способ получения водотопливной эмульсии и система подачи ее в цилиндр двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Способ получения водотопливной эмульсии, включающий подачу воды и топлива в диспергатор и диспергирование путем подачи импульсных электрических разрядов, отличающийся тем, что диспергирование производят подачей импульсных электрических разрядов на воду, обеспечивая одновременно частичное эмульгирование ее с топливом, а затем производят окончательное эмульгирование смеси в эмульгаторе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при эмульгировании водотопливной смеси в нее добавляют излишки водотопливной смеси из форсунок.

3. Система подачи водотопливной эмульсии в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, включающая гидравлический аккумулятор с воздушной и водяной полостями, разделенными пружинистой мембраной, датчики параметров двигателя, микроЭВМ, связанную с датчиками и с исполнительным механизмом дозирующего устройства, электрические контакты, установленные на мембране и в корпусе в водяной полости, источник электрического тока, соединенный электрической цепью с электрическими контактами, причем воздушная полость через воздухопровод соединена с ресивером, водяная полость входом сообщена с водяным баком, а выходом с диспергатором через водяной фильтр и дозирующее устройство, диспергатор установлен между фильтром тонкой очистки и топливным насосом высокого давления, а первый клапан выполнен с электромагнитным приводом, установлен перед входом в водную полость и связан с электрическими контактами, отличающаяся тем, что система снабжена эмульгатором, установленным между диспергатором, в котором электрический разряд осуществляют через воду, и топливным насосом высокого давления.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что система снабжена байпасной линией с вентилем, обеспечивающей работу двигателя на чистом топливе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессам приготовления и топливоподачи, для использования в судовых высокооборотных дизелях и автотранспорте. Известны способы получения водотопливных эмульсий путем перемешивания ингредиентов воды и топлива в различных типах смесителей. (О.Н.Лебедев, В.А.Сомов, В.Д. Сасин. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях. Экономика топлива и электроэнергии. 1988 г. 108 с.). Однако получение однородной, мелкоизмельченной эмульсии с высокой дисперсностью затруднено.

Известно использование акустической (звуковой и ультразвуковой) техники, в частности ультразвукового генератора для приготовления водотопливной смеси. (В.Базаров. Воду в ДВС. Инженерное обозрение, ИР N 9, 1989 г. с. 34).

К недостаткам известного способа следует отнести низкий КПД и громоздкость оборудования. Известна также система для непрерывного приготовления и подачи водотопливной эмульсии в ДВС, в которой для приготовления смеси используется гидродинамический диспергатор, а регулирующая часть дозирования воды выполнена в виде игольчатого клапана, состоящего из трех участков; привод мембранного дифференциального и электромагнитного клапанов осуществляют от давления воздуха. (Авт. свид. СССР N 1231246, БИ N 18, 1986).

К недостатку следует отнести невысокую активационную способность эмульсии.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является система подачи водотопливной эмульсии в цилиндр ДВС, содержащая гидравлический аккумулятор, микроЭВМ, дозирующее устройство, диспергатор, который установлен между фильтром тонкой очистки и топливным насосом высокого давления и клапана с электромагнитным приводом, который установлен перед входом в водяную полость и связан с электрическими контактами (Патент РФ N 2015399 от 30.06.94).

Указанная система реализует способ получения водотопливной эмульсии, который включает операции подачи воды и топлива в диспергатор и диспергирование путем подачи импульсных электрических разрядов.

Недостатком способа получения водотопливной эмульсии и системы подачи ее в цилиндр двигателя внутреннего сгорания является нестабильность получаемой эмульсии в силу разности динамического коэффициента вязкости и плотности воды и дизельного топлива, что неизбежно приводит к расслою, а многократное воздействие разрядного импульса, одновременно на дизельное топливо и воду, приводит к подгоранию топлива и резкому снижению качества эмульсии. Кроме того, излишки водотопливной смеси, оставшиеся в форсунках, возвращаясь обратно в бак с водой, будут изменять процентный состав получаемой водотопливной эмульсии.

Изобретение решает задачу повышения стабильности водотопливной эмульсии независимо от процентного состава воды и дизельного топлива, исключения подгорания топлива и повышения эффективности работы двигателя.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе получения водотопливной эмульсии, включающей подачу воды и топлива в диспергатор и диспергирование путем подачи электрических разрядов, подачу электрических разрядов осуществляют на воду, обеспечивая одновременное частичное эмульгирование ее с топливом, а затем производят окончательное эмульгирование смеси в эмульгаторе.

Причем при эмульгировании водотопливной смеси в нее добавляют излишки водотопливной смеси из форсунок.

Для осуществления заявленного способа в известную систему подачи водотопливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания, которая содержит гидравлический аккумулятор с воздушной и водяной полостями, разделенными пружинистой мембраной, датчики параметров двигателя, микроЭВМ, связанную с датчиками и с исполнительным механизмом дозирующего устройства, электрические контакты, установленные на мембране и в корпусе в водяной полости, источник электрического поля, соединенный электрической цепью с электрическими контактами, причем воздушная полость через воздухопровод соединена с ресивером, водяная полость входом сообщена с водяным баком, а выходом с диспергатором через водяной фильтр и дозирующее устройство, диспергатор установлен между фильтром тонкой очистки и топливным насосом высокого давления, а первый клапан выполнен с электромагнитным приводом, установлен перед входом в водяную полость и связан с электрическими контактами, вносят следующие изменения:

вводят в систему эмульгатор, который установлен между диспергатором и топливным насосом;

в диспергаторе электрический разряд осуществляют на воду.

Кроме того, в систему введена байпасная линия, обеспечивающая работу двигателя на чистом топливе.

На фиг. 1 представлена общая принципиальная схема системы подачи водотопливной эмульсии, а на фиг. 2 представлена электрическая схема. Система подачи топлива в диспергатор 16 включает в себя топливный бак 2, запорный вентиль 1, фильтр грубой очистки 3, топливоподкачивающий насос 4, топливопровод низкого давления, топливные фильтры тонкой очистки 17, обратный клапан 15. Система подачи воды в диспергатор 16 состоит из емкости (водяной бак) 22, гидравлического аккумулятора 23, который управляет подачей воды системой воздухопровода, включающего воздушный ресивер 27 с установленным манометром, газовый редуктор 26, электромеханический клапан 25, электромагнитного клапана запирания воды 24, водяного трубопровода 21, водяного фильтра 20, дозатора воды 19, обратного клапана 18. Система подачи смеси, формируемой в диспергаторе 16, снабженном разрядным устройством, имеет электромагнитный клапан 13, эмульгатор 12 с приводом, вентиль 10, топливопровод, топливный насос высокого давления 5, топливопровод высокого давления 9 с форсункой 7, установленной в камере сгорания 6. Излишки водотопливной смеси форсунки по трубопроводу 8 поступают в эмульгатор 12.

В случае выхода из строя системы подготовки водотопливной эмульсии предусмотрена баспайная линия 14 с вентилем 11.

Принципиальная электрическая схема устройства, представленная на фиг. 2, автономного исполнения и включает трансформатор Т на 10 кВ, конденсатор C на 25 кВ и емкостью 0,47 мкФ, формирующий разрядник Р_ф, сопротивления R₁ и R₂, выпрямитель VD и рабочий искровой промежуток в камере диспергатора 16, заполненного дизельным топливом вверху и водой внизу и соединенного через электромагнитный клапан 13 с эмульгатором 12 с приводом.

Пример реализации способа в заявленном устройстве.

При работе устройства топливо из топливного бака 2 через запорный кран 1 и фильтр грубой очистки 3 поступает в топливоподкачивающийся насос 4, откуда по топливопроводу низкого давления через топливные фильтры тонкой очистки 17 и обратный клапан 15 топливо поступает в диспергатор 16.

Из ресивера 27, в который нагнетается воздух из компрессора (компрессор не показан), при давлении 0,7-0,8 МПа, контролируемое манометром, через газовый редуктор 26 и электромеханический клапан 25 воздух подается в гидравлический аккумулятор 23, который управляет подачей воды из водяного бака. Вода, выходя из бака 22 и пройдя гидроаккумулятор 23, электромагнитный клапан запирания воды 24, водяной фильтр 20, дозатор воды 19 и обратный клапан 18, также поступает в диспергатор 16. Ввиду разной плотности и вязкости воды и дизельного топлива они при обычных условиях практически нерастворимы, поэтому в диспергаторе 16 (фиг. 2) в нижней части его всегда будет находиться вода, а в верхней части дизельное топливо, и высоковольтные электроды всегда будут находиться в воде.

Первичное напряжение U₁ 220 В (фиг. 2) в трансформаторе Т преобразуется в высокое напряжение U₂ 9 кВ и подается на выпрямитель VD, с которого поступает на формирующий разрядник Р_ф и в силу этого в цепи Р_ф, R₂, P_р (рабочий искровой промежуток, находящийся в камере с жидкостью) происходит пробой. Получен таким образом высоковольтный разряд в воде диспергатора 16, в результате мгновенного "ударного" подключения накопителя энергии конденсатора C 0,47 мкФ происходит частичное диспергирование воды в топливо за время 2-5 мкс. После трех-четырех импульсов электрического разряда происходит разрушение молекул воды и частичное ее эмульгирование с дизельным топливом. При 29% содержания воды в топливе количество разрядных импульсов составляет 4, при 24% содержания воды в топливе соответственно 3 импульса. При большем количестве происходит подгорание топлива. Полученная водотопливная эмульсия из диспергатора 16 (фиг. 1), ввиду ее склонности к расслою, подается через электромагнитный клапан 13 в эмульгатор 12 с приводом механизма перемешивания, обеспечивающего постоянство состава ингредиентов эмульсии, и через вентиль 10, топливопровод, топливный насос высокого давления 5 и топливопровод высокого давления 9 водотопливная эмульсия через форсунку 7 поступает в камеру сгорания 6. В схеме предусмотрен топливопровод 8, обеспечивающий отвод лишнего количества эмульсии из форсунки 7 в эмульгатор 12, что обеспечивает постоянный и стабильный состав смеси. В случае возникших неисправностей в системе приготовления водотопливной эмульсии предусмотрена байпасная линия с вентилем 11, обеспечивающая работу двигателя на чистом топливе.

Таким образом заявляемое устройство реализует способ получения водотопливной эмульсии, отличительной особенностью которого является то, что перемешивание топлива и воды осуществляют путем воздействия электрического разряда на воду, благодаря чему создается электрогидравлический удар, вызывающий разрушение молекул воды и частичное эмульгирование с топливом, без подгорания топлива, в отличие от прототипа, где воздействие электрических разрядных импульсов одновременно на топливо и воду приводит к подгоранию топлива.

Добавление излишков водотопливной смеси из форсунок в эмульгатор, а не в бак с водой (в отличие от прототипа) повышает стабильность состава смеси.

Отличительные особенности способа и устройства повышают эффективность работы двигателя.