УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ
WATER-FUEL EMULSION UNIT

Изобретение относится к системе топливоподачи дизельного двигателя и может быть широко использовано на моторных заводах, автотранспортных и других предприятиях для приготовления и подачи в цилиндр двигателя водотопливной эмульсии (ВТЭ).
Известна установка получения ВТЭ, содержащая топливный бак и бак с водой шестеренчатый насос высокого давления, диспергатор эжекторного типа, сепаратор ВТЭ в виде гидроциклона (см. патент RU 2002092). Основными недостатками названной установки являются:
- необходимость создания специального оборудования, как для получения ВТЭ, так и последующего разделения ВТЭ на воду и топливо;
- сложность технологического режима работы;
- громоздкость и невысокая надежность установки.
Известна водотопливная система двигателя внутреннего сгорания в виде установки для приготовления ВТЭ, содержащая емкости для воды и топлива, циркуляционный насос, диспергатор в виде лазерного устройства и устройство для измерения плотности эмульсии (см. патент RU 2173210). Несмотря на то, что установка в водотопливной системе ДВС позволяет обеспечить приготовление высокодисперсной ВТЭ и осуществить автоматически регулируемый подвод воды с получением ВТЭ любого требуемого состава, приведенная водотопливная система обладает следующими существенными недостатками:
- необходимость разработки и применения специальной установки с использованием сложного и дорогостоящего оборудования для получения ВТЭ и контроля ее плотности;
- длительный период выхода системы на расчетный режим после каждой остановки двигателя или отказа в работе оборудования установки получения ВТЭ.
Наиболее близкой по технической сущности является установка получения ВТЭ дизельного двигателя, содержащая систему подачи топлива в виде подкачивающего насоса и магистрали подачи топлива к системе впрыска в виде топливного насоса высокого давления и выполненную с подогревом систему подачи воды на вход подкачивающего насоса в виде последовательно установленных бака, насоса, магистрали возврата воды в бак и электромагнитного клапана.
(Лебедев О.Н., Сомов В.А. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях Л.: Судостроение, 1988, стр.67-68 рис.3.4).
Основными недостатками указанной системы являются:
- возможность работы и регулирования состава ВТЭ только в ручном режиме из-за отсутствия средств контроля нагрузки двигателя;
- невозможность работы при низких температурах;
Технической задачей является создание автоматической водотопливной установки для дизельного двигателя, обеспечивающей получение оптимального состава ВТЭ на всех режимах работы двигателя и способной работать в условиях низких температур.
Поставленная цель достигается тем, что в установке получения ВТЭ содержащей систему подачи топлива в виде подкачивающего насоса и магистрали подачи топлива к системе впрыска в виде топливного насоса высокого давления и выполненную с подогревом систему подачи воды на вход подкачивающего насоса в виде последовательно установленных бака, насоса, магистрали возврата воды в бак и электромагнитного клапана, система подачи топлива включает топливный бак с установленным после бака датчиком расхода топлива, регулятор поддержания постоянного давления, установленный на магистрали подачи топлива к системе впрыска, и магистраль возврата топлива на вход подкачивающего насоса, система впрыска дополнительно включает магистраль высокого давления и форсунку, а система подачи воды дополнительно включает устройство регулирования производительности насоса, датчик давления и калиброванную дюзу после насоса, причем на магистрали возврата воды после насоса в бак установлена калиброванная дюза, система подачи воды выполнена с термоизоляцией, в баке дополнительно установлены датчики уровня и температуры, а кроме того, установка снабжена управляющим контроллером, к которому подключены датчик расхода топлива, устройство регулирования производительности насоса, электромагнитный клапан, датчики температуры и уровня
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».
На чертеже показана принципиальная схема установки получения ВТЭ, которая состоит из системы подачи топлива в виде: топливного бака 1, датчика расхода топлива 2, установленного после топливного бака 1, подкачивающего насоса 3, магистрали 4 подачи топлива с регулятором 5 поддержания постоянного давления к системе впрыска и магистрали 6 возврата топлива на вход подкачивающего насоса 3, системы впрыска в виде: топливного насоса высокого давления 7, магистрали высокого давления 8 и форсунки 9, а также системы подачи воды на вход подкачивающего насоса 3 в виде: бака 10, насоса 11, устройства 12 регулирования производительности насоса 11, датчика давления 13, калиброванной дюзы 14, электромагнитного клапана 15 и магистрали 16 возврата воды в бак 10 после насоса 11 с калиброванной дюзой 17. Система подачи воды выполнена с термоизоляцией 18, а подогрев воды производится, например, посредством электронагревателя 19, установленного в баке 10 вместе с датчиками уровня 20 и температуры 21. Для осуществления автоматической работы на всех режимах двигателя установка снабжена управляющим контроллером 22, который подключен к датчику расхода топлива 2, устройству 12 регулирования производительности насоса 11, датчику давления 13, электромагнитному клапану 15, датчикам уровня 20 и температуры 21.
Для осуществления автоматической работы на всех режимах двигателя установка снабжена управляющим контроллером 22, который подключен к датчику расхода топлива 2, устройству 12 регулирования производительности насоса 11, датчику давления 13, электромагнитному клапану 15, датчикам уровня 20 и температуры 21.
Работа установки получения ВТЭ происходит следующим образом. В зависимости от режима работы двигателя расход ВТЭ может изменяться в широком диапазоне, при этом особенность работы установки заключается в том, что она должна получить и поддерживать оптимальный состав ВТЭ в соответствии с режимом работы двигателя.
В предлагаемой установке режим работы двигателя, зависящий от нагрузки, контролируется по расходу топлива, постоянно измеряемому с помощью датчика 2 расхода топлива, а регулирование количества воды в зависимости от расхода топлива для получения оптимального состава ВТЭ осуществляется за счет изменения давления воды перед калиброванными дюзами 14 и 17, контролируемого с помощью датчика давления 13, и оно достигается изменением числа оборотов насоса 11, которое происходит с помощью устройства 12 регулирования производительности насоса 11. Таким образом, каждому значению расхода топлива будет соответствовать конкретное значение давления воды после насоса 11.
Изложенный алгоритм автоматической работы реализуется с помощью управляющего контроллера 22, в котором происходит обработка сигналов, поступающих от датчика расхода топлива 2, от датчика давления воды 13, а также от датчиков уровня 20 и температуры 21, с выдачей соответствующих исполнительных команд на устройство 12 регулирования производительности насоса 11 и электромагнитный клапан 15 от контроллера 22.
Пуск и первоначальная работа двигателя происходит на топливе без подачи воды. Переход на ВТЭ осуществляется водителем и происходит в автоматическом режиме в следующей последовательности. Если сигнал от датчиков уровня 20 и температуры воды 21, установленных в баке 10 соответствуют норме, то производится пуск насоса 11. После пуска насоса 11 по сигналу от датчика 2 расхода топлива, поступающего в управляющий контроллер 22, насос 11 переводится в режим работы, при котором за насосом устанавливается давление перед калиброванными дюзами 14 и 17, обеспечивающее требуемый расход воды через дюзу 14 для получения ВТЭ, а часть расхода через дюзу 17 по магистрали 16 возвращается в бак 10, что обеспечивает устойчивый режим работы насоса 11 и его охлаждение. Регулирование насоса производится по сигналу, поступающему из контроллера 22 на устройство 12 регулирования производительности насоса 11, в частности, например, на регулятор напряжения, сопровождающееся изменением числа оборотов насоса 11. Это воздействие на устройство 12 регулирования производительности насоса 11 продолжается до тех пор, пока не установится требуемое давление воды за насосом 11, контролируемое с помощью датчика давления 13, обеспечивающего обратную связь с контроллером 22. В том случае, когда величина сигнала, поступающего от датчика 13 в контроллер 22, достигнет необходимого значения, контроллер 22 выдаст команду на прекращение работы устройства 12 регулирования производительности насоса 11. При достижении стабильного режима работы от контроллера 22 поступает команда на открытие электромагнитного клапана 15, и вода начинает поступать на вход подкачивающего насоса 3, который выполняет функцию механического диспергатора, где производится первоначальное смешение воды и топлива. После насоса 3 поток ВТЭ направляется по магистрали 4 подачи топлива к системе впрыска, где часть потока отбирается насосом высокого давления 7, а другая часть через регулятор 5 поддержания постоянного давления по магистрали 6 возврата топлива поступает на вход подкачивающего насоса 3. В системе впрыска насосом 7 ВТЭ под давлением по магистрали высокого давления 8 подается на форсунку 9. В момент открытия форсунки 9 в магистрали высокого давления 8 возникают ударные волны, под действием которых ВТЭ превращается в мелкодисперсную смесь и впрыскивается в цилиндр двигателя, что обеспечивает в конечном итоге полноту сгорания топлива.
Стабильный режим работы установки будет продолжаться до тех пор, пока будет сохраняться неизменной нагрузка на двигатель. Изменение нагрузки сопровождается изменением режима работы двигателя и обеспечивается перестройкой работы установки получения ВТЭ. Так, например, рост нагрузки на двигатель будет сопровождаться увеличением отбора расхода ВТЭ из магистрали 4 насосом высокого давления 7 и снижением расхода ВТЭ, обусловленное работой регулятора 5 поддержания постоянного давления, возвращаемого по магистрали 6 на вход подкачивающего насоса. Это автоматически приведет к увеличению расхода топлива и будет сопровождаться передачей соответствующего сигнала от датчика 2 расхода топлива в управляющий контроллер 22, который выдаст команду на устройство 12 регулирования производительности, что приведет к росту производительности насоса 11 и, следовательно, повышению давления перед калиброванными дюзами 14 и 17 и расходу воды. В тот момент, когда давление воды достигнет требуемого значения, обеспечивающего расход воды через дюзу 14 для получения оптимального состава ВТЭ, сигнал, постоянно поступающий в контроллер 22 от датчика давления 13, достигает требуемого значения и контроллер 22 выдает команду в устройство 12 регулирования производительности на остановку процесса регулирования производительности насоса 11. Достигнутое состояние режима установки будет сохраняться до следующего момента изменения нагрузки на двигатель.
Переход двигателя на топливо без подачи воды может быть выполнен по команде водителя или автоматически, например, по команде от датчика уровня 20 в случае достижения его минимального значения. В этом случае производится автоматическое закрытие электромагнитного клапана 15.
Таким образом, предполагаемое техническое решение позволяет осуществить автоматическую работу установки получения ВТЭ в широком диапазоне изменения режима работы двигателя с получением и поддержанием оптимального состава ВТЭ, обеспечить работу установки в условиях низких температур. Кроме того, предполагаемая установка получения ВТЭ по принципу, схеме и алгоритму автоматической работы может быть встроена в любую систему впрыска современного дизельного двигателя, как с рядным топливным насосом высокого давления, так и в системах, использующих насос-форсунки, либо в аккумуляторных системах впрыска.
Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное решение отвечает критериям «изобретательский уровень и промышленная применяемость