Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в улучшении качества горючей смеси, повышении надежности работы двигателя внутреннего сгорания и ощутимой экономии топлива. Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания включает топливный бак, штатную топливную систему, емкость для воды, магистраль подачи воды, карбюратор, штатный топливный насос, смеситель, смесительную емкость. В указанную смесительную емкость подаются дозированные топливо и вода, также через указанную емкость осуществляется циркуляция водно-топливной эмульсии с одновременной подачей эмульсии в поплавковую камеру карбюратора. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и в частности к карбюрации состава горючей смеси, содержащей распыленное топливо, присадки, воздух, воду.

Аналогами изобретения являются патенты RU 2300658 C2 и RU 2306447 С2 В патенте RU 2300658 С2 приведены способ и система получения и подачи водно-топливной эмульсии в двигатели внутреннего сгорания и удаления из штатной топливной системы неиспользованной водно-топливной эмульсии. Указанное удаление водно-топливной эмульсии производится посредством подкачивающего топливного насоса с электроприводом, дренажного устройства и отстойника. Основным недостатком является необходимость продолжения работы подкачивающего топливного насоса после остановки ДВС в течение некоторого интервала времени, необходимого для заполнения штатной топливной системы чистым топливом.

В патенте RU 2306447 С2 приведен способ и устройство для дозирования и приготовления водно-топливной эмульсии, подаваемой в карбюраторные ДВС. Устройство имеет дозатор и смеситель, смонтированные в одном корпусе, и байпасный трубопровод, соединяющий карбюратор с указанным устройством. Основной недостаток заключается в том, что в случае расслаивания эмульсии при длительно неработающем ДВС пуск ДВС будет затруднен.

Наиболее близким к изобретению является устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания (RU 2015397, МПК⁵ F02М 25/02), содержащее штатную топливную систему, емкость для воды, магистраль подачи воды с распылительной камерой, карбюратор со смесительной камерой, причем емкость для воды сообщается со смесительной камерой.

Для снижения расхода топлива в распылительной камере установлен водяной жиклер, а соединение распылительной камеры со смесительной выполнено при помощи отверстия в смесительной камере в зоне расположения дроссельной заслонки, причем в зоне соединения карбюратора и впускного коллектора установлены лепестковая прокладка и турбина с возможностью вращения.

Недостатками известного устройства для подачи воды в ДВС являются: некачественное приготовление водно-топливной эмульсии во впускном коллекторе ДВС; усложнение конструкции путем установки в зоне соединения карбюратора и впускного коллектора лепестковой прокладки и турбины с возможностью вращения, что создает дополнительное сопротивление на всасывании и снижение скорости потока горючей смеси; неавтоматизированный процесс подачи воды; плохо организованный процесс регулировки и подачи водно-топливной эмульсии в ДВС.

Целью настоящего изобретения является получение водно-топливной эмульсии посредством прямого смешивания топливной и водной фаз непосредственно перед подачей в карбюратор ДВС.

Техническая задача - получение водно-топливной эмульсии, основанное на прямом смешивании топлива и воды, и автоматизированное удаление воды в случае расслоения водно-топливной эмульсии, а также разработка соответствующей системы, функционирующей непосредственно на автотранспортном средстве.

Достигаемый технический результат - улучшение показателей экономичности, экологии и возможность использования низкооктановых топлив без детонации.

Сущность изобретения состоит в том, что система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания состоит из топливного бака, штатной топливной системы, емкости для воды, магистрали подачи воды, карбюратора, штатного топливного насоса и, дополнительно, содержит: смесительную емкость, в которой установлен поплавок с запорной иглой; теплообменник; средства автоматизированного управления подачей воды и получения водно-топливной эмульсии.

Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания, показанная на фиг.1, содержит топливный бак 1, из которого через топливный трубопровод 20 топливо забирается первым дополнительным насосом 4 и подается в дозатор 5, соединенный с емкостью для воды 2 через водяной клапан 19, и указанный дозатор имеет вакуумную камеру 13, осуществляющую регулировку подачи воды в зависимости от частоты вращения приводного вала и соединенную через вакуумную трубку 12 с впускным коллектором 11 ДВС, также дозатор 5 через топливный трубопровод 20 соединен со смесительной емкостью 3, и смесительная емкость 3 имеет запорную иглу 14 с поплавком 15 для регулировки уровня эмульсии, а в нижней части смесительной емкости 3 имеется штуцер 23 для отвода части отслоившейся воды через водяной трубопровод 17 и электрический клапан 16 к карбюратору 9. Водно-топливная эмульсия из смесительной емкости 3 забирается штатным топливным насосом 6, который подает ее в теплообменник 7 и далее в смеситель 8, после чего эмульсия поступает обратно в смесительную емкость 3, из которой водно-топливная эмульсия подается в поплавковую камеру 10 карбюратора 9 вторым дополнительным насосом 18. Термовыключатель 21 управляет электрическим клапаном 16 и водяным клапаном 19 одновременно через электрический провод 22 в зависимости от рабочей температуры ДВС.

Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Топливо из топливного бака 1 через топливный трубопровод 20 забирается первым дополнительным насосом 4 и подается в дозатор 5, соединенный также с емкостью для воды 2 через водяной клапан 19. Дозатор 5 представляет собой эжектор предпочтительно струйно-кавитационного типа, в котором автоматическая регулировка количества подаваемой воды осуществляется с помощью вакуумной камеры 13 мембранного типа, установленной на указанном дозаторе 5. После запуска ДВС первый дополнительный насос 4 подает под давлением топливо в дозатор 5 и одновременно с этим во впускном коллекторе 11 ДВС создается разряжение, которое передается в вакуумную камеру 13, тем самым открывая подачу воды засасываемой струей проходящего под давлением топлива. По мере увеличения нагрузки на приводной вал ДВС разряжение во впускном коллекторе 11 увеличивается и автоматически увеличивается подача воды. Таким образом, происходит регулировка подачи воды в зависимости от нагрузки на приводной вал ДВС. Также в эжекторе происходят процессы кавитации, которые перемешивают воду и топливо, превращая их в водно-топливную эмульсию. Далее водно-топливная эмульсия из дозатора 5 поступает в смесительную емкость 3, внутри указанной емкости 3 имеется поплавок 15 с запорной иглой 14, который по мере наполнения смесительной емкости 3 эмульсией всплывает и, воздействуя на запорную иглу 14, перекрывает подачу эмульсии в емкость 3, и в этот момент первый дополнительный насос 4 прекращает создавать давление. Из смесительной емкости 3 водно-топливная эмульсия забирается штатным топливным насосом 6 и подается в теплообменник 7, где она нагревается до рабочей температуры ДВС и далее поступает в смеситель 8. В смесителе 8 водно-топливная эмульсия дробится на молекулярном уровне, и полученная высокого качества эмульсия поступает обратно в смесительную емкость 3 и таким образом происходит постоянное перемешивание водно-топливной эмульсии в смесительной емкости 3. Затем высокого качества водно-топливная эмульсия забирается вторым дополнительным насосом 18 и через топливный трубопровод 20 подается в поплавковую камеру 10 карбюратора 9. Так как вода и топливо представляют собой две несмешиваемые жидкости, то часть воды отслаивается в смесительной емкости 3, вследствие чего отслоившаяся структурированная вода через магистраль подачи воды 17 и электрический клапан 16 за счет вакуума во впускном коллекторе 11 ДВС засасывается в карбюратор 9 и далее поступает в цилиндры ДВС. С этой целью, чтобы не было самотека отслоившейся воды в карбюратор 9, смесительная емкость 3 должна быть установлена ниже уровня карбюратора 9. Электрический клапан 16, также как и водяной клапан19, подключен к термовыключателю 21 с помощью электрических проводов. Указанные клапана открываются при достижении ДВС рабочей температуры (около 90°С). Таким образом, данная система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания позволяет улучшить качество приготовляемой горючей смеси путем структурирования воды и топлива, а также является универсальной и подходит для любых видов тепловых двигателей.

Экспериментальные исследования, которые проводились на автомобиле ВАЗ-1111 с установкой на нем данной системы для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии показали, что концентрация вредных компонентов в отработавших газах снизились в 1,7 раза при работе на водно-топливной эмульсии. Анализ отработавших газов проводился при помощи газоанализатора ГИАМ-23. Также данная система позволяет получить качественную горючую смесь за счет дробления капель в смесителе на более мелкие, которые, попадая в диффузор карбюратора, легче, быстрее дробятся и испаряются. Вода, содержащаяся в горючей смеси, быстрее превращается в пар, способствуя равномерному распределению смеси по объему камеры сгорания ДВС и более полному сгоранию горючей смеси. И, как уже известно, в результате разности температуры кипения воды и углеводородного топлива при нагреве внутренняя часть капли - вода превращается в пар, в то время как оболочка капли, состоящая из топлива, продолжает оставаться в жидком состоянии. Именно в это время капля взрывается, производится дополнительное дробление топлива с помощью так называемых микровзрывов.

Проведенные исследования водно-бензиновых эмульсий показывают, что вода повышает октановое число бензина, улучшает его фракционный состав (все свойства по всем показателям), повышает детонационную стойкость топлива, что позволяет увеличить степень сжатия ДВС и повысить мощность ДВС, которая также увеличивается за счет выделения водорода при высоких температурах (2500°С), который сжигается как топливо, и, следовательно, уменьшить расход топлива на 7-10% при одинаковой нагрузке на приводной вал ДВС.

Испытания показали, что ДВС на водно-топливной эмульсии работает четко, без перебоев, появляется так называемая «мягкость» в работе ДВС, снижение детонации при резком увеличении подачи топлива, и в связи с этим появляется возможность более широкого использования низкооктановых сортов топлива (вместо АИ-92 можно использовать бензин А-80 при расходе воды 15…20% от расхода топлива).

Применение данной системы для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в ДВС позволит решить три основные проблемы:

- экономии невозобнавляемого углеводородного топлива за счет уменьшения коэффициентов механического и химического недожога;

- частичной замены невозобнавляемого углеводородного топлива;

- улучшения состава отработавших газов из камеры сгорания ДВС за счет уменьшения концентрации оксида углерода, окислов азота, серы и ароматических углеводородов.

Устройство для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания имеет конструкцию, которую можно подключить в любом автосервисе или мастерской. Изготовление основных узлов и деталей не требует больших материальных затрат и возможно в любых авторемонтных мастерских, автопредприятиях или автохозяйствах. Срок окупаемости при использовании данного устройства составит незначительный период в связи с высокими ценами на топливо.

1. Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания, включающая топливный бак, штатную топливную систему, емкость для воды, магистраль подачи воды, карбюратор, штатный топливный насос, смеситель, отличающаяся тем, что содержит смесительную емкость, и в указанную смесительную емкость подается дозированные топливо и вода, также через указанную емкость осуществляется циркуляция водно-топливной эмульсии с одновременной подачей эмульсии в поплавковую камеру карбюратора.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что для подачи топлива из топливного бака в указанную смесительную емкость служит первый дополнительный насос.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что для подачи топлива из указанной смесительной емкости в поплавковую камеру карбюратора служит второй дополнительный насос.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что через указанную смесительную емкость осуществляется циркуляция водно-топливной эмульсии посредством штатного топливного насоса и смесителя.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанная смесительная емкость в своей нижней части соединена трубопроводом с диффузором карбюратора.