PL408041A1 - System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych - Google Patents

Abstract

System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych składający się z instalacji gazowej, co najmniej jednej instalacji paliwowej oraz mieszacza paliw charakteryzuje się tym, że w obudowie mieszacza (3) zamontowana jest pompa obiegowa (38), pompa strumieniowa (39) oraz czujnik poziomu paliwa (40), w instalacji paliwowej (19) zamontowana jest co najmniej jedna dodatkowa pompa (21), natomiast od pompy wysokiego ciśnienia (27) odprowadzony jest układ przelewowy składający się z przewodu przelewowego (28), zaworu (29) oraz zaworu zwrotnego (30).

Description

System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych

Przedmiotem wynalazku jest System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych.

Duża popularność systemów zasilania gazem płynnym wynika z możliwości ograniczenia kosztów eksploatacji pojazdów, natomiast zmiany w zakresie dopuszczalnych wartości emisji szkodliwych składników spalin wymuszają postęp w dziedzinie zasilania zarówno benzyną, jak i LPG.

Znane są układy zasilania gazem płynnym przeznaczone do silników o zapłonie iskrowym z wielopunktowym wtryskiem benzyny, z sondą lambda i katalizatorem, wyposażonych w systemy EOBD, gdzie paliwo gazowe jest podawane do kolektora w pobliże zaworów dolotowych silnika wstanie ciekłym. Wtryśnięty ciekły gaz odparowuje w strudze przepływającego powietrza, powodując schłodzenie ładunku i zwiększenie napełniania cylindrów (w pewnym zakresie obrotów daje to wzrost parametrów silnika).

Znane są układy zasilania wielopaliwowego z wielu opisów patentowych, między innymi: • z opisu patentowego US 2011/0048376, przedstawiającego rozwiązanie z zastosowaniem dyszy Venturiego do zasysania gazu z zbiornika gazowego, co jednak wymaga specjalnej konstrukcji zbiornika, • z opisu patentowego CN 103437915, przedstawiającego rozwiązanie instalacji do silnika z bezpośrednim wtryskiem benzyny ze specjalnym zbiornikiem zawierającym pompę wewnętrzną. Wadą tego rozwiązania jest konieczność stosowania dodatkowych wtryskiwaczy, regulatorów ciśnienia oraz chłodnicy paliwa, • z opisu patentowego JP 2001349256, przedstawiającego rozwiązanie zastosowania przelewu paliwa w pompach wysokiego ciśnienia do silników z wtryskiem bezpośrednim, w którym przelew paliwa doprowadzony jest do zbiornika paliwowego, • z opisu patentowego US 006035837, przedstawiającego rozwiązanie zastosowania tych samych wtryskiwaczy do kilku paliw przez użycie tej samej szyny paliwowej dla 2 paliw w silniku z wtryskiem pośrednim paliwa. Wada tego rozwiązania jest konieczność stosowania dwóch zaworów 3-drogowych, jak również konieczność stosowania regulatorów ciśnienia, co zwiększa awaryjność instalacji, • z opisu patentowego EP 1293654, przedstawiającego rozwiązanie układu zasilania silnika dla kilku paliw z zastosowaniem pompy obiegowej i dodatkowej benzynowej. Wadą tego rozwiązania jest skomplikowany układ hydrauliczny, konieczność stosowania układu chłodzenia oraz pompy w zbiorniku, • z opisu patentowego US 5379740 przedstawiającego rozwiązanie z zastosowaniem tych samych wtryskiwaczy do dwóch paliw z pompą zewnętrzną, • z opisu patentowego EP 2143916 i WO 20131156545, przedstawiającego rozwiązanie systemu dwupaliwowego do silników z wtryskiem bezpośrednim z zastosowaniem mieszacza. Wadą tego rozwiązania jest między innymi stosowanie pompy w zbiorniku, regulatorów ciśnienia, jak również rozwiązanie wypychania jednego paliwa drugim.

Celem rozwiązania według wynalazku jest przedstawienie takiego rozwiązania systemu zasilania wielopaliwowego silników spalinowych, które eliminowałoby wady przedstawionych wyżej rozwiązań.

System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych według wynalazku składający się z instalacji gazowej, co najmniej jednej instalacji paliwowej oraz mieszacza paliw charakteryzuje się tym, że w obudowie mieszacza zamontowana jest pompa obiegowa, pompa strumieniowa oraz czujnik poziomu paliwa, który pozwala na sterowanie mieszaczem paliw.

Korzystnie jest, gdy w instalacji paliwowej zamontowana jest co najmniej jedna dodatkowa pompa.

Korzystnie jest również, gdy od pompy wysokiego ciśnienia odprowadzony jest od pompy wysokiego ciśnienia odprowadzony jest układ przelewowy składający się z przewodu przelewowego, zaworu odcinającego oraz zaworu zwrotnego.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, przedstawiającym schemat instalacji zasilania wielopaliwowego silników spalinowych.

System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych składa się z instalacji gazowej 1 instalacji paliwowej 2 oraz mieszacza paliw 3.

Instalacja gazowa 1 składa się ze zbiornika gazu 4 z zamontowanym w nim wielozaworze 5 oraz wskaźnikiem ilości gazu 6, przewodu gazowego 7 montowanego pod autem, dwóch zaworów 8 i 9 odcinających z obydwu stron przewód gazowy 7 oraz zamontowanego w linii instalacji gazowej filtru gazowego 10.

Tankowanie gazem zbiornika 4 odbywa się poprzez zawór tankowania 11 i przewód 12. Zabezpieczenie przeciw wypływowe stanowią zawory zwrotne 13, 14, 15. Instalacja gazowa 1 wyposażona jest w układ przewodu odpowietrzającego 16 i zaworu 17, który ma za zadanie pozbycie się poduszki gazowej z mieszacza paliw 3 w momencie pompowania jednego z paliw. Dodatkową funkcją zaworu 17 jest zabezpieczenie zbiornika 1 przed przedostaniem się benzyny czy mieszanki paliwowej.

Instalacja paliwowa 2 składa się ze zbiornika 18, przewodu paliwowego 19, zaworu 20 sterującego przepływem paliwa, oraz wzbogacona jest o dodatkową pompę 21, wykorzystywaną do zasilania mieszacza 3 przewodem 22, a także w zestaw zaworów zwrotnych 23, 24, 25, 26, stanowiących zabezpieczenie przed przedostaniem się gazu do benzyny. W przykładzie realizacji wynalazku na rysunku pokazano jedną dodatkową pompę 21, natomiast rozwiązanie nie ogranicza zastosowania większej liczby dodatkowych pomp.

Instalacja paliwowa 2 wyposażona jest w pompę wysokiego ciśnienia 27, a także w układ przelewowy składający się z przewodu przelewowego 28 oraz zaworu 29 i zaworu zwrotnego 30 umożliwiających odcięcie wypływu paliwa z mieszacza 3 do przewodu przelewowego 28.

Do systemu można dołączać kolejne instalacje paliwowe. W przykładzie realizacji wynalazku ukazana jest na rysunku druga instalacja paliwowa 31 w postaci zbiornika 32, przewodu paliwowego 33, zaworu odcinającego 34, pompy dodatkowej 35 oraz zaworów zwrotnych 36 i 37.

Mieszacz 3 został zaprojektowany w celu uzyskania możliwości mieszania dwóch i więcej paliw (olej napędowy, etanol, metanol itp.) w zadanych stężeniach. W najprostszym przypadku uzyskuje się mieszaninę gazu i LPG o stabilnym stężeniu procentowym. Stosunek możliwych stężeń jest 0-100% tzn. od czystego LPG do czystej benzyny. W obudowie mieszacza 3 zamontowana jest pompa obiegowa 38 oraz pompa strumieniowa 39, a także czujnik poziomu paliwa 40. Z obudowy wyprowadzony jest przewód paliwowy 41, zasilający pompę wysokiego ciśnienia 27, oraz przewód odpowietrzający 16, natomiast doprowadzony jest przewód benzynowy 22, przewód gazowy 7 i przewód przelewowy 28, odprowadzony z pompy wysokiego ciśnienia 27. W złączach przewodów doprowadzających zastosowano zawory zwrotne odpowiednio 30 ,42,23.

Paliwo do mieszacza 3 podawane jest za pomocą przewodu paliwowego 22 wyposażonego w zawór zwrotny 23 zabezpieczający zasilanie benzynowe przed cofaniem się mieszanki paliw. Zamontowana wewnątrz mieszacza 3 pompa obiegowa 38 tłoczy paliwo w obiegu zamkniętym poprzez przewody paliwowe 41 i 28. Pompa obiegowa 38 realizuje funkcje zasilania pompy strumieniowej 39 (strumień paliwa do dyszy Venturiego), dostarczania paliwa do pompy wysokiego ciśnienia 27 i wywołanie turbulencji wewnątrz mieszacza 3 w celu szybszego mieszania paliw. Zawór zwrotny 30 zabezpiecza przed zapowietrzaniem się pompy wysokiego ciśnienia 27. Pompa strumieniowa 39, działająca dzięki szybkiemu przepływowi paliwa przez przewód przelewowy 28, ma za zadanie zasysanie gazu ze zbiornika 4 przewodem 7. Zawór zwrotny 42 zabezpiecza przewód 7 i zbiornik 4 przed napełnieniem benzyną w momencie braku ciśnienia gazu wywołanego np. brakiem gazu w zbiorniku 4. Przewód odpowietrzający 16 odprowadza ewentualną poduszkę gazową, opary wewnątrz mieszacz do zbiornika 4. Kluczowe znaczenie dla funkcjonowania mieszacza ma czujnik poziomu paliwa 40. Rozpoznaje on dwa stany - poziomy min. i max. Nie pokazany na rysunku sterownik, będący częścią systemu, dzięki tym sygnałom realizuje scenariusze uruchamiania poszczególnych pomp czy zaworów. Przy poziomie max. mieszacz 3 pracuje z zamkniętym przewodem odpowietrzającym 16. W momencie poboru paliwa przez silnik 43, poziom w mieszaczu 3 dochodzi do poziomu min. Zawór odpowietrzający 16 zostaje otwarty, a ciśnienie gazu lub dopompowana benzyna wypycha opary gazu do zbiornika 4. Po uzyskaniu poziomu max. zamykany jest zawór 17. Taka procedura zabezpiecza przed sucho obiegiem pompę 38, zapewniając jej ciągły dostęp mieszanki paliwowej, która poprzez filtr 44 dostarczana jest do szyny paliwowej 45 i wtryskiwaczy 46 silnika 43.

Operując danymi o temperaturze i ciśnieniu paliwa (czujniki 47 i 48), a także o poziomie paliwa, sterownik wylicza czasy włączenia pompy 21 czy zaworu 8 w celu uzyskania zadanego stężenia paliw. Znając czas pracy pomp 21 i 38, a także pojemność roboczą mieszacza 3 między poziomem min. a max., sterownik wylicza procentowe stężenie paliw, które następnie można utrzymywać na zadanym poziomie.

Podobnie wygląda procedura zamiany mieszanki paliw na paliwo podstawowe. Kilkukrotne uzupełnienie mieszacza 3 od min. do max. przy zamkniętym dolocie gazu powoduje spadek stężenia gazu w mieszance do 0%. Funkcje pracy silnika 43 na czystym paliwie, pracy na mieszance o zadanym stężeniu, czy pracy na kilku paliwach można realizować w zależności od aplikacji, modyfikując oprogramowanie.

Mieszacz 3 o stabilnym stężeniu paliw daje możliwość kilku procentowego domieszkowania benzyny do LPG, co jest istotne dla poprawnego smarowania wysokociśnieniowego układu paliwowego pojazdu. Pojemność mieszacza 3 ze stabilnym poziomem paliwa stanowi akumulator paliwa dla silnika 43.

Rozwiązanie według wynalazku ma szereg zalet: • mieszacz stanowi rozwiązanie problemu zasilania silników wymagających ciągłego zasilania mieszaniną paliw (np. silniki wysokoprężne); można go używać do kilku rodzajów pali w tym do mieszania oleju napędowego i LPG. • mieszacz stanowi akumulator wcześniej przygotowanej mieszanki dla silnika, co zapewnia stabilną pracę z zapasem paliwa. • przygotowanie paliwa dla silnika odbywa się z dala od pompy wysokiego ciśnienia czy szyny paliwowej, co pozwala na pracę w niższych temperaturach, a co za tym idzie przy niższym ciśnieniu. • zastosowanie pompy strumieniowej w mieszaczu eliminuje konieczność montowania pompy w zbiorniku gazowym, co w znaczący sposób podnosi bezawaryjność systemu i obniża koszty poprzez stosowanie standardowych komponentów zamiast dedykowanych. • utrzymywanie obiegu paliwa/mieszanki paliw powoduje duże zawirowania wewnątrz mieszacza, co w znakomity sposób poprawia proces mieszania paliw

Ponadto w stosunku do znanych rozwiązań, stosowanych w wymienionych wyżej opisach patentowych, rozwiązanie według wynalazku odznacza się wieloma zaletami: • zastosowana w mieszaczu pompa strumieniowa z dyfuzorem jest zintegrowana z mieszaczem, przez co nie ma konieczności instalowania dodatkowego urządzenia w linii, • rozwiązanie nie wymaga dodatkowej pompy w zbiorniku, • układ przelewowy paliwa doprowadzony jest do mieszacza, a nie do baku, • wymuszenie przelewu przez pompę wysokiego ciśnienia umożliwia napędzanie pompy strumieniowej, • instalacja pracuje w silnikach z pośrednim i bezpośrednim wtryskiem paliwa, • istnieje możliwość mieszania paliw, • nie ma konieczności stosowania chłodzenia paliwa, • dodatkowa pompa benzynowa służy do zasilania mieszacza, a nie silnika, • mieszacz paliw zawiera jednocześnie pompę i pełni funkcje akumulowania paliwa, • nie ma konieczności stosowania regulatorów ciśnienia, • zmiana paliw w mieszaczu następuje na wskutek zmiany stężenia mieszaniny; nie stosuje się procesu wypychania jednego paliwa drugim, • pomiar poziomu paliwa w mieszaczu (czujnik poziomu cieczy) wykorzystany jest do celów sterowania systemem, • system zapewnia ochronę przed sucho biegiem pomp.

Claims (3)

1. ZASTRZEŻENIA PATENTOWE

   1. System zasilania wielopaliwowego silników spalinowych składający się z instalacji gazowej, co najmniej jednej instalacji paliwowej oraz mieszacza paliw znamienny tym, że w obudowie mieszacza (3) zamontowana jest pompa obiegowa (38), pompa strumieniowa (39) oraz czujnik poziomu paliwa (40).
2. 2. System zasilania według zastrz. 1 znamienny tym, ze w instalacji paliwowej (19) zamontowana jest co najmniej jedna dodatkowa pompa (21).
3. 3. System zasilania według zastrz. 1 znamienny tym, że od pompy wysokiego ciśnienia (27) odprowadzony jest układ przelewowy składający się z przewodu przelewowego (28), zaworu (29) oraz zaworu zwrotnego (30).