СТРУЙНО-КАВИТАЦИОННЫЙ ЭЖЕКТОР ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ
JET-CAVITATION EJECTOR TO PREPARE WATER-FUEL EMULSION

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к топливным системам.
6
Известно устройство для приготовления водотопливной эмульсии в составе топливной системы дизеля (RU 2143581, МПК F02M 25/022, 2000 г.), содержащее топливный трубопровод подачи эмульсии в топливную систему дизеля, расходный бак воды и эжектор струйно-кавитационного типа, состоящий из корпуса, активного сопла, присоединенного к трубопроводу подачи рабочей жидкости из напорного трубопровода топливоподкачивающего насоса дизеля, и диспергирующего диффузора, присоединенного при помощи трубопровода к всасывающей магистрали топливоподкачивающего насоса. Эжектор содержит всасывающий стакан, присоединяемый при помощи шланга к расходному баку воды, причем активное кольцевое сопло эжектора выполнено подвижным по оси вдоль корпуса эжектора, для чего снабжено шестерней, входящей в зацепление с зубчатой рейкой, перемещаемой при помощи механического привода, который посредством кинематической связи соединен с органами управления топливоподачей и нагрузкой дизеля.
Недостатки известного эжектора заключаются в недостаточной экономичности работы и надежности на различных режимах работы двигателя, также эжектор, который установлен в системе питания данного устройства, не позволяет точно дозировать количество воды, подаваемой в топливо в зависимости от оборотов и нагрузки на двигатель, что приводит к увеличению содержания воды в топливной эмульсии при работе двигателя на холостом ходу, а именно осаждение и коагуляция водяных капель, приводящие к перебоям в режиме работы двигателя, а при режиме средних и максимальных нагрузок, наоборот, количество воды, подаваемой в топливо, становится не достаточным, в связи с этим работа эжектора в системе питания становится малоэффективной. Основным недостатком данного эжектора является сложный и дорогостоящий кинематический привод, который для некоторых ДВС невозможно осуществить, и он не подходит для всех типов двигателей, т.е. не является универсальным по своим характеристикам.
Техническим результатом изобретения является автоматическая регулировка системы подготовки и подачи водотопливной эмульсии в ДВС всех типов, на всех режимах работы двигателя.
Сущность изобретения состоит в том, что эжектор для приготовления водотопливной эмульсии, состоящий из корпуса, который содержит отверстие, соединяющее внутреннюю полость корпуса посредством штуцера с емкостью подачи воды, активного сопла, расположенного внутри корпуса и перемещающегося по его продольной оси, неподвижного диффузора, соединяющего внутреннюю полость корпуса с топливной системой, дополнительно содержит штуцер для подачи топлива, закрепленный на корпусе и соединяющий внутреннюю полость корпуса с трубопроводом подачи топлива, вакуумную камеру мембранного типа, закрепленную на торце корпуса и состоящую из стакана с крепежными отверстиями, крышки со штуцером, соединяющим полость вакуумной камеры с впускным коллектором двигателя, мембраны, установленной между стаканом и крышкой, регулировочного винта, ввернутого в крышку и взаимодействующего с мембраной посредством пружины, установленной между мембраной и крышкой, второй пружины, установленной между крышкой и головкой винта, удерживающей его от проворачивания, активное сопло содержит внутри осевое, конусное отверстие, кольцевую проточку с радиальным отверстием, причем конусное и радиальное отверстие сообщаются с отверстием в корпусе и соединяют внутреннюю полость корпуса с топливной системой двигателя, в торце сопла закреплена шпилька, второй конец которой соединен со втулкой, втулка соединена с мембраной, на неподвижный диффузор крепится крышка, имеющая выходной штуцер, через который выходит водотопливная эмульсия, поступающая далее в систему питания двигателя.
Устройство представлено на фиг.1. Оно содержит корпус 1 со штуцером 5, соединяющим внутреннюю полость корпуса с емкостью для воды, и штуцером 6 для подвода топлива внутрь активного сопла 2, на одном торце корпуса закреплен диффузор 3 с крышкой 4, представляющей собой выходной штуцер, на втором торце закреплена вакуумная камера винтами 19, которая состоит из крышки 9, в которой закреплен штуцер 16, соединяющий внутреннее пространство камеры с впускным коллектором двигателя, и стакана 18, мембраны 10 из упругого материала, размещенной между ними, соединенных вместе винтами 17; в средней части мембрана зажата дисковыми шайбами 11, в одну из которых со стороны крышки 9 упирается пружина 14, второй конец которой упирается в винт 12; жесткость пружины 14 регулируется винтом 12 путем вворачивания его в крышку, между головкой винта и крышкой установлена пружина 13, удерживающая винт от самоотворачивания; вторая дисковая шайба 11 со стороны днища стакана упирается во втулку 15, хвостовик втулки проходит через центр обеих шайб и мембраны, имеет резьбу для соединения шайбы и мембраны, конец хвостовика входит в регулировочную пружину, удерживая ее от смещения относительно продольной оси; второй конец втулки 15 соединен со шпилькой 7 активного сопла 2, шпилька соединена с соплом резьбовым соединением; внутреннее пространство корпуса со стороны вакуумной камеры загерметизировано сальником 8; корпус сопла 2 имеет коническую часть, примыкающую к диффузору 3, и цилиндрическую часть, соединенную со шпилькой 7 резьбовым соединением, внутри сопло имеет осевое, коническое отверстие, которое со стороны цилиндрической части заглушено шпилькой, а с другой стороны - сообщается с диффузором; в корпусе сопла имеется кольцевая проточка с радиальным отверстием, которые сообщаются с отверстием в корпусе эжектора, обеспечивая подвод топлива внутрь сопла и далее в диффузор, причем ширина кольцевой проточки достаточна для подачи топлива в диффузор при любом положении сопла относительно корпуса эжектора.
Эжектор работает следующим образом, когда двигатель не запущен, активное сопло 2 за счет пружины 14 закрывает отверстие в диффузоре 3. После запуска двигателя топливный насос через штуцер 6 в сопло и далее в диффузор эжектора подает топливо, одновременно с этим во впускном коллекторе двигателя создается разрежение, которое через штуцер 16 передается в вакуумную камеру, в пространство между мембраной 10 и крышкой, мембрана прогибается и сжимает пружину 14. Так как мембрана жестко соединена через соединительную втулку 15 и шпильку 7 с активным соплом 2, то перемещает активное сопло за собой, которое отходит от неподвижного диффузора 3, и открывает отверстие подачи воды из емкости. По мере увеличения нагрузки на двигатель разрежение во впускном коллекторе увеличивается, мембрана сильнее прогибается и активное сопло больше отходит от неподвижного диффузора 3, увеличивая подачу воды. После остановки двигателя за счет пружины 14 мембрана с активным соплом возвращается в исходное положение и закрывает отверстие в неподвижном диффузоре 3 подачи воды. Таким образом, происходит автоматическая регулировка подачи воды в зависимости от нагрузки на двигатель.
Экспериментальные исследования, которые проводились на автомобиле ВА3-1111, показали, что концентрация вредных компонентов в отработавших газах снизилась в 1,5 раза при работе на водотопливной эмульсии, за счет более качественной и точной регулировки по сравнению с прототипом. Анализ газа проводился при помощи газоанализатора ГИАМ-23. Также данный эжектор позволяет улучшить качество горючей смеси в цилиндрах двигателя, так как в камере сгорания вода превращается в пар, способствующий равномерному распределению смеси по объему камеры и более полному сгоранию. 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, это наиболее характерная особенность горения эмульсии, способствующая более полному сгоранию и улучшению экономических показателей ДВС. Также проведенные лабораторные исследования водобензиновых эмульсий показывают, что вода повышает октановое число бензина, улучшает его фракционный состав (все свойства по всем показателям), повышает детонационную стойкостью топлива. Что позволяет увеличить степень сжатия, повысить мощность двигателя, которая также увеличивается за счет выделения водорода при высоких температурах (2500°С), который сжигается как топливо, и, следовательно, уменьшить расход топлива на 5-7% при одинаковой производительности ДВС, что подтверждают ходовые испытания, проведенные на автомобиле ВА3-1111.
Испытания показали, что двигатель на водотопливной эмульсии работает четко, без перебоев, появляется так называемая «мягкость» в работе, снижение детонации при резком увеличении подачи топлива и также появляется возможность использования низкооктановых сортов топлива (вместо АИ-92 можно использовать бензин А-80 при расходе воды 15…20% от расхода топлива). Схема расположения струйно-кавитационного эжектора для приготовления водотопливной эмульсии показана на фиг.2, внешний вид эжектора показан на фиг.3, а расположение в системе питания на автомобиле ВА3-1111 показано на фиг.4.
Эжектор для приготовления водотопливной эмульсии имеет не сложную конструкцию, поэтому его изготовление не требует больших материальных затрат и возможно в любых авторемонтных мастерских, автопредприятиях или автохозяйствах. Срок окупаемости при использовании данного устройства также не значительный, что выгодно с экономической точки зрения.
Пояснения к чертежам.
Фиг.1
1 - корпус 11 - дисковые шайбы
2 - активное сопло 12 - регулировочный винт
3 - диффузор 13 - пружина регулировочного винта
4 - крышка диффузора 14 - пружина мембраны
5 - штуцер для подвода воды 15 - соединительная втулка
6 - штуцер для подвода топлива 16 - штуцер
7 - соединительная шпилька 17 - винт крышки вакуумной камеры
8 - сальник 18 - стакан вакуумной камеры
9 - крышка вакуумной камеры 19 - винт крепления вакуумной камеры
10 - мембрана
Фиг.2
20 - топливный бак
21 - топливный насос
22 - эжектор
23 - обратный клапан
24 - бак с водой
25 - впускной коллектор
― - трубопровод с чистым топливом
▬ - трубопровод с водотопливной эмульсией
- трубопровод с разрежением