от главного топливного насоса (7) двигателя через 3-ходовой кран (12) в качестве хладагента. Возврат базового охлаждающего топлива из теплообменника в топливный бак ведут через базовый подпорный переливной клапан (18) и прибор визуального наблюдения (19).The return flow of the hot fuel solution is diverted through the open port of the 3-way valve (17) for cooling for subsequent mixing with fresh fuel solution from the absorbers. A hot recirculating fuel solution is supplied to the first circuit of a heat exchanger (52), for example, a plate one, for cooling, and a stream of base fuel from the main fuel pump (7) of the engine is directed countercurrently to the second circuit through a 3-way valve (12) as refrigerant. The return of the base cooling fuel from the heat exchanger to the fuel tank is carried out through the base retaining overflow valve (18) and the visual observation device (19).
Далее охлажденный возвратный поток топливного раствора поступает в сепаратор (53) для отделения выделившихся в горячем возвратном потоке топливного раствора свободных газовых пузырьков и/или паров топлива. Топливный раствор некоторое время находится в сепараторе (53) и после выделения свободного газа/паров топлива выводится из нижней зоны сепаратора (53), а выделившийся газ/пары топлива скапливаются в верхней зоне, и периодически сбрасываются по команде контроллера (50) путем открытия клапана (57) по линии (59) в тракт воздухоподачи двигателя после компрессора (72). Дросселем (56) регулируется расход сбрасываемых газов.Next, the cooled return stream of the fuel solution enters the separator (53) to separate free gas bubbles and / or fuel vapor released in the hot return stream of the fuel solution. The fuel solution is for some time located in the separator (53) and, after the release of free gas / fuel vapor, is discharged from the lower zone of the separator (53), and the released gas / fuel vapor is accumulated in the upper zone and periodically discharged by the controller (50) by opening the valve (57) along line (59) to the engine air path after compressor (72). The throttle (56) controls the flow rate of discharged gases.
В тракте подачи в двигатель воздуха на линии (70) установлена смесительная камера (75) с вихревой форсункой (77), через которую выполняют периодическую инжекцию топливного раствора из контура рециркуляции путем управления работой, импульсной продувкой, электроклапанов (78) по команде контроллера (50).In the air supply path to the engine on the line (70), a mixing chamber (75) is installed with a vortex nozzle (77), through which periodic injection of the fuel solution from the recirculation loop is performed by controlling operation, pulse purge, electrovalves (78) upon the command of the controller (50) )
В процессе работы на топливном растворе при повышенной нагрузке двигателя может быть включен режим форсирования двигателя (1) по команде оператора или автоматически по сигналу штатного ЕСМ (электронного контрольного модуля) двигателя и/или по команде контроллера (50) системы А*2. В режиме форсирования мощности двигателя некоторая часть топливного раствора, предпочтительно до 18,5% относительно расчетной, рабочей дозы инжекции, впрыскивается в тракт воздухоподачи (70). Для этой цели организуют смесительную камеру (75), предпочтительно с круговым потоком воздуха. В центр камеры (75) устанавливают вихревую форсунку (77), через которую инжектируют топливный раствор в поток воздуха перед подачей в камеры сгорания. Инжекция малой дозы топливного раствора в поток воздуха создает крайне бедную топливовоздушную смесь в тракте воздухоподачи. Изначально бедная смесь не способна к воспламенению, в процессе такта сжатия смеси в камере сгорания температура значительно повышается и микрокапли гипердиспергированного топлива активно испаряются. При положении поршня вблизи крайней верхней точки, пары топлива самовоспламеняются благодаря достижению температуры воздуха и паров уровня 800±30°С.In the process of working on the fuel solution with increased engine load, the engine boost mode can be activated (1) at the command of the operator or automatically at the signal of a regular ECM (electronic control module) of the engine and / or at the command of the controller (50) of system A * 2. In the mode of boosting engine power, some part of the fuel solution, preferably up to 18.5% relative to the calculated, working injection dose, is injected into the air supply path (70). For this purpose, a mixing chamber (75) is arranged, preferably with a circular flow of air. A vortex nozzle (77) is installed in the center of the chamber (75), through which the fuel solution is injected into the air stream before being fed into the combustion chambers. The injection of a small dose of the fuel solution into the air stream creates an extremely poor air-fuel mixture in the air supply path. Initially, the lean mixture is not capable of ignition, during the compression stroke of the mixture in the combustion chamber, the temperature rises significantly and the microdroplets of the hyper-dispersed fuel actively evaporate. When the piston is positioned near the extreme upper point, fuel vapors self-ignite due to the achievement of air temperature and vapor level of 800 ± 30 ° С.
Таким образом, малая доза топливного раствора, инжектируемая в тракт воздухоподачи, обладающая способностью к тонкому диспергированию в потоке воздуха и быстрому испарению в процессе сжатия воздуха, выполняет роль «пилотной дозы» впрыска, и обеспечивает эффективный процесс горения основной рабочей дозы инжектируемого топливного раствора по основной линии топливоподачи.Thus, a small dose of the fuel solution injected into the air supply path, which is capable of fine dispersion in the air stream and rapid evaporation during air compression, plays the role of a “pilot dose” of the injection, and provides an efficient process of burning the main working dose of the injected fuel solution according to the main fuel supply lines.
Новый метод позволяет повысить мощность двигателя дополнительно на 8,5…10% при снижении всех компонентов выхлопных газов более чем на 12%, в том числе сажи более чем на 85%. Логика управления инжекцией «пилотной дозы» впрыска в тракт воздухоподачи построена пропорционально расходу свежего топливного раствора из абсорберов, например, в зависимости от скорости расхода накопленного топливного раствора в паузе подачи свежего топлива питающим насосом (32) или пропорционально длительности управляющего сигнала ЕСМ на инжекцию топлива основными инжекторами двигателя.The new method allows increasing engine power by 8.5 ... 10% while reducing all exhaust components by more than 12%, including soot by more than 85%. The logic for controlling the injection of a “pilot dose” of injection into the air supply path is constructed in proportion to the flow rate of the fresh fuel solution from the absorbers, for example, depending on the flow rate of the accumulated fuel solution in the pause of fresh fuel supply by the feed pump (32) or in proportion to the duration of the ECM control signal for fuel injection by the main engine injectors.
В процессе эксплуатации двигателя, при необходимости остановки, выполняют переход на базовый режим топливоподачи путем замены топливного раствора в линиях двигателя на базовое топливо. Для выполнения данной операции по команде контроллера (50), закрывают электроклапан (63) подачи газов в абсорберы (33), включают питающий насос (32), переключают 3-ходовой кран (11) и направляют поток свежего базового топлива в линию (81) для доставки в питающий топливный коллектор (2) двигателя, при этом периодически открывают электроклапан (55). Через 5 секунд после начала операции замены топлива отключают рециркуляционный насос (47), переключают 3-ходовые краны (12) и (13) на базовый режим и открывают постоянно электроклапан (55). Через 15 секунд от начала операции переключают 3-ходовой кран (17) на закрытие рециркуляционной линии и слива возвратного топлива из двигателя в топливный бак (4). Одновременно с началом операции открывают импульсно клапан (69) продувки газа из абсорберов и снижают давление в абсорберах до атмосферного. На 20-й секунде клапан (69) закрывают, отключают питающий насос (32) и снимают электропитание всех выходящих каналов контроллера системы А*2.During the operation of the engine, if necessary, stopping, they switch to the basic fuel supply mode by replacing the fuel solution in the engine lines with the base fuel. To perform this operation, at the command of the controller (50), close the solenoid valve (63) for supplying gases to the absorbers (33), turn on the feed pump (32), switch the 3-way valve (11) and direct the flow of fresh base fuel to line (81) for delivery to the fuel supply manifold (2) of the engine, while the solenoid valve (55) is periodically opened. 5 seconds after the start of the fuel replacement operation, the recirculation pump (47) is turned off, the 3-way valves (12) and (13) are switched to the basic mode and the electrovalve (55) is constantly opened. After 15 seconds from the start of the operation, a 3-way valve (17) is switched to close the recirculation line and drain the return fuel from the engine to the fuel tank (4). Simultaneously with the beginning of the operation, the valve (69) for gas purging from the absorbers is opened pulsed and the pressure in the absorbers is reduced to atmospheric pressure. At the 20th second, the valve (69) is closed, the feed pump (32) is turned off and the power supply to all outgoing channels of the A * 2 system controller is removed.
Операция перехода на базовый режим топливоподачи заканчивается не позднее чем через 20 секунд после подачи команды контроллером системы А*2.The operation of switching to the basic fuel supply mode ends no later than 20 seconds after the command is issued by the system controller A * 2.
Переход на базовый режим топливоподачи выполняется без остановки двигателя и без потери мощности.The transition to the basic fuel supply mode is performed without stopping the engine and without loss of power.
Данный переход выполняется также на холостом ходу при остановке двигателя оператором-водителем, после поворота ключа управления двигателем по команде контроллера (50) системы А*2, двигатель продолжает работать 30 секунд и затем отключается автоматически.This transition is also performed at idle when the operator / driver stops the engine, after turning the engine control key by the command of the A * 2 controller (50), the engine continues to run for 30 seconds and then turns off automatically.
Аналогичные приемы задержки холостого хода перед полной остановкой применяются на двигателях высокой мощности, например на локомотивных и судовых двигателях.Similar methods of idling delay before a full stop are used on high-power engines, such as locomotive and marine engines.
В качестве примера приведены результаты тестов среднеоборотного 16-цилиндрового дизельного двигателя, имеющего максимальную мощность 3250 л.с. при 910 об/мин.As an example, the test results of a medium-speed 16-cylinder diesel engine with a maximum power of 3250 hp are presented. at 910 rpm
Наиболее малоэффективным трудным является режим горения на минимальных нагрузках, при высоком переизбытке воздуха в камерах сгорания (при λ=12-13,5), в условиях «холодного» горения. В этих условиях удельный расход топлива, приведенный к 1 л.с., повышен относительно средних и максимальных мощностей более чем в 1,5 раза.The most ineffective difficult mode of combustion is at minimum loads, with a high excess of air in the combustion chambers (at λ = 12–13.5), and in conditions of “cold” combustion. Under these conditions, the specific fuel consumption, reduced to 1 hp, is increased relative to the average and maximum powers by more than 1.5 times.
Проведено 10 тестов при различных параметрах потоков в системе А*2. Во всех тестах для приготовления топливного раствора в блок абсорберов подавался воздух при давлении Р=12 бар.10 tests were conducted with various flow parameters in system A * 2. In all tests for the preparation of the fuel solution, air was supplied to the absorber block at a pressure of P = 12 bar.
Результаты тестов показали высокоэффективный режим горения топлива:The test results showed a highly efficient fuel combustion mode:
Таким образом, согласованное изменение расходных характеристик двигателя при одновременном снижении компонентов выхлопа является объективным доказательством высокоэффективного горения топливного раствора.Thus, a coordinated change in the flow characteristics of the engine while reducing exhaust components is an objective proof of the highly efficient combustion of the fuel solution.
Claims (8)
а) абсорбер (33) для приготовления свежего топливного раствора путем распыления жидкого топлива в газовой среде;
б) активатор потока (45) для создания концентраторов напряжений в связях между молекулами газа и жидкости в потоке топливного раствора;
в) контур рециркуляции топливного раствора, включающий в себя линию подачи топливного раствора к насос-форсункам с помощью рециркуляционного насоса (47); насос-форсунки; линию возврата топливного раствора; двухконтурный теплообменник (52) для охлаждения возвратного горячего потока топливного раствора из двигателя; сепаратор (33) для отделения выделившегося в возвратном потоке после двигателя свободной газовой фазы/паров топлива; перепускной клапан (54) типа «до себя» для повышения давления топливного раствора в линии подачи перед насосами-форсунками двигателя; и смесительное устройство (46) для пополнения потребленной в двигателе части топливного раствора свежим топливным раствором, поступающим из абсорбера (33) через активатор потока (45);
г) линию подачи пилотной дозы топливного раствора в тракт воздухоподачи в размере не более 18,5% от общей дозы инжекции; и
д) линии продувки абсорбера и сепаратора с подачей избыточных паров и газов в тракт воздухоподачи. 8. The fuel supply system of a diesel engine using a fuel solution, having
a) an absorber (33) for preparing a fresh fuel solution by spraying liquid fuel in a gaseous medium;
b) a flow activator (45) for creating stress concentrators in the bonds between gas and liquid molecules in the fuel solution stream;
c) the circuit of the recirculation of the fuel solution, which includes a line for supplying the fuel solution to the pump nozzles using a recirculation pump (47); nozzle pump; fuel return line; a dual-circuit heat exchanger (52) for cooling the return hot stream of the fuel solution from the engine; a separator (33) for separating the free gas phase / fuel vapor released in the return stream after the engine; “by itself” type bypass valve (54) for increasing the pressure of the fuel solution in the supply line in front of the engine nozzle pumps; and a mixing device (46) for replenishing the part of the fuel solution consumed in the engine with fresh fuel solution coming from the absorber (33) through the flow activator (45);
d) a line for supplying a pilot dose of fuel solution to the air supply path in the amount of not more than 18.5% of the total injection dose; and
d) purge lines of the absorber and separator with the supply of excess vapors and gases into the air supply path.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013119362/06A RU2585995C2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Method for preparation of diesel fuel and diesel engine fuel supply system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013119362/06A RU2585995C2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Method for preparation of diesel fuel and diesel engine fuel supply system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013119362A RU2013119362A (en) | 2014-11-10 |
| RU2585995C2 true RU2585995C2 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=53380716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013119362/06A RU2585995C2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Method for preparation of diesel fuel and diesel engine fuel supply system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2585995C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194780U1 (en) * | 2019-07-15 | 2019-12-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации | PISTON ENGINE FUEL TEMPERATURE REGULATORY SYSTEM WITH VORTEX THERMAL REGULATOR |
| RU2734625C2 (en) * | 2016-05-25 | 2020-10-21 | Салус Энерджи Солюшнз, Л.П. | System for production of hydrogenated liquid fuel and hyperbaric fuel supply for gasoline and diesel internal combustion engines |
| RU2784311C1 (en) * | 2022-07-11 | 2022-11-23 | Дмитрий Валентинович Жиганков | Liquid waste supply system |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2129662C1 (en) * | 1998-02-02 | 1999-04-27 | Гурин Виктор Николаевич | Process of preparation of fuel before its injection to engine and internal combustion engine |
| US20100268443A1 (en) * | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Helpful Technologies Inc. | Method and system for providing fuel to internal combustion engines |
| US20100288240A1 (en) * | 2004-10-04 | 2010-11-18 | Paul Gerard Joseph Johnston | Method of and apparatus for co-fuelling diesel engines |
| RU2010125158A (en) * | 2007-11-20 | 2011-12-27 | Алтимейт Комбасшн Корпорейшн (Us) | METHOD AND SYSTEM FOR CONDITIONING LIQUID FUEL |
| WO2012125171A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Ultimate Combustion Corporation | Method and system for fuel supply to a pump-injector unit of a diesel engine |
-
2013
- 2013-04-26 RU RU2013119362/06A patent/RU2585995C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2129662C1 (en) * | 1998-02-02 | 1999-04-27 | Гурин Виктор Николаевич | Process of preparation of fuel before its injection to engine and internal combustion engine |
| US20100288240A1 (en) * | 2004-10-04 | 2010-11-18 | Paul Gerard Joseph Johnston | Method of and apparatus for co-fuelling diesel engines |
| RU2010125158A (en) * | 2007-11-20 | 2011-12-27 | Алтимейт Комбасшн Корпорейшн (Us) | METHOD AND SYSTEM FOR CONDITIONING LIQUID FUEL |
| US20100268443A1 (en) * | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Helpful Technologies Inc. | Method and system for providing fuel to internal combustion engines |
| WO2012125171A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Ultimate Combustion Corporation | Method and system for fuel supply to a pump-injector unit of a diesel engine |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2734625C2 (en) * | 2016-05-25 | 2020-10-21 | Салус Энерджи Солюшнз, Л.П. | System for production of hydrogenated liquid fuel and hyperbaric fuel supply for gasoline and diesel internal combustion engines |
| RU194780U1 (en) * | 2019-07-15 | 2019-12-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации | PISTON ENGINE FUEL TEMPERATURE REGULATORY SYSTEM WITH VORTEX THERMAL REGULATOR |
| RU2784311C1 (en) * | 2022-07-11 | 2022-11-23 | Дмитрий Валентинович Жиганков | Liquid waste supply system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013119362A (en) | 2014-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8464694B2 (en) | Method and system for providing fuel to internal combustion engines | |
| JP5913106B2 (en) | Fuel homogenization improvement system | |
| CN108626032B (en) | Method and system for engine water injection | |
| CN100365258C (en) | Fuel delivery system | |
| US4167919A (en) | Method and apparatus for hydrogen fueled internal combustion engines | |
| US20120186560A1 (en) | Homogenizing fuel enhancement system | |
| JP2012524207A (en) | Dual fuel supply system for indirect injection system of diesel engine | |
| RU2695547C2 (en) | Method and device for operation of diesel engine on emulsion fuel of varied composition | |
| ES2774076T3 (en) | Emulsion system and emulsion procedure | |
| KR20180091039A (en) | Fuel metering for operating the internal combustion engine | |
| RU2585995C2 (en) | Method for preparation of diesel fuel and diesel engine fuel supply system | |
| US20140345570A1 (en) | Method of fuel activation and system to deliver it to a diesel engine | |
| KR940009683B1 (en) | Water-injection diesel engine | |
| US10598131B2 (en) | Method and device for the open-loop or closed-loop control of the amount of a fuel mixture | |
| US20040103859A1 (en) | Diesel emission and combustion control system | |
| KR101864517B1 (en) | Water-mixture-fuel generation device | |
| RU2699871C1 (en) | Device for water supply to gas-diesel engine | |
| RU190880U1 (en) | A device for producing fuel in the gas phase | |
| WO2015081296A1 (en) | A method and system for fuel activation to improve fuel combustion | |
| RU189276U1 (en) | Device for supplying water to a gas-diesel engine | |
| JP3571642B2 (en) | Reducing agent for exhaust gas purification device | |
| JP6805771B2 (en) | Engine condensed water treatment equipment | |
| JP2719568B2 (en) | Engine LPG supply device | |
| RU2697600C1 (en) | Gas-diesel engine recirculation system | |
| RU190166U1 (en) | Gas Diesel Engine Recirculation System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20150701 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20151202 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170427 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180621 |