WO2007068260A2 - Sistema apto para pulverizar agua al aire comburente aspirado en la admisión de los motores de combustión interna vehiculares e industriales - Google Patents
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Definitions
- the invention consists of a system suitable for spraying water into combustion air sucked into the intake of vehicle and industrial internal combustion engines, and relates to the field of mechanics and specifically to the automotive, moped, ships, equipment transport branch and machines such as agricultural, construction, rolling and stationary.
- a water supply nozzle with inverted conical perforations at its tip serves as an accelerator of the air flow which, as it passes through the nozzle, acts as a water nebulizer.
- Numerous prototype evaluations of the invention indicate that the optimum dosage should be limited between 1% and 5% of water in relation to the fuel used for each engine displacement.
- An electronic system responds to the pulse frequency connected to an analog converter.
- the specific objective of the invention is based on a System, installed in vehicle and industrial internal combustion engines, based on the principle of automatically controlled water spraying for each engine speed. and to the power required for the admission of the combustion air that together with the fuel, the combustion temperature can be lowered, the pressure increased, and the emission of particles reduced.
- Said improvement consists of a particular arrangement of elements that belong to said system, and are in submerged conditions inside a fluid reservoir, preferably distilled water, they generate heat of melt in the event that in winter times the water does not freezes, and in summer times these submerged elements are kept refrigerated eliminating the effect of increase their temperature, with this a sealed unit is achieved with greater control of the particles of water sprayed in the combustion air intake hose and following the combustion chamber of the internal combustion engines, increasing the performance of the engine and the effectiveness of the system mitigating the emissions of CO, HC, smoke and avoiding the formation of Nox.
- a fluid reservoir preferably distilled water
- the system is mainly composed of:
- Figure 1 it is a schematic representation of the different components, operatively connected to each other of said installed system and arranged on board the internal combustion engines for vehicles and industrial vehicles.
- Figure 2 it is a schematic representation of a component called a flange associated with a sprayer with its drain valve.
- chassis support 5. platelet with electronic command and control means
- Aspirating and impending electromagnetic dosing pump for water flow arranged inside the tank and in submerged conditions 10. connectors and sections of water conduit pipe pump-regulating valve, arranged inside the tank and in submerged conditions 11 Water flow regulating valve, arranged inside the tank and in submerged conditions 12. section of return pipe of the regulating valve
- Figure 1 represents the System suitable for spraying water according to a proportion of 1 to 5% of the fuel present in the mixture and installed on board them, which comprises a water supply circuit, preferably distilled, which includes at least a tank (1) water container with its respective supply mouth (2) and regulating cap (3) mounted on a chassis support (4), characterized because inside and at the base of said deposit
- elements that are operatively linked to each other and commanded externally automatically by means of an electronic platelet (5) are arranged submerged in said fluid; said elements constituted by a filter (7) associated by means of connectors and water conduction section (8) to an aspirating and impending electromagnetic metering pump of water flow (9), which on the one hand communicates through connectors and sections of conduit pipe (10) with a water flow regulating valve (11) with its respective calibrated passage return
- Figure 2 represents the bearing flange (23) of a sprayer (22) comprising a hollow cylindrical body, of external diameter adaptable to the suction hose (26), at whose ends they have a mesh
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Abstract
Sistema apto para pulverizar agua al aire comburente aspirado en la admisión de los motores de combustión interna vehiculares e industriales, comprende un circuito de alimentación de agua, preferentemente destilada, que incluye al menos de un depósito contenedor de agua con su respectiva boca de abastecimiento y tapón de regulación montado sobre un soporte de chasis, porque en el interior y en la base de dicho depósito se disponen en condición sumergida en el seno de dicho fluido elementos vinculados operativamente entre sí y comandados externamente en forma automática por medio de una plaqueta electrónica; constituidos dichos elementos por un filtro asociado por medio de conectores y tramo de conducción de agua a una bomba dosificadora electromagnética aspirante e impelente de caudal de agua, la cual por un lado se comunica a través de conectores y tramos de tubería de conducción con una válvula reguladora de caudal de agua con su respectivo retorno de paso calibrado de regulación manual y sobre ésta a su vez se comunica a través de conectores y tramos de tubería de conducción con una válvula de seguridad de corte de flujo de agua, continuando la trayectoria por un tramo de tubería hasta un conector de salida de agua de dicho depósito, pasando luego en condiciones externas a dicho depósito por un tramo de tubería de conducción en cuyo interior se aloja una válvula unidireccional de dicho fluido hasta finalizar en una brida portante de un pulverizador con su válvula de drenaje dispuesta en el interior de la manguera de admisión de la corriente de aire comburente.
Description
MEMORIA DESCRIPTIVA
1) CAMPO DE APLICACIÓN
La invención consiste en un Sistema apto para pulverizar agua al aire comburente aspirado en la admisión de los motores de combustión interna vehiculares e industriales, y se relaciona con el campo de la mecánica y específicamente con la rama de transporte automotor, ciclomotor, barcos, equipos y máquinas como agrícolas, de la construcción, rodantes y estacionarios .
A través del sistema se logra pulverizar en forma controlada según los distintos regímenes del motor una cierta cantidad de agua al aire comburente aspirado y posteriormente junto con el combustible en las proporciones ideales se mejora sensiblemente las condiciones de combustión de dicho, con el objeto de aumentar la potencia del motor, reducir sensiblemente la emanación de partículas contaminantes y lograr un ahorro de combustible, entre otros.
Estos importantes objetivos se logran por medio de la utilización de componentes de sencilla estructuración y fácil funcionamiento, que en la práctica han probado tener un alto grado de confiabilidad. Estos incluyen una bomba de impulsión de fluido, una válvula de regulación de flujo, filtro de agua, una boquilla de descarga, una válvula de seguridad de corte, brida asociado con un pulverizador de agua y un depósito de agua. La combinación de estos sencillos elementos definen un sistema económico, de fácil instalación, altamente confiable y versátil ya que con ligeras
modificaciones y sin apartarse del objeto inventivo propuesto se puede instalar en todo tipo de motores vehiculares e industriales, con alimentación de combustible como ser: Nafta, gasoil, gas natural comprimido (GNC) , gas licuado (GLP) , hidrógeno (H2) , biodiesel y otros .
2) ESTADO DE LA TÉCNICA Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Desde hace ya muchos años la industria automotriz en general está preocupada por mejorar los aspectos principales de los vehículos que fabrican que podemos subdividir en tres aspectos a los efectos del análisis de la presente invención, ya que existen otros muchos que escapan a este análisis, ellos son: a) mejorar la potencia de los motores en general, b) lograr un consumo menor de combustible por kilómetro recorrido, y c) tratar de eliminar las partículas contaminantes que emanan del caño de escape del motor.
Es un hecho técnico ampliamente conocido que la adición de agua al aire de admisión de los motores de combustión interna produce un fenómeno que aumenta la potencia efectiva, reduce el consumo horario y mitiga las emisiones de CO y HC y de partículas que resultan de la combustión incompleta de la mezcla carburante. Se sabe también que introduciendo agua y otras sustancias no combustible en la cámara de combustión, aumenta el rendimiento de los motores de combustión interna . El agua puede introducirse de tres formas que se cree son ventajosas a saber:
1* Inyección directa de agua en la cámara de combustión (por ejemplo la patente alemana DE -A-3.432.787 ó la patente americana US-A- 4.408.573) .
2* Introducción de vapor de agua ó de aire muy húmedo en la corriente del tubo de admisión de la cámara de combustión (por ejemplo la patente alemana DE-A- 2.602.287 ó la patente americana US-A-4.479.907) . 3* Preparación e introducción de una emulsión de combustible y agua en la cámara de combustión (por ejemplo la patente alemana DE-A-3.236.233 ó la patente americana US-A-4.191.512 y la publicación de la solicitud de patente japonesa JP 2003035212) . Estos sistemas conocidos funcionan de acuerdo con uno ó más parámetro operativos, como ser el número de revoluciones del motor (por ejemplo la patente americana US-A- 4.191.134), la depresión en el tubo de admisión (por ejemplo la patente americana US-A- 4.240.380) , el golpeteo ó picado del motor (por ejemplo la americana US-A- 4.406.255), la presión de los gases de escape (por ejemplo la patente americana US-A- 4.191.134), y/o la temperatura en el tubo de admisión (por ejemplo la patente europea EP-A-0009779) . También se ha concentrado en el diseño de dispositivos que adicionen el agua, en forma micronizada y regulada, al aire de admisión o a la cámara de combustión como en las patentes citadas abajo.
*La patente Argentina AR. 253.677, del 27 de septiembre de 1999 del mismo solicitante, aborda la adición de agua al aire de admisión mediante un sistema que por gravedad alimenta, desde un tanque de agua colocado a un nivel más elevado, a un circuito que comprende
filtros de agua, válvulas de seguridad ya sean neumáticas ó magnéticas que cortan el flujo de agua cuando el motor no está funcionando y una válvula de aguja dosificadora del agua calibrada según la cilindrada del motor. Incluidos en el circuito hay una torre que actúa como reservorio de agua y evita que el circuito se vacíe frente a una demanda súbita de agua. Un gicleur doble amortigua la succión momentáneamente excesiva de agua por los cilindros. Finalmente una boquilla surtidora de agua con perforaciones cónicas invertidas en su punta sirve de acelerador del flujo de aire que, al pasar a través de la boquilla actúa como nebulizador del agua. Numerosas evaluaciones de prototipos del invento indican que la dosificación óptima se debe limitar entre un 1% y 5% de agua en relación al combustible usado para cada cilindrada del motor.
* La publicación de la solicitud americana US 2003140873 de Wook del 31/07/2003, consiste de un dispositivo de inyección del agua en una cámara de combustión de un motor para disminuir humo y se caracteriza en un inyector de agua asociado a un mecanismo de abastecimiento de agua para ser colocado dentro de un tubo de succión del motor. El problema es cómo dosificar controladamente el agua en la medida correcta según los requerimientos del motor y de acuerdo a su cambiante régimen de marcha. Diferentes métodos de control han sido descriptos en varias publicaciones de patentes : * En la patente americana US 4,351,289 de Renda del 28 Septiembre 1982, la inyección de agua la realiza una
bomba bajo el control de un conmutador que controla el vacío en el múltiple de admisión y que entra en acción a determinado nivel de torque del motor.
* En la patente americana US 3,866,579 de Serruys del 18 de Febrero 1975, se fumiga una cantidad de agua que responde a un mecanismo de controla la carga del motor. Como es sabido que la carga depende de la succión (o grado de vacío) que se obtiene en el conducto de admisión, pasada la válvula mariposa, el control se realiza mediante una cápsula de presión aunque también controlando el caudal de gas a través de una boquilla u orificio de sección constante.
* En la patente americana US 4,563,982 de Pischinger del 14 de Junio de 1986, se describe un método de control del caudal de agua inyectada en relación al gas que se inyecta directamente a presión en la cámara de un motor. La cantidad de agua se regula según la posición de la válvula mariposa, o de un calibrador de fase que determine el grado de golpeteo del motor. * En la patente americana US 4,096,829 del 29 de abril de 1976 la inyección de agua se controla por medio de pulsos eléctricos transmitidos desde el distribuidor que se mantienen en proporción directa a los r.p.m del motor. El sistema de control solo se pone en marcha a 2000 r.p.m. y de acuerdo al vacío detectado en el múltiple de admisión.
Un sistema electrónico responde a la frecuencia de pulsos conectado a un convertidor analógico.
* En la patente americana US 4,240,830 de Slagle se describe un método de inyección de agua el que es bombeado a través de una boquilla cuyo caudal está
controlado por un diafragma que responde en relación directa a la presión ene. Múltiple de admisión. En general, los sistemas, dispositivos, aparatos y métodos citados anteriormente de control de la cantidad de agua por unidad de tiempo que se incorpora a la admisión de un motor aceptan que la inyección de agua responde al caudal de aire de admisión según la succión de los cilindros, que a su vez varía según la r.p.m. y la consecuente relación aire/combustible de cada régimen de marcha y, además la cilindrada del motor.
3) OBJETIVOS
Partiendo del estado actual y el arte previo de la técnica mencionado precedentemente, el objetivo concreto del invento se basa en un Sistema, instalado en los motores de combustión interna vehiculares e industriales, basándose en el principio de pulverizar agua controlada automáticamente para cada revoluciones del motor y a la potencia requerida a la admisión del aire comburente que junto con el combustible, se logra bajar la temperatura de combustión, aumentar la presión, y reducir la emisión de partículas. Dicha mejora consiste en una disposición particular de elementos que pertenecen a dicho sistema, y se encuentran en condiciones sumergida en el interior de un depósito de fluido, preferentemente agua destilada, los mismos generan calor de derretimiento en el caso que en épocas invernales el agua no se congele, y en épocas de verano dichos elementos sumergidos se mantienen refrigerados eliminando el efecto de aumento
de temperatura de los mismos, con esto se logra una unidad sellada con un mayor control de las partículas de aguas pulverizadas en la manguera de admisión de aire comburente y siguiendo rumbo a la cámara de combustión de los motores de combustión interna, aumentando el rendimiento del motor y la efectividad del sistema mitigando las emisiones de CO, HC, humo y evitar la formación de Nox.
4) DESCRIPCIÓN BÁSICA DEL SISTEMA
El sistema está compuesto principalmente por:
• Un depósito de alimentación de agua. • Una bomba dosificadora electromagnética aspirante e impelente de caudal de agua
• Una válvula reguladora de caudal de agua
• Una válvula de seguridad de corte de flujo de agua
• Brida asociado a un pulverizador con su válvula de drenaje de agua
• Plaqueta electrónica con medios de comandos y accionamiento, y componentes operativos técnicos para el funcionamiento en conjunto de los ítems enunciados precedentemente .
5) BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
En la figura 1, es una representación esquemática de los distintos componentes, conectados operativamente entre sí de dicho sistema instalado y dispuestos a bordo de los motores de combustión interna vehiculares e industriales.
En la figura 2, es una representación esquemática de un componente denominado brida asociado a un pulverizador con su válvula de drenaje.
6) LISTADO DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA
1. depósito de almacenamiento de agua
2. boca de abastecimiento de depósito
3. tapón de regulación
4. soporte chasis 5. plaqueta con medios electrónicos de comando y control
6. bornera de conexión
7. filtro interno de agua
8. conectores y tramos de tubería de conducción de agua a la bomba, dispuestos en el interior del depósito y en condiciones de sumergidos
9. bomba dosificadora electromagnética aspirante e impelente de caudal de agua, dispuestos en el interior del depósito y en condiciones sumergida 10. conectores y tramos de tubería de conducción de agua bomba- válvula reguladora, dispuestos en el interior del depósito y en condiciones sumergidos 11. válvula reguladora de caudal de agua, dispuesta en el interior del depósito y en condiciones sumergida 12. tramo de tubería de retorno de la válvula reguladora
13. retorno con paso calibrado de regulación manual
14. conectores y tramos de tubería de conducción de agua, válvula reguladora, válvula de seguridad de corte, dispuestos en le interior del depósito y en condiciones sumergidos
15. válvula de seguridad de corte de flujo de agua, dispuesta en el interior del depósito y en condiciones sumergida
16. tramo de tubería de conducción de salida de la válvula de seguridad de corte, dispuesto en el interior del depósito y en condiciones sumergido
17. conector externo al depósito de salida de agua
18. tramo de tubería de conducción de agua externo al depósito 19. filtro externo de flujo de agua
20. válvula unidireccional de flujo de agua
21. válvula de drenaje
22. pulverizador de flujo de agua
23. brida 24. colector de ingreso de aire comburente
25. filtro de aire
26. manguera de admisión de aire comburente
27. malla tejida dispuestas en ambos extremos de la brida 28. motor
7) DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La figura 1, representa el Sistema apto para pulverizar agua según una proporción del 1 al 5% del carburante presente en la mezcla e instalado a bordo de los mismos, que comprende un circuito de alimentación de agua, preferentemente destilada, que incluye al menos de un depósito (1) contenedor de agua con su respectiva boca de abastecimiento (2) y tapón de regulación (3) montado sobre un soporte de chasis (4) , caracterizado
porque en el interior y en la base de dicho depósito
(1) se disponen en condición sumergida en el seno de dicho fluido elementos vinculados operativamente entre sí y comandados externamente en forma automática por medio de una plaqueta electrónica (5) ; constituidos dichos elementos por un filtro (7) asociado por medio de conectores y tramo de conducción de agua (8) a una bomba dosificadora electromagnética aspirante e impelente de caudal de agua (9), la cual por un lado se comunica a través de conectores y tramos de tubería de conducción (10) con un válvula reguladora de caudal de agua (11) con su respectivo retorno de paso calibrado
(13) de regulación manual , y sobre ésta a su vez se comunica a través de conectores y tramos de tubería de conducción (14) con una válvula de seguridad de corte de flujo de agua (15) , continuando la trayectoria por un tramo de tubería (16) hasta un conector de salida de agua (17) de dicho depósito (1) , pasando luego en condiciones externas a dicho depósito (1) por un tramo de tubería de conducción en cuyo interior se aloja una válvula unidireccional (20) de dicho fluido hasta finalizar en una brida portante (23) de un pulverizador
(22) con su válvula de drenaje (21) dispuesta en el interior de la manguera de admisión (26) de la corriente de aire comburente .
La figura 2, representa la brida portante (23) de un pulverizador (22) comprende de un cuerpo cilindrico hueco, de diámetro exterior adaptable a la manguera de aspiración (26) , en cuyos extremos poseen una malla
(27) de tejido para lograr un efecto torbellino de la
masa de aire - agua aspirada en los distintos regímenes del motor (28) .
8) PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO El agua, preferentemente destilada, que contiene el depósito pasa primero por un elemento filtrante para luego continuar su camino e ingresar a una bomba dosificadora de caudal de agua comandada electrónicamente por pulsos de una plaqueta con medios electrónicos de comando y control, siguiendo su trayectoria a una válvula que regula el flujo de agua con respecto a la aspiración de admisión del motor, la cual tiene un retorno regulable para aliviar la presión de la bomba, luego éste flujo pasa por una válvula de corte que es accionada por el contacto del motor, el flujo es filtrado en el exterior del depósito nuevamente, continuando por un tramo de tubería de conducción en el cual en un punto de su trayectoria pasa por una válvula unidireccional ( de no retorno de flujo de agua) , y finalmente llega a una válvula de drenaje y pulverizador, el mismo está incorporado a una brida que se instala en la manguera de admisión de aire comburente de los motores, el cual se encuentra el filtro de aire y el múltiple de admisión. También por intermedio de ensayos realizados por el propio inventor se obtuvieron en la prácticas parámetros de gran importancia que merecen ser comentados, de acuerdo a la aplicación en motores alimentados a gas natural comprimido (GNC) , se utilizó preferentemente una pulverización de agua en el motor según una proporción de 0,2 al 1% del carburante
presente en la mezcla, obteniendo un gran performance del mismo.
De acuerdo con todo lo precedentemente expuesto e ilustrado, resulta fácil comprender las ventajas de orden práctico que ofrece éste Sistema, por lo tanto las reivindicaciones anexas cubren el alcance de la invención.
Claims
1. Sistema apto para pulverizar agua al aire comburente aspirado en la admisión de los motores de combustión interna vehiculares e industriales, según una proporción del 1% al 5% del carburante presente en la mezcla e instalado a bordo de los mismos, que comprende un circuito de alimentación de agua, preferentemente destilada, que incluye al menos de un depósito (1) contenedor de agua con su respectiva boca de abastecimiento (2) y tapón de regulación (3) montado sobre un soporte de chasis (4) , caracterizado porque en el interior y en la base de dicho depósito (1) se disponen en condición sumergida en el seno de dicho fluido elementos vinculados operativamente entre si y comandados externamente en forma automática por medio de una plaqueta electrónica (5) ; constituidos dichos elementos por un filtro (7) asociado por medio de conectores y tramo de conducción de agua (8) a una bomba dosificadora electromagnética aspirante e impelente de caudal de agua (9), la cual por un lado se comunica a través de conectores y tramos de tubería de conducción (10) con un válvula reguladora de caudal de agua (11) con su respectivo retorno de paso calibrado (13) de regulación manual , y sobre ésta a su vez se
comunica a través de conectores y tramos de tubería de conducción (14) con una válvula de seguridad de corte de flujo de agua (15) , continuando la trayectoria por un tramo de tubería (16) hasta un conector de salida de agua (17) de dicho depósito (1) , pasando luego en condiciones externas a dicho depósito (1) por un tramo de tubería de conducción en cuyo interior se aloja una válvula unidireccional (20) de dicho fluido hasta finalizar en una brida portante (23) de un pulverizador (22) con su válvula de drenaje (21) dispuesta en el interior de la manguera de admisión (26) de la corriente de aire comburente .
2. Sistema apto para pulverizar agua al aire comburente aspirado en la admisión de los motores de combustión interna vehiculares e industriales, según la reivindicación N°l, caracterizado porque la brida portante (23) del pulverizador (22) comprende de un cuerpo cilindrico hueco, de diámetro exterior adaptable a la manguera de aspiración (26) , en cuyos extremos poseen una malla (27) de tejido para lograr un efecto torbellino de la masa de aire- agua aspirada en los distintos regímenes del motor (28) .
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