RU2015398C1

RU2015398C1 - Apparatus for supplying water vapor to supplying system of engine

Info

Publication number: RU2015398C1
Application number: SU894750911A
Authority: RU
Inventors: Станислав Максимович Лысенко
Original assignee: Станислав Максимович Лысенко
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: apparatus has tank filled with water, vapor pressure damper, vapor generator with heat exchanger connected with the tank through inlet branch pipe line, with intake manifold through branch outlet pipe, space of air filter through an additional branch pipe, and valve mounted in the inlet branch pipe. The outlet and additional branch pipes, outlet ends of which are provided with air- operated valves, pass through electric heaters. The pressure damper is made of a receiver mounted for heat contacting with exhaust manifold and connected between the heat exchanger and outlet branch pipe. The additional branch pipe is in communication with the outlet branch pipe between the vapor pressure damper and the space of the air filter. A coil is mounted in the exhaust manifold. A control unit provides automatic regime of operation of the apparatus. The unit has electromagnet relay, diode, controlled resistor, capacitor, and temperature pickup mounted in the vapor pressure damper. The input of the control unit is connected to the temperate pickup and output with electromagnet drive of the valve whose operation is controlled by a lamp mounted within a cabin of a vehicle. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к подаче водяного пара в двигатель внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, namely to supply water vapor to an internal combustion engine.

Известно устройство, которое по своей сущности является наиболее близким техническим решением и принято в качестве прототипа. Устройство для подачи водяного пара в двигатель внутреннего сгорания, содержит резервуар с водой, снабженный газовой и водяной полостями, парообразователь, установленный на выпускной трубе, снабженный входным и выходным патрубками, первый из которых сообщен с резервуаром, а второй - с воздуховпускной трубой. Выходной патрубок парообразователя подключен к воздуховпускной трубе через газовую полость резервуара, а последняя сообщена при помощи трубопровода с полостью воздушного фильтра. Устройство снабжено вентилями для регулирования подачи воды и водяного пара. A device is known, which in essence is the closest technical solution and is adopted as a prototype. A device for supplying water vapor to an internal combustion engine, comprises a water tank provided with gas and water cavities, a steam generator mounted on the exhaust pipe, equipped with inlet and outlet nozzles, the first of which is in communication with the reservoir, and the second with the air inlet pipe. The outlet pipe of the steam generator is connected to the air inlet pipe through the gas cavity of the tank, and the latter is communicated through a pipeline with the cavity of the air filter. The device is equipped with valves for regulating the supply of water and water vapor.

В известном устройстве есть три основных недостатка. В начальный период работы двигателя, когда в газовой полости резервуара пара еще нет, воздух поступает через трубопровод, сообщающий газовую полость резервуара с воздушным фильтром, по паропроводу в задроссельное пространство карбюратора, в результате чего двигатель работает на обедненной смеси, т.е. детонирует, не развивает полную мощность. При поступлении первых порций пара в непрогретый паропровод происходят конденсация пара и попадание воды в цилиндры двигателя, что снижает эффективность использования водяного пара в рабочем цикле двигателя. После остановки двигателя пар из газовой полости резервуара заполнит впускной трубопровод и объем цилиндра с тактом впуск и будет конденсироваться на его стенках и электродах свечи, что затрудняет повторный запуск двигателя, а при отрицательных температурах воздуха двигатель с обледеневшими контактами свечи вообще не запускается. In the known device there are three main disadvantages. In the initial period of engine operation, when there is still no steam in the gas cavity of the tank, air enters through a pipeline connecting the gas cavity of the tank with an air filter through the steam line to the throttle space of the carburetor, as a result of which the engine runs on lean mixture, i.e. detonates, does not develop full power. When the first portions of steam enter the unheated steam line, steam condenses and water enters the engine cylinders, which reduces the efficiency of using water vapor in the engine's operating cycle. After the engine stops, steam from the gas cavity of the tank will fill the inlet pipe and the cylinder volume with an inlet stroke and will condense on its walls and spark plug electrodes, which makes it difficult to restart the engine, and at negative air temperatures, the engine with icy spark plug contacts does not start at all.

Цель изобретения - исключение неустойчивой работы двигателя на обедненной смеси после запуска до появления в паропроводе пара, исключение попадания конденсата из паропровода в двигатель при поступлении в него первых порций пара и исключение выпадания конденсата на электродах свечи и стенках цилиндра в цилиндре с тактом впуск после остановки двигателя. The purpose of the invention is the elimination of the unstable operation of the engine on the lean mixture after starting until steam appears in the steam line, the elimination of condensate from the steam line entering the engine when the first portions of steam enter it, and the condensate does not form on the spark plug electrodes and cylinder walls in the cylinder with the intake stroke after engine shutdown .

Указанная цель достигается тем, что устройство для подачи водяного пара в двигатель внутреннего сгорания, содержащее резервуар с водой, парообразователь с теплообменником, установленный в выпускном коллекторе и сообщенный выходным патрубком с запорным клапаном и установленным в его начале водяным фильтром, демпфером давления пара, установленным на выпускном коллекторе и сообщенным одним концом с парообразователем, а другим - с основным и дополнительным патрубками, имеющими на выходных концах запорные пневматические клапаны и проходящими через электрообогреватели, питающиеся от выключателя зажигания, сообщаются с впускным коллектором и полостью воздушного фильтра. Установленный в демпфере давления, выполненном в виде полого цилиндра, датчик температуры с нормально закрытыми контактами управляет электромагнитным реле, через контакты которого и последовательно включенный диод питается запорный клапан питающего трубопровода, выполненный в виде электромагнитного клапана с регулируемым проходным сечением. Включенная параллельно катушке запорного клапана цепочка из последовательно соединенных регулируемого сопротивления и конденсатора обеспечивает замедление закрытия запорного клапана после выключения выключателя зажигания, от которого питается и электромагнитное реле. Установленная в салоне автомобиля лампочка включена параллельно катушке запорного клапана и включается при его открытом положении. Диаметр питающего трубопровода обеспечивает прекращение поступления воды из резервуара с водой после закрытия запорного клапана. This goal is achieved by the fact that a device for supplying water vapor to an internal combustion engine containing a water tank, a steam generator with a heat exchanger installed in the exhaust manifold and communicated by the outlet pipe with a shut-off valve and a water filter installed at its beginning, a steam pressure damper mounted on exhaust manifold and communicated at one end with a steam generator, and at the other with the main and additional nozzles having pneumatic shut-off valves at the output ends and passing them through the heaters, powered by the ignition switch, in communication with the intake manifold and the cavity of the air filter. Installed in a pressure damper made in the form of a hollow cylinder, a temperature sensor with normally closed contacts controls an electromagnetic relay, through the contacts of which and a diode connected in series, a shut-off valve of the supply pipe is made, made in the form of an electromagnetic valve with an adjustable flow cross-section. A chain of adjustable resistance and a capacitor connected in series with the shutoff valve coil is connected to slow down the shutoff valve after the ignition switch is turned off, which also supplies the electromagnetic relay. The bulb installed in the passenger compartment is switched on in parallel with the shut-off valve coil and turns on when it is open. The diameter of the supply pipe ensures the cessation of water from the tank with water after closing the shut-off valve.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна". В других технических решениях признаков аналогичных предложенному не выявлено. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed technical solution with the prototype allows you to establish compliance with its criterion of "novelty." In other technical solutions, there are no signs similar to the proposed one. Therefore, the proposed device meets the criterion of "significant differences".

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. The drawing shows a diagram of the proposed device.

Контрольная лампа 1 размещается в салоне автомобиля (при небольшой переделке для этой цели можно использовать лампочку выключателя аварийной сигнализации, которая будет контролировать работу устройства при выключенном положении выключателя). Электромагнитное реле 2 имеет один нормально закрытый контакт. Запорные пневматические клапаны 3 обеспечивают прекращение поступления пара в ДВС после остановки двигателя. Имеются карбюратор 4, впускной трубопровод 5, двигатель 6, выпускной коллектор 7, на стенке которого крепится демпфер давления пара 11 с встроенным в него датчиком температуры 10. Парообразователь с теплообменником 8, выполненный в виде змеевика, помещен в выпускной коллектор 7. Входной патрубок 9 служит для подачи воды в парообразователь 8. При открытом положении запорного клапана 18 через закрытые контакты 12 датчика температуры 10 обеспечивается питание электромагнитного реле 2. Выходной основной и дополнительный патрубки 13 снабжены электрообогревателем 14, постоянно включенным при включенном положении выключателя зажигания. Последовательно включенные конденсатор 15 и регулируемое сопротивление 16, включенные параллельно катушке запорного клапана 18 обеспечивают замедление закрытия клапана после остановки двигателя, что позволяет избыточному давлению пара, появляющемуся в демпфере давления 11, вытеснить поступившую в парообразователь 8 воду через входной патрубок 9 в резервуар с водой 21. Диод 17 служит для ограничения цепи разряда конденсатора 15 после выключения выключателя зажигания только катушкой запорного клапана 18. Регулировочный винт 19 ограничивает поступление воды в парообразователь 8, что обеспечивает получение пара в нужном объеме и в непрерывном режиме. Водяной фильтр 20 служит для очистки от механических примесей поступающей в испаритель воды. В качестве резервуара с водой 21 могут служить дополнительно устанавливаемая канистра или бачок омывателя. The control lamp 1 is located in the passenger compartment (with a small alteration for this purpose, you can use the lamp of the alarm switch, which will monitor the operation of the device when the switch is off). Solenoid relay 2 has one normally closed contact. Shut-off pneumatic valves 3 ensure the termination of the flow of steam into the internal combustion engine after the engine is stopped. There is a carburetor 4, an intake pipe 5, an engine 6, an exhaust manifold 7, on the wall of which a steam pressure damper 11 with a temperature sensor 10 is mounted. A steam generator with a heat exchanger 8, made in the form of a coil, is placed in the exhaust manifold 7. Inlet pipe 9 serves to supply water to the steam generator 8. When the shut-off valve 18 is open, the closed contacts 12 of the temperature sensor 10 are provided with power to the electromagnetic relay 2. The output main and auxiliary pipes 13 are equipped with an electric heat registers 14, permanently switched on when the ignition switch position. The series-connected capacitor 15 and the adjustable resistance 16, connected in parallel with the shut-off valve coil 18, ensure that the valve closes after the engine is stopped, which allows the excess steam pressure appearing in the pressure damper 11 to displace the water entering the steam generator 8 through the inlet pipe 9 to the water tank 21 The diode 17 serves to limit the discharge circuit of the capacitor 15 after the ignition switch is turned off only by the shut-off valve coil 18. The adjusting screw 19 limits the blunting water into the steam generator 8, which ensures the receipt of steam in the right volume and in continuous mode. The water filter 20 is used to clean from mechanical impurities of the water entering the evaporator. As a reservoir of water 21 can serve as an additional installed canister or washer reservoir.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После включения выключателя зажигания напряжение подается на электронагреватели 14, которые остаются постоянно включенными на весь период работы двигателя, прогревая основной и дополнительный патрубок 13, исключая попадание конденсата в цилиндры двигателя. Через нормально закрытые контакты 12 датчика температуры 10 электромагнитное реле 2, питающееся через выключатель зажигания, срабатывает и размыкает свои нормально закрытые контакты. Напряжение на запорный клапан 18 не подается. Вода из резервуара 21 в парообразователь 8 не поступает. Доступ воздуха в задроссельное пространство карбюратора через паропровод исключают установленные на концах основного и дополнительного выходных патрубков запорные пневматические клапаны 3. Двигатель работает в режиме прогрева. Одновременно с прогревом двигателя прогревается и датчик температуры 10, установленный в демпфере давления пара 11, укрепленном на выпускном коллекторе 7, и по достижении окружающей температуры 105-110^о С, на которую он настраивается, его контакты 12 размыкаются и электромагнитное реле 2, обесточиваясь, подает через свои нормально закрытые контакты напряжение на обмотку запорного клапана 18. Включается контрольная лампа 1, сигнализирующая, что вода из резервуара 21 поступает во входной патрубок 9, заряжается конденсатор 15. Поступающая в прогретый парообразователь 8, выполненный в виде змеевика и установленный в выпускном коллекторе 7, вода испаряется, и пар поступает в демпфер давления 11 и через выходной патрубок 13 - во впускной коллектор 5, где и насыщает поступающую в него обедненную смесь парами воды. Обеднение бензиновоздушной смеси происходит из-за того, что часть объема воздуха в виде пара поступает в задроссельное пространство карбюратора, а объем проходящего через воздушный фильтр карбюратора воздуха уменьшается, т.е. и количество увлекаемого им топлива снижается. Однако последующее смешение обедненной смеси с парами воды способствует полному ее сгоранию в цилиндрах двигателя, что позволяет экономить топливо и снижает токсичность отработанных газов. Расход пара регулируется глубиной вакуума, создаваемого работающим двигателем, т.к. вода в парообразователь 8 поступает только в том случае, когда весь ранее выработанный пар из демпфера давления 11 по выходному патрубку 13 поступит во впускной коллектор. При полностью открытой дроссельной заслонке пар через дополнительный патрубок поступает в наддросельное пространство и насыщает парами воды поступающий в карбюратор воздух. При резком переходе с больших оборотов двигателя на малые, избыточное давление пара, создаваемое в демпфере давления 11, выбросит поступившую в парообразователь 8 воду во входной патрубок 9 и далее через запорный клапан 18 - в резервуар 21 с водой. Так происходит автоматическое регулирование насыщения бензиновоздушной смеси парами воды в задроссельном пространстве карбюратора.After turning on the ignition switch, the voltage is supplied to the electric heaters 14, which remain permanently turned on for the entire period of the engine operation, warming up the main and additional pipe 13, eliminating the ingress of condensate into the engine cylinders. Through the normally closed contacts 12 of the temperature sensor 10, the electromagnetic relay 2, powered through the ignition switch, trips and opens its normally closed contacts. No voltage is supplied to the shutoff valve 18. Water from the reservoir 21 does not enter the steam generator 8. Air access into the throttling space of the carburetor through the steam pipe is excluded by the pneumatic shut-off valves installed at the ends of the main and additional outlet pipes 3. The engine operates in warm-up mode. Simultaneously with the engine warming up, the temperature sensor 10 is installed, installed in the steam pressure damper 11, mounted on the exhaust manifold 7, and upon reaching the ambient temperature of 105-110 ^о С, to which it is adjusted, its contacts 12 are opened and the electromagnetic relay 2, de-energized, supplies voltage through the normally closed contacts to the winding of the shut-off valve 18. The control lamp 1 turns on, signaling that water from the tank 21 enters the inlet pipe 9, the capacitor 15 is charged. It enters the heated the steam generator 8, made in the form of a coil and installed in the exhaust manifold 7, the water evaporates, and the steam enters the pressure damper 11 and through the outlet pipe 13 into the intake manifold 5, where it saturates the lean mixture entering it with water vapor. The depletion of the gas-air mixture occurs due to the fact that part of the air volume in the form of steam enters the throttle space of the carburetor, and the volume of air passing through the air filter of the carburetor decreases, i.e. and the amount of fuel he carries is reduced. However, subsequent mixing of the lean mixture with water vapor contributes to its complete combustion in the engine cylinders, which saves fuel and reduces the toxicity of exhaust gases. Steam consumption is regulated by the depth of the vacuum created by the running engine, as water enters the steam generator 8 only when all previously generated steam from the pressure damper 11 enters the intake manifold through the outlet pipe 13. When the throttle is fully open, the steam through an additional pipe enters the over-space and saturates the air entering the carburetor with water vapor. In the event of a sharp transition from high engine speeds to low, the excess steam pressure created in the pressure damper 11 will discharge the water entering the steam generator 8 into the inlet pipe 9 and then through the shut-off valve 18 to the water tank 21. So there is an automatic regulation of the saturation of the gas-air mixture with water vapor in the throttle space of the carburetor.

Чтобы исключить попадание пара после остановки двигателя 7 в цилиндр с тактом впуск, предусмотрены запорные пневматические клапаны 3, установленные на основном и дополнительном выходном патрубке, открывающиеся при избыточном давлении 0,02-0,04 МПа, и электрическая схема задержки закрытия запорного клапана 18 после включения выключателя зажигания и остановки двигателя в виде последовательной цепочки конденсатора 15 и регулируемого сопротивления 16, включенных параллельно катушке запорного клапана 18. Для исключения разряда конденсатора 15 в общую схему предусмотрен диод 17. Создаваемая таким образом задержка клапана 18 в открытом положении после остановки двигателя позволяет избыточному давлению пара, содержащегося в демпфере давления 11, вытеснить воду из парообразователя в резервуар 21 с водой, а последующее закрытие запорного клапана 18 обеспечивает прекращение перемещения воды по входному патрубку в сторону парообразователя 8, т.к. внутренний диаметр входного патрубка обеспечивает эффект капиллярности. Конденсация пара, оставшегося в парообразователе, демпфере давления пара, основном и дополнительном выходных патрубках, будет происходить на их стенках и стенках датчика температуры 10. Датчик температуры 10 в процессе работы контролирует температуру поступающего из парообразователя 8 пара, и, если в демпфер давления поступит неиспарившаяся в парообразователе 8 вода, датчик температуры 10 сработает и через свои контакты 12 замкнет цепь питания электромагнитного реле 2, которое обеспечит запорный клапан 18, и подача воды в парообразователь 8 прекратится до полного испарения ранее поступившей в него воды. Чтобы устройство работало не в импульсном режиме, регулировочным винтом 19 подбирают такую подачу воды в парообразователь, которая обеспечивает в режиме максимального расхода испарение всей поступающей в парообразователь воды. Контроль режима работы испарителя осуществляется контрольной лампой 1. В качестве резервуаpа с водой можно использовать дополнительно устанавливаемую канистру в багажнике или салоне автомобиля. Учитывая, что все узлы: демпфер давления 11, основной и дополнительный выходные патрубки 13 с электрообогревателями 14, запорный клапан 18, - после запуска двигателя прогреваются, то устройство надежно работает и при отрицательных температурах воздуха. Надобность очистки устройства от накипи определяют по снижению расхода воды. To prevent steam from getting into the cylinder with an intake stroke after stopping engine 7, pneumatic shut-off valves 3 are installed on the main and secondary outlet, opening at an overpressure of 0.02-0.04 MPa, and an electric circuit for delaying the shut-off valve 18 after turning on the ignition switch and stopping the engine in the form of a series circuit of the capacitor 15 and an adjustable resistance 16 connected in parallel with the shut-off valve coil 18. To exclude the discharge of the capacitor 15 in A diode 17 is provided for the circuit. The delay in the valve 18 thus created after the engine is stopped allows the excessive pressure of the steam contained in the pressure damper 11 to displace water from the steam generator to the water tank 21, and the subsequent closing of the shut-off valve 18 ensures that the water does not move along the inlet pipe towards the steam generator 8, because the inner diameter of the inlet nozzle provides the effect of capillarity. Condensation of the steam remaining in the steam generator, the steam pressure damper, the main and additional outlet pipes will occur on their walls and the walls of the temperature sensor 10. The temperature sensor 10 monitors the temperature of the steam coming from the steam generator 8 during operation, and if non-vaporized enters the pressure damper water in the steam generator 8, the temperature sensor 10 will work and through its contacts 12 will close the power circuit of the electromagnetic relay 2, which will provide a shut-off valve 18, and the water supply to the steam generator 8 p ekratitsya to previously received complete evaporation of water into it. To the device did not work in a pulsed mode, the adjusting screw 19 selects such a water supply to the steam generator, which ensures in the maximum flow rate the evaporation of all water entering the steam generator. The control mode of the evaporator is carried out by the control lamp 1. As a reservoir with water, you can use the optional canister in the trunk or in the passenger compartment. Considering that all nodes: pressure damper 11, primary and secondary outlet pipes 13 with electric heaters 14, shut-off valve 18, warm up after the engine is started, the device also works reliably at negative air temperatures. The need for descaling the device is determined by reducing water consumption.

Claims

1. A device for supplying water vapor to the power supply system of an internal combustion engine, comprising a tank with water, a steam pressure damper, a steam generator with a heat exchanger communicated by an inlet pipe with a tank, and an outlet pipe with an intake manifold and through an additional pipe with an air filter cavity, as well as a shut-off valve installed in the inlet pipe, characterized in that, in order to increase reliability by eliminating the flow of condensate into the engine, the device is equipped with electric heaters and shut-off valves by eumatic valves installed on the outlet and on the additional nozzles, the pressure damper is made in the form of a receiver placed with the possibility of thermal contact with the exhaust manifold and connected between the heat exchanger and the outlet nozzle, and the additional nozzle is in communication with the outlet nozzle between the vapor pressure damper and the air filter cavity, while the heat exchanger is installed in the exhaust manifold.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a control unit and a temperature sensor, the valve is made with an electromagnetic actuator, and the temperature sensor is installed in a steam pressure damper, while the input of the control unit is connected to the temperature sensor, and the output to the electromagnetic valve actuator.