СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02M25/00 F02D21/06 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для повышения полноты сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания, преимущественно с воспламенением от сжатия.

Известны системы питания двигателей внутреннего сгорания, в которых осуществляется предварительная (перед впрыском в цилиндры) подготовка топлива путем смешения с растворимой в нем присадкой, что приводит к улучшению смесеобразования, повышению полноты сгорания и уменьшению токсичности отработавших газов.

Наиболее распространены системы питания, в которых предварительная подготовка топлива осуществляется путем его смешения со сжиженным газом в линии высокого или низкого давления (см. Н.Н.Патрахальцев, В.И.Куличков, П. Д. Лукачев. Возможности экономии дизельного топлива при организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1990, N 10 - с. 8-9) или путем его насыщения газом, например, атмосферным воздухом, в специальной емкости (см. схему установки для предварительной подготовки топлива по а.с. N 1343074, кл. F 02 M 23/00, 1987 г, Бюл. N 37).

Недостатками указанных систем являются: в первом случае - нестабильность процесса топливоподачи из-за парообразования в линии низкого давления и усложнение системы из-за необходимости введения второго топливного насоса при подаче сжиженного газа в линию высокого давления; во втором случае - усложнение конструкции дизеля, вследствие необходимости бака высокого давления, а также повышение эксплуатационных затрат.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая резервуар с углеводородным топливом, источник присадки в виде газа, топливный насос высокого давления, сообщенный с резервуаром, регулятор, связанный с источником присадки, и по меньшей мере одну форсунку, в корпусе которой выполнен канал подачи углеводородного топлива к распылителю, связанный при помощи трубопровода высокого давления с топливным насосом, и канал подачи присадки к распылителю, соединенный магистралью с регулятором и имеющий смесительно-аккумулирующего камеру с обратным клапаном (а.с. N 1087681, кл. F 02 M 25/10, 1984 г., Бюл. N 15).

При работе двигателя топливный насос высокого давления нагнетает жидкое углеводородное топливо в подплунжерную полость форсунки, откуда оно впрыскивается в цилиндр двигателя. В конце впрыска давление в подплунжерной полости падает и смесительно-аккумулирующая камера форсунки заполняется через обратный клапан газовой присадкой. После запирания форсунки подвижной иглой давление в подплунжерной полости форсунки нарастает, часть газа растворяется в топливе и при последующем впрыске происходит подача в цилиндр газотопливной эмульсии. Это улучшает процесс смесеобразования, т.к. в факеле распыливаемой смеси развивается дополнительная турбулизация, вследствие выделения растворенной в топливе газовой присадки (см. Я.Б.Чертков, Современные и перспективные углеводородные и дизельные топлива.- М.: Химия, 1968. - с. 208).

Общими существенными признаками известной системы питания и заявляемого технического решения является наличие резервуара с жидким углеводородным топливом, топливного насоса высокого давления, сообщенного трубопроводами с резервуаром и форсунками для впрыска топлива в цилиндры, и источника газа повышенного давления. В системе питания - прототипе предварительная подготовка топлива путем смешения с растворимым в нем газом осуществляется в смесительно-аккумулирующей камере, расположенной в корпусе форсунки, в течение весьма ограниченного промежутка времени (порядка нескольких миллисекунд). В связи с этим в известной системе питания не достигается содержание растворенного газа в топливе, обеспечивающее эффективное смесеобразование, испарение и высокую полноту сгорания топлива в цилиндре. В частности, отмечается, что ". . . в условиях реального дизеля к моменту образования пламени в цилиндре наличиствует жидкая фаза в количестве 20-40% впрыснутой дозы" (см. Ю.Б.Свиридов, П.В.Малявинский, М.М.Вихерт, Топливо и топливоподача автотранспортных дизелей. - Л.: Машиностроение, 1979. - с. 144).

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы питания двигателя внутреннего сгорания, в которой путем введения новых конструктивных элементов обеспечивается возможность более глубокого предварительного насыщения растворенным газом жидкого углеводородного топлива без изменения конструкции форсунки, являющейся одним из наиболее сложных в изготовлении и отработке элементов системы питания двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, что расширит функциональные возможности системы в плане сокращения продолжительности и увеличения полноты сгорания и улучшения топливной экономичности двигателя. Поставленная задача решается тем, что в системе питания двигателя внутреннего сгорания, содержащей резервуар с жидким углеводородным топливом, топливный насос высокого давления, сообщенный трубопроводами с резервуаром и форсунками для впрыска топлива в цилиндры, и источник газа повышенного давления, согласно изобретению, в трубопроводе перед топливным насосом установлена проточная герметичная емкость, на входе в которую установлен механический насос, всасывающий патрубок которого соединен с источником газа магистралью, содержащей обратный клапан.

Кроме того, объем проточной герметичной емкости составляет не менее 0,8 литра на литр рабочего объема цилиндров двигателя; внутри емкости установлена перегородка, отделяющая вход в емкость от выхода из нее, при этом емкость соединена с источником газа магистралью наддува и на ее верхнем днище установлен предохранительный клапан.

Кроме этого, на входе газовой магистрали во всасывающий патрубок механического насоса установлена пористая вставка.

Кроме этого, к выходному трубопроводу проточной емкости подсоединен трубопровод отбора топлива, соединенный со всасывающим патрубком механического насоса.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система отличается тем, что:
1) в трубопроводе перед топливным насосом установлена проточная герметичная емкость, на входе в которую установлен механический насос, всасывающий патрубок которого соединен с источником газа магистралью, содержащей обратный клапан;
2) объем проточной герметичной емкости составляет не менее 0,8 литра на литр рабочего объема цилиндров двигателя, а внутри нее установлена перегородка, отделяющая вход в емкость от выхода из нее, при этом емкость соединена с источником газа магистралью наддува, а на ее верхнем днище установлен предохранительный клапан;
3) на входе газовой магистрали во всасывающий патрубок механического насоса установлена пористая перегородка;
4) к выходному трубопроводу проточной емкости подсоединен трубопровод отбора топлива, соединенный со всасывающим патрубком механического насоса.

Совокупность 1) указанных отличительных признаков является достаточной во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, а остальные характеризуют изобретение в отдельных случаях его выполнения.

Наличие в трубопроводе перед входом в топливный насос проточной герметичной емкости, на входе в которую установлен механический насос, всасывающий патрубок которого соединен с источником газа повышенного давления магистралью, позволяет обеспечивать эффективное насыщение жидкости газом путем его растворения при перемешивании в механическом насосе с последующей выдержкой под давлением в емкости в течение достаточно длительного (> 10 мин) времени (см. В. Н. Покровский, Е.П.Аракчеев, Очистка сточных вод тепловых электростанций. - М.: Энергия, 1980, 75 с., с. 86-87), а установка на газовой магистрали обратного клапана предохраняет источник газа от попадания в него топлива.

Выбор объема проточной герметичной емкости из расчета не менее 0,8 литра на литр рабочего объема цилиндров двигателя, наряду с установкой в емкости перегородки, отделяющей вход в емкость от выхода из нее, позволяет обеспечить не менее, чем 10-минутное пребывание топлива в емкости (см. ГОСТ 20000 - 82 (88) Дизели тракторные и комбайновые. Основные параметры, Общие технические требования. - М.: Госстандарт СССР, с. 2-3), что является необходимым условием для достижения концентрации растворенного газа, близкой к насыщению (см. Chang E.T, Cokeen N.A., Peston T.M. Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 6, N 10, 1969, - pp 1177 -1179, а также В.Н.Покровский и др. Очистка сточных вод тепловых...., 76 с). При этом наличие магистрали наддува емкости и регулируемого предохранительного клапана на ней позволяет в соответствии с законом Генри:
V_B = kP,
где V_B - объем воздуха, растворенного в единице объема топлива, приведенный к нормальным атмосферным условиям; P - давление, кг/см²; k - коэффициент (для дизельного топлива к ≅ 0,1, см. описание изобретения к а.с. N 289215, Бюл. N 1, 1971), в более широких пределах регулировать количество газа, растворенного в единице объема жидкости, и оптимизировать его применительно к конкретному двигателю и условиям его эксплуатации.

Установка на входе газовой магистрали во всасывающий патрубок механического насоса пористой вставки, позволяет обеспечить подачу газа на вход в насос в виде микропузырьков примерно одинакового размера, что улучшает условия работы насоса и повышает интенсивность растворения газа в вихревых потоках, создаваемых движущимися частями механического насоса.

Установка на выходном трубопроводе емкости трубопровода отбора топлива, соединенного со всасывающим патрубком механического насоса, позволяет за счет создания рециркуляционного расхода топлива уменьшить объем проточной емкости при сохранении необходимого уровня газонасыщения топлива, подаваемого на вход в топливный насос высокого давления, за счет увеличения среднего времени пребывания топлива в механическом насосе и емкости.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема системы питания.

Система питания содержит резервуар 1 с жидким углеводородным топливом, топливный насос высокого давления 2, соединенный трубопроводами с резервуаром 1 и форсунками (не показаны), источник газа повышенного давления 3. В трубопроводе перед топливным насосом 2 установлена проточная герметичная емкость 4 с внутренней перегородкой, регулируемым предохранительным клапаном 6 и магистралью наддува 7 от источника 3. На входе в емкость 4 установлен механический насос 8, всасывающий патрубок которого соединен с источником газа 3 магистралью 9 с обратным клапаном 10, при этом на входе магистрали 9 во всасывающий патрубок насоса 8 размещена пористая вставка 11. Кроме того, выходной трубопровод емкости 4 и всасывающий патрубок насоса 8 соединены трубопроводом 12, образующим рециркуляционный контур.

Работа системы питания осуществляется следующим образом.

Топливо из резервуара 1 попадает на вход в механический насос 8, где смешивается с пузырьками газа, подаваемого от источника газа повышенного давления 3 по магистрали 9 через пористую вставку 11 во всасывающий патрубок насоса 8. В создаваемых насосом вихревых потоках газ частично растворяется в топливе и образовавшаяся эмульсия попадает в проточную герметичную емкость 4 с перегородкой 5, наддуваемую до давления, регулируемого предохранительным клапаном 6, от источника 3 по магистрали 7. За время пребывания в емкости осуществляется насыщение топлива растворенным воздухом с последующей подачей его на вход в топливный насос высокого давления 2 и далее к форсункам. При этом часть топлива по магистрали 12 возвращается на вход в механический насос, осуществляя рециркуляцию.

Система питания заявляемого типа, работающая на двигателе Д65 мощностью 60 л. с. и использующая в качестве растворяемого газа воздух от компрессора двигателя (P = 4-5 кг/см) при объеме проточной емкости V = 1,8 л, обеспечила улучшение топливной экономичности на ~ 2,0 - 2,8%.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для улучшения топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания преимущественно с воспламенением от сжатия. Система питания содержит резервуар с топливом, соединенный с топливным насосом высокого давления. На входе в насос установлена проточная герметичная емкость с механическим насосом на входе и объемом не менее 0,8 л на 1 л рабочего объема цилиндров двигателя. Всасывающий патрубок механического насоса соединен магистралью с источником газа повышенного давления. Выходной трубопровод емкости соединен с входом механического насоса, образуя рециркуляционный контур. На наддуваемой от источника газа проточной емкости установлен регулируемый предохранительный клапан. Технический результат заключается в обеспечении глубокого регулируемого насыщения растворенным газом жидкого топлива, ведущее к сокращению продолжительности, увеличению полноты сгорания и улучшению топливной экономичности. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая резервуар с жидким углеводородным топливом, топливный насос высокого давления, сообщенный трубопроводами с резервуаром и форсунками для впрыска топлива в цилиндры, и источник газа повышенного давления, отличающаяся тем, что в трубопроводе перед топливным насосом установлена проточная герметичная емкость, на входе в которую установлен механический насос, всасывающий патрубок которого соединен с источником газа магистралью, содержащей обратный клапан. 2. Система питания по п.1, отличающаяся тем, что объем проточной емкости составляет не менее 0,8 л на 1 л рабочего объема цилиндров, а внутри нее установлена перегородка, отделяющая вход в емкость от выхода из нее, при этом емкость соединена с источником газа магистралью наддува, а на ее верхнем днище установлен регулируемый предохранительный клапан. 3. Система питания по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на входе газовой магистрали во всасывающий патрубок механического насоса установлена пористая вставка. 4. Система питания по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что к выходному трубопроводу проточной емкости подсоединен трубопровод отбора топлива, соединенный с всасывающим патрубком механического насоса.