RU2069274C1

RU2069274C1 - Method of and device for injection of water into cylinder of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2069274C1
Application number: RU9292011456A
Authority: RU
Inventors: Н.М. Харлов; С.Н. Харлов
Original assignee: Харлов Николай Михайлович
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1996-11-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: water is injected into cylinder through unit injector during working stroke of piston and steam is exhausted together with exhaust gases. Circular flow of water is formed along inner wall of cylinder, water vapors being isolated from air/fuel mixture are cooled to temperature lower than boiling temperature in heat exchanger and water, thus obtained, is filtered and directed to unit injector for subsequent injection into engine cylinders. Design versions of fuel injection device, unit injector and heat exchanger required for implementation of proposed method are described in invention. EFFECT: enlarged operating capabilities. 18 cl, 17 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к устройствам, обеспечивающим подачу воды в цилиндры двигателя. The invention relates to internal combustion engines (ICE), in particular to devices for supplying water to the engine cylinders.

Известен способ впрыска воды в цилиндр двигателя внутреннего сгорания путем ее впрыска через насос-форсунку во время рабочего хода поршня двигателя с последующим выпуском смеси паров воды с отработавшими газами, а также известно устройство для впрыска воды в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, содержащее насос-форсунку, по меньшей мере два профилированных кольца, торцевое отверстие в одном из колец для подвода воды, сообщенное с каналом в крышке цилиндров и с рабочей камерой насос-форсунки (см. патент СССР 707532, МПК F 02 М 25/02, 1979г.). A known method of injecting water into the cylinder of an internal combustion engine by injecting it through a pump nozzle during a stroke of the engine piston with the subsequent release of a mixture of water vapor with exhaust gases, and also known is a device for injecting water into a cylinder of an internal combustion engine containing a pump nozzle, at least two profiled rings, an end hole in one of the rings for water supply, in communication with the channel in the cylinder cover and with the working chamber of the pump injector (see USSR patent 707532, IPC F 02 M 25/02, 1979).

Известна насос-форсунка, содержащая корпус, закрепленный на крышке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, ступенчатую гильзу, закрепленную в корпусе, установленный в последней ступенчатый плунжер, рабочую и газовую камеры, образованную со стороны торца плунжера большего диаметра и сообщенную с камерой сгорания двигателя через газовый канал, рабочую водяную рубашку, сообщенную с камерой сгорания через водяной канал и через выполненное в корпусе отверстие для подвода воды с трубопроводом, обратный клапан, установленный в водяном канале, и пружину, установленную соосно с плунжером с возможностью взаимодействия с последним и с возможностью регулирования (см. авторское свидетельство СССР 870752, МПК F 02 М 25/02, 1981г.). A known pump nozzle comprising a housing mounted on the cylinder cover of an internal combustion engine, a stepped sleeve fixed in the housing, a stepped plunger installed in the latter, a working and gas chamber formed from the end face of a larger diameter plunger and communicated with the combustion chamber of the engine through the gas channel , a working water jacket in communication with the combustion chamber through the water channel and through a hole for supplying water with a pipe made in the housing, a check valve installed in the water channel e, and a spring mounted coaxially with the plunger to engage with the latter and with the possibility of regulation (see. USSR Inventor's Certificate 870752, IPC F 02 M 25/02, 1981.).

Известно теплообменное устройство, содержащее частично заполненный водой баллон, полость которого сообщена с патрубком подвода отработавших газов от двигателя в баллон и с патрубком отвода отработавших газов из баллона в глушитель, водяной бак, при этом полости бака и баллона сообщены между собой приточным и отводным трубопроводом (см. авт. свидетельство СССР 39485, МПК F 02 В 47/02, 1934г.)
Недостаток известного способа и устройств заключается в недостаточной эффективности процесса впрыска воды, недостаточном тепловом коэффициенте полезного действия и сложности конструкции устройств для реализации способа.A heat exchange device is known that contains a cylinder partially filled with water, the cavity of which is in communication with a pipe for supplying exhaust gases from the engine to the cylinder and with a pipe for exhausting gases from the cylinder to a silencer, a water tank, while the cavity of the tank and the cylinder are interconnected by an inlet and outlet pipe ( see USSR Authors Certificate 39485, IPC F 02 B 47/02, 1934)
A disadvantage of the known method and devices is the lack of efficiency of the water injection process, the insufficient thermal efficiency and the complexity of the design of devices for implementing the method.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности процесса впрыска воды и теплового коэффициента полезного действия и в упрощении конструкции устройств для реализации заявленного способа. The objective of the invention is to increase the efficiency of the water injection process and thermal efficiency and to simplify the design of devices for implementing the inventive method.

Поставленная задача в части способа решается тем, что способ впрыска воды в цилиндр двигателя внутреннего сгорания осуществляют путем ее впрыска через насос-форсунку во время рабочего хода поршня двигателя с последующим выпуском смеси паров воды с отработавшими газами, причем формируют кольцевой поток впрыскиваемой воды вдоль внутренней стенки цилиндра, пары воды отделяют от смеси, в теплообменном устройстве охлаждают их до температуры, меньшей температуры кипения, а полученную при этом воду фильтруют и направляют в насос-форсунку для последующего впрыска в цилиндр двигателя. The problem in terms of the method is solved by the fact that the method of water injection into the cylinder of an internal combustion engine is carried out by injecting it through a pump nozzle during the working stroke of the engine piston with the subsequent release of a mixture of water vapor with exhaust gases, whereby an annular flow of injected water along the inner wall is formed cylinder, water vapor is separated from the mixture, in a heat exchanger, they are cooled to a temperature lower than the boiling point, and the resulting water is filtered and sent to the pump nozzle for subsequent injection into the engine cylinder.

Кроме того, может быть осуществлен дополнительный впрыск воды струями на поверхность дна крышки цилиндра, на торцы клапанов и клапанных выемок в крышке и на стенки разделенных камер сгорания, кольцевой поток может быть направлен на днище поршня, а плунжер насос-форсунки может быть приведен в движение давлением рабочих газов камеры сгорания двигателя, при этом последние направляют из камеры сгорания через канал с регулируемым проходным сечением в цилиндрическую рабочую газовую камеру насос-форсунки, в рабочей газовой камере размещают торец плунжера большего диаметра, чем торец плунжера, размещаемый в рабочей водяной камере насос-форсунки. In addition, additional water injection can be carried out by jets onto the bottom surface of the cylinder cover, on the ends of the valves and valve recesses in the cover and on the walls of the separated combustion chambers, the annular flow can be directed to the piston bottom, and the pump nozzle plunger can be set in motion the pressure of the working gases of the combustion chamber of the engine, the latter being directed from the combustion chamber through a channel with an adjustable bore into the cylindrical working gas chamber of the pump nozzle, then the tip of the plunger is larger in diameter than the end of the plunger placed in the working water chamber of the pump nozzle.

В части устройства для впрыска воды поставленная задача решается тем, что устройство для впрыска воды в цилиндр двигателя внутреннего сгорания содержит насос-форсунку, по меньшей мере два профилированных кольца, торцевое отверстие в одном из колец для подвода воды, сообщенное с каналом в крышке цилиндра и с рабочей камерой насос-форсунки, причем профилированные кольца расположены одно в другом, при этом внутреннее кольцо установлено в наружном с образованием сплошной кольцевой канавки, сообщенной с торцевым отверстием для подвода воды, на одном из колец ниже сплошной кольцевой канавки выполнены шлицевые пазы, выступы пазов сопряжения с цилиндрической поверхностью другого кольца с образованием ряда малых канавок, причем наружная поверхность малой канавки выполнена с диаметром, равным внутреннему диаметру цилиндра или гильзы цилиндра. In the part of the device for water injection, the problem is solved in that the device for injecting water into the cylinder of an internal combustion engine contains a pump nozzle, at least two profiled rings, an end hole in one of the rings for supplying water, in communication with the channel in the cylinder cover and with the working chamber of the pump nozzle, and the shaped rings are located one in the other, while the inner ring is installed in the outer one with the formation of a continuous annular groove in communication with the end hole for water supply, on one of the rings below the continuous annular groove, slotted grooves are made, protrusions of the grooves of the interface with the cylindrical surface of the other ring to form a series of small grooves, and the outer surface of the small groove is made with a diameter equal to the inner diameter of the cylinder or cylinder liner.

Кроме того, профилированные кольца могут быть расположены в кольцевом углублении в крышке цилиндра или в цилиндре над гильзой цилиндра, во внутреннем кольце могут быть выполнены радиальные отверстия, направленные вверх на дно крышки цилиндров и на торцы клапанов и сообщенные со сплошной кольцевой канавкой, в отверстии для подвода воды или в канале крышки цилиндра около отверстия подвода воды может быть установлен обратный клапан, на поршне может быть выполнено углубление, а на верхней цилиндрической части поршня может быть выполнена кольцевая проточка с диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр внутреннего кольца. In addition, profiled rings can be located in the annular recess in the cylinder cover or in the cylinder above the cylinder liner, radial holes can be made in the inner ring, directed upward to the bottom of the cylinder cover and at the ends of the valves and communicated with a continuous annular groove in the hole for a water inlet or a check valve can be installed near the water inlet in the cylinder cover channel, a depression can be made on the piston, and on the upper cylindrical part of the piston tsevaya groove with a diameter smaller than the inner diameter of the inner ring.

Поставленная задача в части насос-форсунки решается тем, что насос-форсунка содержит корпус, закрепленный на крышке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, ступенчатую гильзу, закрепленную в корпусе, установленный в последней ступенчатый плунжер, рабочую газовую камеру, образованную со стороны торца плунжера большего диаметра и сообщенную с камерой сгорания через водяной канал и через выполненное в корпусе отверстие для подвода воды с трубопроводом, обратный клапан, установленную соосно с плунжером с возможностью взаимодействия с последним и возможностью регулирования ее сжатия, причем в газовом канале установлен регулировочный винт для изменения проходного сечения указанного канала, в ступенчатой гильзе установлен шток, рабочая водяная камера образована между торцем плунжера меньшего диаметра и торцем штока, последний снабжен приводом его возвратно-поступательного перемещения в виде винтовой пары винт-гайка, при этом винт жестко связан со штоком, снабжен жестко связанной с ним шестерней, установленной с возможностью взаимодействия с рейкой, кинематически связанной с педалью управления подачей топлива в двигатель, а плунжер жестко закреплен на стержне и связан с пружиной через последний. The problem in terms of the pump nozzle is solved by the fact that the pump nozzle comprises a housing fixed to the cylinder cover of the internal combustion engine, a stepped sleeve fixed in the housing, installed in the last stepped plunger, a working gas chamber formed from the end face of the larger plunger and communicated with the combustion chamber through a water channel and through a hole for supplying water with a pipe made in the housing, a check valve installed coaxially with the plunger with the possibility of interaction with the latter and the ability to control its compression, and in the gas channel there is an adjusting screw for changing the bore of the specified channel, a rod is installed in the stepped sleeve, a working water chamber is formed between the end of the plunger of a smaller diameter and the end of the rod, the latter is equipped with a reciprocating drive in the form screw pair screw-nut, while the screw is rigidly connected to the rod, equipped with a gear rigidly connected to it, installed with the possibility of interaction with the rail, kinematically connected with constant accelerator pedal to the engine, and the piston is rigidly fixed on the rod and is connected with the spring through the latter.

Кроме того, плунжер может быть снабжен приводом в виде кулачка распределительного вала двигателя, и на торце корпуса со стороны его контакта с крышкой цилиндра может быть выполнена канавка для сообщения водяного канала с отверстиями, выполненными в крышке цилиндров и направленными на стенки разделенных камер сгорания и на торцы клапанов двигателя. In addition, the plunger can be provided with a drive in the form of a camshaft cam, and a groove can be made on the end of the housing on the side of its contact with the cylinder cover to communicate with the water channel with holes made in the cylinder cover and directed to the walls of the separated combustion chambers and ends of engine valves.

Поставленная задача в части теплообменного устройства решается тем, что теплообменное устройство содержит частично заполненный водой баллон, полость которого сообщена с патрубком подвода отработавших газов от двигателя в баллон и с патрубком отвода отработавших газов из баллона в глушитель, водяной бак, полости бака и баллона сообщены между собой приточным и отводным трубопроводами, причем патрубок подвода отработавших газов от двигателя в баллон сообщен с нижней частью баллона через обратный клапан, патрубок отвода отработавших газов в глушитель сообщен с верхней частью баллона, а бак снабжен дополнительным трубопроводом для сообщения полости бака под уровнем воды через фильтр с отверстием для подвода воды к насос-форсунке. The problem in terms of the heat exchanger is solved by the fact that the heat exchanger contains a cylinder partially filled with water, the cavity of which is in communication with a pipe for supplying exhaust gases from the engine to the cylinder and with a pipe for exhausting gases from the cylinder to the muffler, water tank, tank cavity and cylinder by supply and exhaust pipelines, and the pipe for supplying exhaust gas from the engine to the cylinder is in communication with the lower part of the cylinder through a non-return valve, the pipe for exhaust gas a silencer in communication with the upper portion of the container, and the tank is provided with an additional pipe for communicating the cavity tank below the water level through a filter with a hole for water inlet to the pump-atomizer.

Кроме того, бак может быть снабжен термометром и устройством для его охлаждения, например вентилятором, патрубок подвода отработавших газов от двигателя в баллон может быть снабжен обмотанным вокруг патрубка змеевиком, корпус баллона может быть выполнен U-образной формы, часть патрубка подвода отработавших газов от двигателя в баллон может быть размещена внутри корпуса последнего и закреплена в нем, при этом выходной конец патрубка расположен ниже уровня воды в баллоне. In addition, the tank can be equipped with a thermometer and a device for cooling it, for example, a fan, the pipe for supplying exhaust gases from the engine to the cylinder can be equipped with a coil wrapped around the pipe, the cylinder body can be made in a U-shape, part of the pipe for supplying exhaust gases from the engine the cylinder can be placed inside the housing of the latter and fixed in it, while the outlet end of the pipe is located below the water level in the cylinder.

На фиг. 1 показана цилиндро-поршневая группа двигателя в разрезе с устройством для впрыска воды; фиг. 2 сечение А-А фиг. 1; фиг. 3 - насос-форсунка в разрезе и устройство для впрыска воды; фиг. 4 узел II фиг.3; фиг. 5 узел I фиг. 3; фиг. 6 вариант выполнения устройства узла II фиг. 3; фиг. 7 сечение Б-Б фиг. 4; фиг. 8 профильное кольцо по фиг. 4-6; фиг. 9 другой вариант профильного кольца; фиг. 10 узел III, фиг. 3; фиг. 11 сечение В-В, фиг. 3; фиг. 12 сечение Г-Г фиг. 11; на фиг. 13- показан второй вариант крепления устройства для впрыска воды и выполнения поршня, на фиг. 14 показан третий вариант крепления устройства и выполнения поршня, узел IV на фиг. 13; на фиг. 15 показана схема охлаждения водяных паров и отделения воды от выхлопных газов; на фиг. 16 показан в сечении ячеистый диск, на фиг. 17 показан другой вариант исполнения разделительного баллона. Способ подачи воды в цилиндр ДВС показывается на конструкции устройств и их работе. In FIG. 1 shows a cylinder-piston engine group in section with a device for injecting water; FIG. 2 section AA of FIG. 1; FIG. 3 - sectional view of the nozzle pump and device for water injection; FIG. 4 node II of figure 3; FIG. 5 node I of FIG. 3; FIG. 6 embodiment of the device of the unit II of FIG. 3; FIG. 7 section BB of FIG. 4; FIG. 8 the profile ring of FIG. 4-6; FIG. 9 another variant of the profile ring; FIG. 10 knot III, fig. 3; FIG. 11 section BB, FIG. 3; FIG. 12 cross-section GG of FIG. eleven; in FIG. 13 shows a second embodiment of fastening a device for injecting water and performing a piston; FIG. 14 shows a third embodiment of securing the device and performing the piston, assembly IV in FIG. thirteen; in FIG. 15 shows a scheme for cooling water vapor and separating water from exhaust gases; in FIG. 16 is a cross-sectional view of a mesh disk; FIG. 17 shows another embodiment of a separation cylinder. The method of supplying water to the engine cylinder is shown on the design of the devices and their operation.

Впрыск воды в цилиндр ДВС по предлагаемому способу производится при помощи следующих устройств: насоса-форсунки, устройства для впрыска воды и теплообменного устройства. На боковой поверхности крышки 1 цилиндра ДВС (см. фиг. 1) крепится насос-форсунка 2, в которой через трубопровод 3 подводится вода. Позицией 4 показан впускной клапан ДВС. Устройство 5 для впрыска воды, состоящее из двух или профилированных трех колец, вставлено (запрессовано) в кольцевую канавку, выполненную в дне крышки 1 цилиндра. Канал 6, выполненный в крышке 1, служит для подвода рабочих газов в насос-форсунку 2, а канал 7 для подвода воды из насос-форсунки 2 в устройство 5. Стрелками 8 показано движение воды-пара по поверхности цилиндра и по торцу поршня. Насос-форсунка 2 содержит следующие основные детали (см. фиг. 3, 10-12). В корпусе 2 запрессована ступенчатая гильза 9, в которой установлен ступенчатый плунжер 10. Рабочая камера большого цилиндра плунжера 10 сообщена с каналом 6 при помощи канала 11, сечение которого можно менять при помощи винта 12. Выше в гильзе 9 установлен шток 13. Стержень 14 закреплен в плунжере 10 жестко, а в штоке 13 расположен по скользящей посадке. В корпусе 2 жестко закреплена гайка 15, находящаяся в зацеплении с винтом 16, выполненным на штоке 13. На штоке 13 также выполнена шестерня 17, находящаяся в зацеплении с зубчатой рейкой 18. Зубчатая рейка 18 кинематически связана с педалью управления подачи топлива в цилиндр, не показанной на чертежах. В гильзе 9 между торцевыми поверхностями плунжера 10 и штока 13 образована рабочая камера 19 для воды, которая сообщается отверстиями 20 с трубопроводом 3 через патрубок 21, а через отверстия 22 сообщается с отверстием 7. Отверстия 23 служат для проточки масла-смазки рабочих поверхностей плунжера 10. На торце корпуса 2 болтами закреплена крышка 24 насос-форсунки, в П-образном хвостовике которой установлена пружина 25, служащая для смягчения удара при обратном ходе плунжера 10 и регулируемая гайкой 26. Пружина 27, регулируемая гайкой 28, служит для исключения движения плунжера 10 в момент рабочего такта сжатия смеси (воздуха). Дополнительно для этой цели служит рабочий клапан, на виде III фиг. 3 и на фиг. 10. Этот клапан дополнительно служит для отсечения камеры 19 от канала 22. Клапан содержит корпус 29 клапана, закрепленный болтами на корпусе 2 насос-форсунки. В корпусе 29 клапана в его сферической заточке установлен шарик 30, прижимаемый к сферической заточке пальцем 31 от пружины 32 через шайбу 33. Гайка 34 служит для регулирования усилия пружины 32. The injection of water into the cylinder of the ICE according to the proposed method is carried out using the following devices: pump nozzles, devices for water injection and a heat exchange device. On the side surface of the cover 1 of the engine cylinder (see Fig. 1), a pump nozzle 2 is attached, in which water is supplied through the pipe 3. Position 4 shows the intake valve of the internal combustion engine. A device 5 for water injection, consisting of two or profiled three rings, is inserted (pressed) into an annular groove made in the bottom of the cylinder cover 1. Channel 6, made in the cover 1, serves for supplying working gases to the pump nozzle 2, and channel 7 for supplying water from the pump nozzle 2 to the device 5. Arrows 8 indicate the movement of water-vapor along the cylinder surface and along the piston end face. The nozzle pump 2 contains the following main parts (see Fig. 3, 10-12). A stepped sleeve 9 is pressed into the housing 2, in which a stepped plunger 10 is installed. The working chamber of the large cylinder of the plunger 10 is in communication with the channel 6 using the channel 11, the cross section of which can be changed using the screw 12. The rod 13 is installed in the sleeve 9 above. The rod 14 is fixed in the plunger 10 is rigid, and in the rod 13 is located on a sliding fit. A nut 15 is fixed in the housing 2, which is meshed with a screw 16 made on the rod 13. A gear 17 is also made on the rod 13, which is meshed with the gear rack 18. The gear rack 18 is kinematically connected to the pedal for supplying fuel to the cylinder, not shown in the drawings. In the sleeve 9 between the end surfaces of the plunger 10 and the rod 13, a working chamber 19 for water is formed, which communicates with the holes 20 with the pipe 3 through the pipe 21, and through the holes 22 communicates with the hole 7. The holes 23 are used for grooving oil-lubrication of the working surfaces of the plunger 10 . At the end of the housing 2, bolts are fixed to the cover 24 of the pump nozzle, in the U-shaped shank of which a spring 25 is installed, which serves to mitigate the shock during the reverse stroke of the plunger 10 and is regulated by a nut 26. The spring 27, regulated by a nut 28, serves to exclude I movement of the plunger 10 at the time of the compression stroke of the working mixture (air). Additionally, a service valve is used for this purpose, in view III of FIG. 3 and in FIG. 10. This valve additionally serves to cut off the chamber 19 from the channel 22. The valve comprises a valve body 29, bolted to the pump nozzle body 2. In the valve body 29, a ball 30 is mounted in its spherical sharpening, pressed against the spherical sharpening with a finger 31 from the spring 32 through the washer 33. The nut 34 serves to control the force of the spring 32.

Для подачи воды от насос-форсунки 2 на стенки клапанных углублений в крышке цилиндра ДВС и на торце клапанов на торце корпуса 2 выполнена канавка 35, которая сообщается с отверстиями 36 и 37, выполненными в металлической прокладке 38, в органической прокладке 39 и в крышке 1 цилиндра ДВС. Отверстия 36 и 37 выведены на стенки клапанных углублений (на торцы клапанов), на чертежах не показано. На фиг. 11 поз. 40 показаны болты крепления корпуса 2 насос-форсунки к крышке 1 цилиндра. To supply water from the pump nozzle 2 to the walls of the valve recesses in the cylinder head cover of the engine and at the end of the valves at the end of the housing 2, a groove 35 is made, which communicates with the holes 36 and 37 made in the metal gasket 38, in the organic gasket 39 and in the cover 1 ICE cylinder. Holes 36 and 37 are brought out to the walls of the valve recesses (to the ends of the valves), not shown in the drawings. In FIG. 11 poses 40 shows the bolts securing the housing 2 of the pump injector to the cylinder cover 1.

Устройство для впрыска подачи воды на стенки цилиндра показано на фиг. 3-8 и оно содержит (по фиг. 3-4,7) наружное профилированное кольцо 41, в котором запрессованы профилированные кольца 42 и 43. В месте сообщения отверстия 7 с кольцом 41, в последнем выполнено отверстие 44, а кольцевая канавка 45 в этом месте расширена, и там установлен шарик 46, прижатый пружиной 47 через палец 48. Внутри кольца 42 (см. фиг. 7,8) или снаружи кольца 43 выполнены шлицевые пазы, что при сборке устройства образует малые канавки 49, на фиг. 6 устройство состоит из двух дисков, причем сечение малой канавки 49 выполнено конусным для того, чтобы вода прижималась к стенкам цилиндра. Сечение малых канавок 49 тем больше, чем они удаленнее от отверстия 44 на противоположную от него сторону. A device for injecting water into the cylinder walls is shown in FIG. 3-8 and it contains (in Figs. 3-4,7) an outer profiled ring 41, in which the profiled rings 42 and 43 are pressed in. In the place where the hole 7 communicates with the ring 41, the last has a hole 44, and the annular groove 45 this place is expanded and a ball 46 is installed there, pressed by a spring 47 through the pin 48. Inside the ring 42 (see Fig. 7.8) or outside the ring 43, slotted grooves are made, which, when assembling the device, forms small grooves 49, in FIG. 6, the device consists of two disks, and the cross section of the small groove 49 is made conical so that the water is pressed against the walls of the cylinder. The cross section of the small grooves 49 is greater, the farther they are from the hole 44 on the opposite side from it.

В том случае, если дно крышки цилиндра выполнено гладким, а торцы клапанов в закрытом состоянии находятся заподлицо с дном крышки и цилиндра, то устройство 5 устанавливается в цилиндре, как показано на фиг. 13. В этом случае для охлаждения дна головки и клапанов в кольце 43 выполнены по окружности его отверстия 50, направленные на дно головки и на торцы клапанов. Для лучшего обтекания днища поршня в нем выполнено углубление 51. Позицией 52 обозначены свеча или форсунка. If the bottom of the cylinder cover is smooth and the ends of the valves are closed flush with the bottom of the cover and cylinder, then the device 5 is installed in the cylinder, as shown in FIG. 13. In this case, for cooling the bottom of the head and valves in the ring 43 are made around the circumference of its holes 50, directed to the bottom of the head and to the ends of the valves. For a better flow around the piston bottom, a recess 51 is made in it. The number 52 indicates a candle or nozzle.

Если крышка цилиндра выполнена как на фиг. 1, а устройство установлено в цилиндре ДВС, то для сохранения рабочей камеры в поршне делается проточка 51, как это показано на фиг. 14. В этом случае кольца 53 устанавливается от зеркала поршня на несколько большем расстоянии, чем у существующих ДВС. Вместо насос-форсунки по фиг. 3 можно использовать и насос-форсунку, по аналогии с насос-форсунками, в которых плунжер приводится в движение за счет кулачков распредвала с установкой толкателей над распредвалом, что на чертежах не показано, т.к. не существенно и конструктивно легко осуществимо, но это потребует переделки верхней части ДВС. If the cylinder cover is made as in FIG. 1, and the device is installed in the engine cylinder, a groove 51 is made to save the working chamber in the piston, as shown in FIG. 14. In this case, the ring 53 is installed from the piston mirror at a slightly greater distance than the existing internal combustion engines. Instead of the pump nozzle of FIG. 3, a pump nozzle can also be used, by analogy with pump nozzles, in which the plunger is driven by camshaft cams with pushers mounted above the camshaft, which is not shown in the drawings, because not significantly and structurally easily feasible, but this will require reworking the upper part of the engine.

Ввиду того, что расход воды (согласно расчетам) примерно раз в десять больше расхода топлива, то возникает необходимость в охлаждении паров воды и в отделении воды от отработанных газов для ее повторного использования. Для этой цели применяется теплообменное устройство, показанное на фиг. 15-17. Данное устройство состоит из следующих основных частей. Патрубок 54 выхлопных газов через обратный клапан 55 сообщен с полостью баллона 56, который в верхней части заканчивается патрубком 57 выхлопных газов. Патрубок 57 далее сообщен с глушителем (на чертежах не показано). Внутри баллона 56 закреплен листовой диск 58 с отверстиями, а также закреплен патрубок 59, сообщенный через трубопровод 60, кран 61 с баком 62, заполненный водой. Внутри бака 62 закреплены сетка 63 для отделения осадков и пластина 64 с отверстиями. Верх бака 62 сообщается патрубком 65 с патрубком 57 и трубопроводом 66 через водяной насос 67 с полостью баллона 56. Выполнение диска 58 и листа 64 показано на фиг. 16. Отверстия 68 служат для прохода газов, а воронкообразные отверстия не позволят выплескиваться воде на верх листа. Внизу полость бака 62 через фильтр 69, кран 61 и трубопровод 3 сообщается с отверстием 20 по фиг. 3. Бак 62 оснащен термометром 70. В случае недостаточно высокой температуры воды, проходящей в трубопровод 3, этот трубопровод обвивается спиралью вокруг патрубка 54, что условно показано позицией 71. Due to the fact that the water consumption (according to calculations) is approximately ten times greater than the fuel consumption, it becomes necessary to cool the water vapor and to separate the water from the exhaust gases for reuse. For this purpose, the heat exchange device shown in FIG. 15-17. This device consists of the following main parts. The exhaust pipe 54 through the check valve 55 is in communication with the cavity of the cylinder 56, which in the upper part ends with the exhaust pipe 57. The pipe 57 is further communicated with a silencer (not shown in the drawings). Inside the cylinder 56, a sheet disc 58 with holes is fixed, and a pipe 59, connected through a pipe 60, a valve 61 with a tank 62 filled with water is fixed. Inside the tank 62, a mesh 63 for separating sediments and a plate 64 with holes are fixed. The top of the tank 62 is connected by a pipe 65 with a pipe 57 and a pipe 66 through a water pump 67 with a cavity of the cylinder 56. The implementation of the disk 58 and the sheet 64 is shown in FIG. 16. Holes 68 serve for the passage of gases, and funnel-shaped holes will not allow water to splash onto the top of the sheet. Below, the cavity of the tank 62 through the filter 69, the valve 61 and the pipe 3 communicates with the hole 20 in FIG. 3. The tank 62 is equipped with a thermometer 70. In the case of insufficiently high temperature of the water passing into the pipe 3, this pipe is wrapped in a spiral around the pipe 54, which is conventionally shown at 71.

На фиг. 17 показано другое выполнение баллона 56, устройство которого исключает применение обратного клапана. In FIG. 17 shows another embodiment of a cylinder 56, the device of which eliminates the use of a check valve.

При необходимости бак 62 принудительно (вентилятором) охлаждается. Для этого привод вентилятора схематически связан с термометром 70, что на чертежах не показано, т.к. не существенно такие схемы в технике известны. If necessary, the tank 62 is forcedly (by a fan) cooled. For this, the fan drive is schematically connected to a thermometer 70, which is not shown in the drawings, because not significantly, such schemes are known in the art.

Работа всех устройств по впрыску воды в рабочую камеру цилиндра ДВС осуществляется следующим образом. Вода из бака 62 через фильтр 69 самотеком (перепад Н₂) по трубопроводу 3, отверстию 20 поступает в камеру 19. При такте сжатия смеси (воздуха) плунжер 10 находится в неподвижном состоянии, т.к. давления сжатий смеси недостаточно, чтобы сжать пружины 27 и 32. А в момент начала рабочего хода (воспламенения топлива) рабочие газы, проходя через каналы 6, 11, давят на плунжер 10 и он двигается вправо-вверх (по фиг. 3), выгоняя воду из полости 19 через канал 22, обратный клапан по фиг. 10, канал 7, канал 44 (см. фиг. 3-6), обратный клапан 46, по кольцевой канавке 45, малой канавке 49. Далее вода, превращаясь в пар, движется кольцевым потоком вдоль рабочей поверхности цилиндра, отсекая его от рабочих газов, тем самым рабочие газы ДВС не передает тепло на стенки цилиндра (стенки гильзы) ДВС. Далее паро-водяной поток происходит по днищу поршня. Дно головки цилиндра (клапанные углубления) охлаждается за счет того, что часть воды из канала 22 отводится по канавке 35 (см. фиг. 11, 12), из которой вода попадает в каналы 36, 37, из которых она выдавливается струей на поверхность клапанных углублений в головке цилиндра (в камеру сгорания) и на торцы клапанов. При конструкции цилиндро-поршневой группы по фиг. 13, 14 вода из кольцевой канавки 45 струями выбрасывается на дно головки цилиндра через отверстия 50 (в этом случае каналы 35-37 по фиг. 11, 12 не выполняются.The operation of all devices for the injection of water into the working chamber of the engine cylinder is as follows. Water from the tank 62 through the filter 69 by gravity (differential H ₂ ) through the pipe 3, the hole 20 enters the chamber 19. During the compression stroke of the mixture (air), the plunger 10 is stationary, because the compression pressure of the mixture is not enough to compress the springs 27 and 32. And at the moment of the start of the working stroke (ignition of the fuel), the working gases passing through the channels 6, 11 press on the plunger 10 and it moves up and down (Fig. 3), expelling water from the cavity 19 through the channel 22, the check valve of FIG. 10, channel 7, channel 44 (see Fig. 3-6), check valve 46, along the annular groove 45, the small groove 49. Next, the water, turning into steam, moves in an annular flow along the working surface of the cylinder, cutting it off from the working gases Thus, the working gases of the internal combustion engine does not transfer heat to the cylinder walls (liner walls) of the internal combustion engine. Next, the steam-water flow occurs along the piston bottom. The bottom of the cylinder head (valve recesses) is cooled due to the fact that part of the water from the channel 22 is discharged along the groove 35 (see Fig. 11, 12), from which water enters the channels 36, 37, from which it is extruded by a jet onto the surface of the valve recesses in the cylinder head (into the combustion chamber) and on the ends of the valves. In the construction of the cylinder-piston group of FIG. 13, 14, water from the annular groove 45 is ejected by jets onto the bottom of the cylinder head through openings 50 (in this case, channels 35-37 of FIGS. 11, 12 are not executed.

Момент начала хода плунжера 10 настраивается винтом 12 (канал 11 в месте винта 12 работает, как своеобразный "бикфордов шнур"). При изменении подачи топлива в цилиндр одновременно от этой же педали приводится в движение рейка 18 и за счет шестерни 17, винтовой пары 15, 16 шток 13 изменяет величину Н. При выпуске отработанных газов (когда открывается выпускной клапан) давление в цилиндре падает до минимального и плунжер 10 под действием пружины 27 возвращается в исходное положение, при этом удар смягчается пружиной 25 и перекрытым отверстием 11 винтом 12. Смесь отработанных газов и паров воды по патрубку 54 (по фиг. 15-17), через обратный клапан 55, проходит через воду, находящуюся в баллоне 56. При этом отработанные газы проходят через отверстия диска 58 в патрубок 57 и в глушитель ДВС (показано черными стрелками). А пары воды, охлаждаясь в воде баллона 56, превращаются в воду. Охлаждение воды баллона 56 производится за счет циркуляции воды из бака 62 по трубопроводу 60, патрубок 59, трубопровод 66 и насос 67. Часть отработанных газов может захватываться водой и подаваться по трубопроводу 66 в бак 62, но они из бака через патрубок 65 все равно подадутся в патрубок 57 и за счет инжекции попадут в глушитель. При работе устройств по фиг. 15-17 не только отделятся водяные пары от отработанных газов, но и отделятся тяжелые вредные примеси, которые осядут на дно бака 60. The moment the plunger 10 starts to move is adjusted by the screw 12 (channel 11 in the place of the screw 12 works as a kind of “Bickford cord”). When the fuel supply to the cylinder is changed simultaneously from the same pedal, the rail 18 is driven and, due to the gear 17, the screw pair 15, 16, the rod 13 changes the value of N. When the exhaust gases are released (when the exhaust valve opens), the pressure in the cylinder drops to a minimum and the plunger 10 under the action of the spring 27 returns to its original position, while the shock is softened by the spring 25 and the screw 12 blocked by the hole 11. The mixture of exhaust gases and water vapor through the pipe 54 (in Fig. 15-17) passes through the water through the check valve 55 located in b allone 56. In this case, the exhaust gases pass through the openings of the disk 58 into the pipe 57 and into the ICE muffler (shown by black arrows). And water vapor, cooling in the water of the cylinder 56, turn into water. Cylinder 56 is cooled by circulating water from tank 62 through pipe 60, pipe 59, pipe 66, and pump 67. Some of the exhaust gases can be captured by water and fed through pipe 66 to tank 62, but they will still flow from the tank through pipe 65 in the pipe 57 and due to injection will fall into the muffler. When the devices of FIG. 15-17, not only water vapor will be separated from the exhaust gases, but also heavy harmful impurities that will settle to the bottom of the tank 60 will separate.

В момент пуска ДВС кран 61 трубопровода 3 перекрыт. At the time of starting the engine, the valve 61 of the pipeline 3 is closed.

Таким образом, во время исполнения рабочего хода рабочие газы будут изолированы водяными парами от поверхностей цилиндра, дна крышки цилиндра верхней поверхности камеры сгорания, днища поршня, торцовых клапанов, что исключит потери энергии на нагрев этих поверхностей, а также пары воды создадут дополнительное давление на поршень. Давление же рабочих газов, расположенных внутри рабочей паровой оболочки, будет сохранено. Применение же устройств по фиг. 15-17 позволит обходиться относительно небольшим объемом воды в течение длительного времени. Это и будет составлять технико-экономический эффект от применения данного технического решения. Thus, during the execution of the working stroke, the working gases will be isolated by water vapor from the surfaces of the cylinder, the bottom of the cylinder cover of the upper surface of the combustion chamber, the piston bottom, the end valves, which will exclude energy losses from heating these surfaces, as well as water vapor will create additional pressure on the piston . The pressure of the working gases located inside the working steam shell will be preserved. The use of the devices of FIG. 15-17 will allow you to dispense with a relatively small volume of water for a long time. This will be the technical and economic effect of the application of this technical solution.

Claims

1. The method of injection of water into the cylinder of an internal combustion engine by injecting it through a pump nozzle during the working stroke of the engine piston with the subsequent release of a mixture of water vapor with exhaust gases, characterized in that an annular flow of injected water along the inner wall of the cylinder is formed, water vapor is separated from the mixture in the heat exchanger, they are cooled to a temperature lower than the boiling point, and the resulting water is filtered and sent to the pump nozzle for subsequent injection into the engine cylinder.

2. The method according to claim 1, characterized in that an additional injection of water is made by jets on the bottom surface of the cylinder cover, on the ends of the valves and valve recesses in the cover and on the walls of the separated combustion chambers.

3. The method according to claim 1, characterized in that the annular flow is directed to the piston bottom.

4. The method according to claim 1, characterized in that the plunger of the pump injector is driven by the pressure of the working gases of the combustion chamber of the engine, the latter being directed from the combustion chamber through a channel with an adjustable flow area into a cylindrical working gas chamber of the pump injector, the working gas chamber is placed the end face of the plunger of a larger diameter than the end face of the plunger placed in the working water chamber of the pump nozzle.

5. A device for injecting water into the cylinder of an internal combustion engine, comprising a pump nozzle, at least two profiled rings, an end hole in one of the rings for supplying water, in communication with a channel in the cylinder cover and with a working chamber of the pump nozzle, characterized in that the profiled rings are located one in the other, while the inner ring is installed in the outer one with the formation of a continuous annular groove in communication with the end hole for water supply, on one of the rings below the continuous annular groove ying spline grooves, grooves protrusions conjugate with the cylindrical surface of the other ring to form a number of small grooves, the outer surface of each small groove is formed with a diameter equal to the inner diameter of the cylinder or cylinder liner of the engine.

6. The device according to p. 5, characterized in that the shaped rings are located in an annular recess made in the cylinder cover.

7. The device according to p. 5, characterized in that the shaped rings are located in the engine cylinder above the cylinder liner.

8. The device according to PP.5 and 7, characterized in that the inner ring is made of radial holes directed upward to the bottom of the cylinder cover and to the ends of the valves and communicated with a continuous annular groove.

9. The device according to claim 5, characterized in that a check valve is installed in the hole for supplying water or in the channel of the cylinder cover near the hole for supplying water.

10. The device according to PP.5,7 and 8, characterized in that the piston bottom is made with recesses.

11. The device according to PP.5,7 and 8, characterized in that on the upper cylindrical part of the piston is made an annular groove with a diameter smaller than the inner diameter of the inner ring.

12. A nozzle pump comprising a housing fixed to the cylinder cover of an internal combustion engine, a stepped sleeve mounted in a housing mounted in the last stepped plunger, a working gas chamber formed from the end face of a larger diameter plunger and communicated with the combustion chamber of the engine through the gas channel , a working water chamber in communication with the combustion chamber through the water channel and through a hole for supplying water with a pipe made in the housing, a non-return valve installed in the water channel, and springs well, installed coaxially with the plunger with the possibility of interacting with the latter and the possibility of regulating its compression, characterized in that an adjusting screw is installed in the gas channel to change the bore of the specified channel, a rod is installed in the stepped sleeve, a working water chamber is formed between the end face of the smaller plunger and the end face of the rod, the latter is equipped with a drive for its reciprocating movement in the form of a screw pair of screw-nut, while the screw is rigidly connected to the rod, the rod is equipped with rigidly connected with it a gear installed with the possibility of interacting with a rail kinematically connected with the pedal to control the fuel supply to the engine, and the plunger is rigidly fixed to the rod and connected to the spring through the latter.

13. The nozzle pump according to item 12, wherein the plunger is equipped with a drive in the form of a camshaft cam.

14. The nozzle pump according to claim 12, characterized in that a groove for communicating the water channel with holes made in the cylinder cover and directed to the walls of the separated combustion chambers and to the ends of the engine valves is made at the end of the housing from its contact with the cylinder cover.

15. A heat exchange device containing a cylinder partially filled with water, the cavity of which is in communication with a pipe for supplying exhaust gases from the engine to the cylinder and with a pipe for exhausting gases from the cylinder to a silencer, a water tank, while the cavity of the tank and cylinder are interconnected by inlet and outlet pipes characterized in that the pipe for supplying exhaust gas from the engine to the cylinder is in communication with the lower part of the cylinder through a non-return valve, the pipe for exhaust gas from the cylinder to the muffler is communicated with the upper part Stu cylinder and the tank is provided with an additional pipe for communicating the cavity of the tank below the water level through a filter with a hole for water inlet to the pump-atomizer.

16. The device according to p. 15, characterized in that the tank is equipped with a thermometer and a device for cooling it, such as a fan.

17. The device according to p. 15, characterized in that the pipe for supplying exhaust gas from the engine to the cylinder is equipped with a coil wrapped around the pipe.

18. The device according to p. 15, characterized in that the cylinder body is U-shaped, a portion of the pipe for supplying exhaust gases from the engine to the cylinder is located inside the housing of the latter and secured therein, while the outlet end of the pipe is located below the water level in the cylinder.