RU2699871C1 - Устройство подачи воды в газодизельный двигатель - Google Patents

Устройство подачи воды в газодизельный двигатель Download PDF

Info

Publication number
RU2699871C1
RU2699871C1 RU2018145237A RU2018145237A RU2699871C1 RU 2699871 C1 RU2699871 C1 RU 2699871C1 RU 2018145237 A RU2018145237 A RU 2018145237A RU 2018145237 A RU2018145237 A RU 2018145237A RU 2699871 C1 RU2699871 C1 RU 2699871C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
gas
exhaust gases
engine
cooler
Prior art date
Application number
RU2018145237A
Other languages
English (en)
Inventor
Геннадий Степанович Савельев
Максим Николаевич Кочетков
Евгений Валентинович Овчинников
Яков Петрович Лобачевский
Андрей Владимирович Трубицын
Сергей Юрьевич Уютов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2018145237A priority Critical patent/RU2699871C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2699871C1 publication Critical patent/RU2699871C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only
    • F02B47/08—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only the substances including exhaust gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложенное устройство подачи воды в газодизель содержит емкость с водой 1, трубопроводы подачи воды 2 и распылители 3 воды инжекторного типа. Устройство снабжено охладителем-смесителем 4, в который установлены распылители 3. Охладитель-смеситель имеет контур охлаждения 5, в котором циркулирует охлаждающая жидкость и контур рециркулируемых отработавших газов 6, который обеспечивает охлаждение перепускаемых из выпускного коллектора во впускной коллектор двигателя отработавших газов. Впрыск воды осуществляется в поток горячих (более 120°С) отработавших газов в конверсивной камере 7, где вода переходит из жидкого фазного состояния в парообразное, далее пар смешивается с отработавшими газами в каналах охладителя-смесителя 8, образуя парогазовую смесь, при этом вода дополнительно охлаждает отработавшие газы. Управление подачей воды и регулирование подачи парогазовой смеси осуществляется дозирующим устройством 9 по сигналам блока управления 10. Регулирование осуществляется по сигналам от датчиков двигателя в зависимости от скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя. Устройство служит для улучшения топливной экономичности, обеспечения бездетонационной работы, снижения токсичности газодизельного двигателя. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к системам выпуска отработавших газов, системам питания дизелей жидким и газообразным топливом, в частности сжиженным углеводородным газом и может использоваться в системах питания двигателей внутреннего сгорания работающих на газомоторных топливах, таких как сжиженные углеводородные топлива, природный газ и другие.
Известна система автоматического управления подачей активатора в дизель, содержащая устройство для подачи активатора и распылитель. Распылитель размещен во впускном трубопроводе дизеля и управляется электромагнитом, связанным с источником питания. Система содержит также электронный блок управления и датчики температуры охлаждающей жидкости и допустимого снижения напряжения, электрически соединенные с источником питания, а также датчик частоты вращения коленчатого вала и датчик положения рейки топливного насоса высокого давления. Информативные сигналы от датчиков поступают через электронный блок управления в электромагнит распылителя с периодичностью и продолжительностью, зависящими от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя. Устройство для подачи активатора выполнено в виде электрического насоса, соединенного с электронным блоком управления. Распылитель и электромагнит объединены в один узел и представляют собой электромагнитную форсунку. Подключение электронного блока управления и электрического насоса к источнику питания происходит автоматически по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика допустимого снижения напряжения соответственно при температуре 50+5°С и напряжении 9-14 В, а отключение - при температуре 95+5°С и напряжении ниже 9 В (патент РФ 2273750, МПК F 02 D 19/12, F 02 M 43/00, 2006).
Известная система не обеспечивает фазного перехода активатора - воды из жидкого состояния в парообразное, что не позволяет использовать в качестве активатора воду, при этом использование воды в качестве активатора, позволяет исключить детонацию на всех режимах работы газодизельных двигателей и снижает выбросы вредных веществ с отработавшими газами.
Известно устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания содержащее емкость с водой, поплавковую камеру, трубопроводы подачи воды и распылители воды, присоединенные к карбюратору. Распылители воды инжекторного типа содержат сопло Лаваля с боковыми воздушными отверстиями и подключены по одному к горловинам диффузоров первичной и вторичной смесительных камер и два распылителя за дроссельной заслонкой первичной смесительной камеры карбюратора, трубопроводы которых содержат электромагнитные клапаны воды. Один из клапанов электрически связан с топливным электромагнитным клапаном холостого хода, а другой - с концевым выключателем, приводимым в действие рычагом привода топливного ускорительного насоса карбюратора (патент РФ 2260144, МПК F 02 M 25/022, 2017).
Недостатком известного устройства является его применимость только в карбюраторных двигателях, отсутствие возможности фазного перехода состояния воды. Поступление водного раствора в карбюратор непосредственно через патрубок не производит качественного распыла и приводит к неустойчивой работе двигателя. Отсутствие автоматического регулирования соотношения воды в топливе.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя заключающийся в предварительном приготовлении жидкого активатора, подающегося через наконечник-дозатор во впускной трубопровод дизельного двигателя, при этом оптимизируется состав аэрозольной смеси активатора с воздухом. В качестве активатора используют следующий состав:
- перекись водорода - 23-53%
- алифатические спирты - 5-10%
- антикоррозионная присадка -0,1-0,3%
- стабилизирующее вещество - 0,1-0,2%
- остальное - дистиллированная вода.
При этом указанный активатор обрабатывают в устройстве в виде аэрозольного генератора, работающего в трех режимах: распылительном, комбинированном и барботажном, в зависимости от литража дизеля. В аэрозольном генераторе размещен картридж-поплавок, обеспечивающий оптимальный состав аэрозоли в зависимости режимов работы ДВС за счет постоянного уровня активатора в картридже. Генератор связан гибким трубопроводом с наконечником-дозатором, имеющим насадку-рассекатель, размещенную с зазором в сужающемся в направлении потока воздуха кожухе, закрепленном во впускном воздуховоде. Изменение характеристик турбулирования активатора осуществляется регулированием подачи воздуха через барботажную трубку и электромагнитный клапан и изменением пропускной способности нижнего патрубка трехходового крана. Используя варианты формы насадки-рассекателя, повышают дисперсность аэрозоли в зависимости от типа ДВС. (патент РФ 2510469, МПК F02M43/00,F02M25/00,F02D19/12. 2014)
Недостатком известного способа является сложность подготовки и высокая стоимость активатора, необходимость установки устройства обработки активатора, отсутствие возможности фазного перехода состояния активатора.
Технической задачей изобретения является улучшение топливной экономичности, исключение явления детонации на всех режимах работы двигателя в газодизельном режиме, упрощение конструкции, повышение надежности, снижение токсичности отработавших газов двигателя.
Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство подачи воды в газодизель содержащее емкость с водой, трубопроводы подачи воды и распылители воды инжекторного типа, согласно изобретению, снабжено охладителем-смесителем, с жидкостным контуром охлаждения и контуром рециркулируемых отработавших газов, конверсивной камерой, выпускными впускным коллекторами двигателя, дозирующим устройством регулирования подачи парогазовой смеси и блоком управления.
Изобретение объясняется чертежом, на котором представлено устройство подачи воды в газодизель.
Устройство подачи воды в газодизель содержит емкость 1 с водой, трубопроводы 2 подачи воды и распылители 3 воды инжекторного типа установленные в охладитель-смеситель 4, имеющий контур 5 охлаждения, в котором циркулирует охлаждающая жидкость и контур 6 рециркулируемых отработавших газов, который обеспечивает охлаждение перепускаемых из выпускного коллектора во впускной коллектор двигателя отработавших газов. Впрыск воды осуществляется в поток горячих отработавших газов по ходу движения газов в конверсивной камере 7, где вода переходит из жидкого фазного состояния в парообразное. Далее пар смешивается с отработавшими газами в каналах 8 охладителя-смесителя 4,образуя паро-газовую смесь, при этом вода дополнительно охлаждает отработавшие газы, а управление подачей воды для достижения необходимой концентрации парогазовой смеси (2-7% содержания пара) и регулирование подачи парогазовой смеси дозирующим устройством 9 во впускной коллектор двигателя (до 50% воздуха), обеспечивается блоком управления 10,который может быть выполнен в качестве отдельного устройства или интегрирован в блок управления двигателем. Регулирование осуществляется по сигналам от датчиков двигателя в зависимости от скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя.
Устройство позволяет улучшить топливную экономичность, обеспечивает бездетонационную работу газодизельного двигателя, повысить надежность системы на всех скоростных и нагрузочных режимах работы тепловых поршневых двигателях работающих на газе.
Устройство подачи воды в газодизель работает следующим образом.
Добавление паров воды в рабочую смесь в количестве 2...7% на данных режимах снижает теплонапряженность цилиндро-поршневой группы и скорость распространения пламени, что позволяет исключить детонацию на режимах от 82% до номинальной мощности, а так же на корректорной ветви. Система подачи воды интегрирована в систему рециркуляции, вода впрыскивается в струю горячих отработавших газов, температура которых составляет 200...800оС, где испаряется и далее пар с отработавшими газами поступает во впускной коллектор.
Отбор отработавших газов производится в выпускном трубопроводе, на минимальном расстоянии от выпускного коллектора двигателя, далее отработавшие газы поступают в соответствующий контур охладителя-смесителя 4, где в конверсивную камеру 7 в струю раскаленных газов распылителями 3 впрыскивается 2...7% воды от количества отработавших газов. Количество впрыскиваемой воды определяется блоком управления 10 подачи топлива, пропорционально расходу топлива и величине нагрузки на двигатель увеличивая подачу воды при увеличении нагрузки. В конверсивной камере 7охладителя-смесителя 4 вода испаряется и далее в каналах 8 смесителя-охладителя 4 пар смешивается с отработавшими газами, одновременно охлаждая его. Подготовленная парогазовая смесь через регулируемый блоком управления 10 запорный элемент (не показан) поступает во впускной трубопровод двигателя внутреннего сгорания. Охладитель-смеситель 4 имеет контур 5 охлаждения, в котором циркулирует охлаждающая жидкость, и который может быть выполнен независимым или включен в систему охлаждения двигателя, обеспечивающую снижение температуры отработавших газов ниже 100 С. Вода поступает в распылители 3 из отдельной емкости для воды оснащенной насосом с регулятором давления по водяным трубопроводам 2. Регулировка количества рециркулируемых газов осуществляется регулируемым запорным элементом под управлением блока управления 10 подачи топлива двигателя.
Сгорание пропан-бутановых смесей в цилиндре двигателя на режимах работы более 50% от максимальной мощности и на корректорной ветви сопровождается детонацией. Использование системы рециркуляции отработавших газов позволяет повысить порог возникновения детонации и обеспечить без детонационное сгорание пропан-бутановой смеси на режимах 50%...82% от максимальной мощности, при запальной дозе 30%. Обеспечение перепуска 40...50% отработавших газов на режимах 82...95% мощности позволяет исключить детонацию при запальной дозе 40%, дальнейшее увеличение мощности до номинальной влечет за собой существенное увеличение запальной дозы до 45..60%. Применение изобретения, с для снижения объема запальной дозы до 30 %, обеспечивает испарение водяного заряда за счет тепловой энергии отработавших газов и перепуск отработавших газов до 50%, с паровым зарядом во впускной коллектор, что обеспечивает без детонационное сгорание пропан-бутановой смеси на всех скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя, при запальной дозе 30%.
В лаборатории «Двигателей и применения альтернативных топлив» ФГБНУ ФНАЦ ВИМ изготовлен и испытан опытный образец устройства подачи воды в газодизель.
Результаты испытаний показали, что предложенное устройство подачи воды в газодизель обеспечивает исключение явления детонации на всех режимах работы двигателя в газодизельном режиме, имеет более простую конструкцию, высокую надежность, улучшает топливную экономичность двигателя и снижает токсичность отработавших газов двигателя.

Claims (1)

  1. Устройство подачи воды в газодизельный двигатель, содержащее емкость с водой, трубопроводы подачи воды и распылители воды инжекторного типа, отличающееся тем, что устройство снабжено охладителем-смесителем с жидкостным контуром охлаждения и контуром рециркулируемых отработавших газов, конверсивной камерой, выпускным и впускным коллекторами двигателя, дозирующим устройством регулирования подачи парогазовой смеси и блоком управления.
RU2018145237A 2018-12-20 2018-12-20 Устройство подачи воды в газодизельный двигатель RU2699871C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145237A RU2699871C1 (ru) 2018-12-20 2018-12-20 Устройство подачи воды в газодизельный двигатель

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145237A RU2699871C1 (ru) 2018-12-20 2018-12-20 Устройство подачи воды в газодизельный двигатель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699871C1 true RU2699871C1 (ru) 2019-09-11

Family

ID=67989838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145237A RU2699871C1 (ru) 2018-12-20 2018-12-20 Устройство подачи воды в газодизельный двигатель

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699871C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114060184A (zh) * 2020-07-31 2022-02-18 比亚迪股份有限公司 一种水气混合装置及发动机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9188050B2 (en) * 2013-03-21 2015-11-17 Mazda Motor Corporation Engine cooling system
US9631580B2 (en) * 2012-11-01 2017-04-25 Jared William Brown High-enthalpy fluid injection integrated with glow plug
US20170114738A1 (en) * 2015-10-26 2017-04-27 Ford Global Technologies, Llc Method for utilizing condensate to improve engine efficiency
RU2618158C1 (ru) * 2013-06-28 2017-05-02 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Управляющее устройство для двигателя внутреннего сгорания
RU2627762C2 (ru) * 2012-02-16 2017-08-11 Ман Трак Унд Бас Аг Способ работы двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением
US9790852B2 (en) * 2013-06-12 2017-10-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Condensed water treatment device for internal combustion engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627762C2 (ru) * 2012-02-16 2017-08-11 Ман Трак Унд Бас Аг Способ работы двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением
US9631580B2 (en) * 2012-11-01 2017-04-25 Jared William Brown High-enthalpy fluid injection integrated with glow plug
US9188050B2 (en) * 2013-03-21 2015-11-17 Mazda Motor Corporation Engine cooling system
US9790852B2 (en) * 2013-06-12 2017-10-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Condensed water treatment device for internal combustion engine
RU2618158C1 (ru) * 2013-06-28 2017-05-02 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Управляющее устройство для двигателя внутреннего сгорания
US20170114738A1 (en) * 2015-10-26 2017-04-27 Ford Global Technologies, Llc Method for utilizing condensate to improve engine efficiency

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114060184A (zh) * 2020-07-31 2022-02-18 比亚迪股份有限公司 一种水气混合装置及发动机
CN114060184B (zh) * 2020-07-31 2023-04-07 比亚迪股份有限公司 一种水气混合装置及发动机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102269081B (zh) 发动机进气管喷水系统
CN111997746B (zh) 一种进气道及直喷复合的掺氢汽油燃料转子机及其控制方法
US4167919A (en) Method and apparatus for hydrogen fueled internal combustion engines
CN104968913A (zh) 用于减少来自涡轮增压直喷式汽油发动机的颗粒的进气口喷射系统
WO1995014856A3 (en) Internal combustion engine fuel supply system and method
US6912977B2 (en) Hydrogen assisted combustion
WO1983003120A1 (en) Arrangement for the injection of fuel, like lpg, in liquid form
RU181507U1 (ru) Дизель
US4030456A (en) Vapor injector for internal combustion engines
KR101902750B1 (ko) 분사 장치, 내연기관 및 가솔린 및 cng용 분사 장치의 작동 방법
CN105673281B (zh) 一种气/液双燃料缸内/缸外双喷射装置及控制方法
CN110318892A (zh) 一种乙醇熏蒸/柴油双燃料发动机多模式燃烧组织方法
RU2699871C1 (ru) Устройство подачи воды в газодизельный двигатель
CN102251885A (zh) 一种船用柴油机高温高压燃油供给方法及装置
US10598131B2 (en) Method and device for the open-loop or closed-loop control of the amount of a fuel mixture
CN109736936B (zh) 可控压升率的零氮烃类燃料点燃式转子机及其控制方法
US4417547A (en) Engine speed and engine load responsive fluid injection system for an internal combustion engine
US20040103859A1 (en) Diesel emission and combustion control system
US4411224A (en) Fluid injection system for a turbocharged internal combustion engine
RU189276U1 (ru) Устройство подачи воды в газодизельный двигатель
CN2931820Y (zh) 点燃式内燃机汽化器
RU2697600C1 (ru) Система рециркуляции газодизельного двигателя
RU2465484C2 (ru) Способ питания поршневого двигателя и система питания этого двигателя
RU190166U1 (ru) Система рециркуляции газодизельного двигателя
CN108533422A (zh) 一种醇类发动机掺水喷射系统及掺水喷射方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201221