СИСТЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SYSTEM TO PREPARE WATER-FUEL EMULSION FOR ICE

Изобретение относится к ресурсо- и природосберегающим топливным системам питания транспортных средств или энергетического оборудования, которые монтируются в штатной системе питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на транспортном средстве и которые предусматривают использование топливных эмульсий типа «вода в углеводороде», где углеводородом является дизельное топливо, или мазут, или биотопливо, или печное топливо, или масло, или бензин, или керосин, или спирт.
Одно из направлений расширения возможностей использования водо-топливной эмульсии (ВТЭ) в качестве топлива для ДВС в целях повышения экономичности и снижения вредных видимых и невидимых выбросов в атмосферу связано с приготовлением ВТЭ непосредственно на транспортном средстве во время использования, получая при этом ВТЭ без эмульгирующих добавок. Эмульсия типа «вода в топливе», приготовленная без эмульгирующих добавок, является более экономичной с точки зрения стоимости и расхода и снижает загрязнение окружающей среды.
Несмотря на преимущества ВТЭ без эмульгирующих добавок ее приготовление непосредственно на транспортном средстве влечет за собой многочисленные проблемы и недостатки существующих топливных систем.
7
К их числу относятся, в частности, трудности, связанные с проблемами перехода от функционирования ДВС на ВТЭ к «чистому» топливу и обратно. Одно из известных решений этой проблемы заключается в том, что устройство питания ДВС содержит трубопровод питания жидким топливом, который образует контур питания и содержит входной трубопровод жидкого топлива, средства обработки и обеспечения циркуляции этого жидкого топлива, а также трубопровод введения воды в жидкое топливо. При этом точка присоединения трубопровода введения воды к трубопроводу питания жидким топливом расположена непосредственно на входе части этого трубопровода питания, а клапан перекрытия, выполненный с возможностью перекрытия трубопровода питания жидким топливом, расположен непосредственно за частью трубопровода питания жидким топливом. Точка присоединения трубопровода введения присадочной жидкости к трубопроводу питания жидким топливом представляет собой смеситель воды и жидкого топлива, который выполнен таким образом, что капельки присадочной жидкости имеют размеры, не превышающие 0,5 мм (описание к патенту RU 2172422 МПК F02M 25/00, опубликовано 2001.08.20).
Малое расстояние, предусмотренное между местом введения воды и магистралью питания насосов высокого давления в известном устройстве, приводит к отсутствию циркуляции водо-топливной смеси в контуре топливной системы, введению воды в грубых пропорциях и образованию неустойчивой или нестабильной ВТЭ.
Последнее является другой проблемой приготовления ВТЭ без эмульгирующих добавок.
Один из известных подходов решения этой проблемы предполагает наличие нескольких циркуляционных контуров и многократную циркуляцию ВТС в процессе приготовления ВТЭ перед подачей к насосу высокого давления ДВС (описание к патенту RU 2288776, В01F 3/08 (2006/01), опубликовано 2006.12.10).
Известное устройство обеспечивает безэмульгаторное приготовление водо-топливной эмульсии с одновременным обеспечением всережимности установки и постоянного содержания воды в эмульсии на частичных режимах потребления.
Недостаток известного устройства состоит в необходимости остановки работы ДВС при нештатных аварийных ситуациях отказа в системе приготовления ВТЭ вследствие невозможности перехода к штатной системе питания «чистого» топлива.
Известна система приготовления ВТЭ для ДВС, принятая в качестве ближайшего аналога (описание к патенту RU 2381826 В01F 3/08 (2006/01), опубликовано 2006.02.20), в которой проблема физико-химической стабильности ВТЭ без эмульгирующих добавок решается поддержанием оптимального давления в системе, совершенствованием функциональных узлов смешивания и диспергирования водной фазы в «чистом» топливе, а также многократной циркуляцией ВТС в контуре сброса излишков ВТЭ перед подачей к насосу высокого давления ДВС.
Совершенствование функциональных узлов в известной системе достигается, в частности, усложнением конструкции диспергатора с привлечением дополнительных энергетических ресурсов для привода, что влечет усложнение и повышение стоимости устройства
Задача, решаемая изобретением - создание простого в изготовлении и надежного в эксплуатации оборудования для приготовления двухкомпонентной стойкой эмульсии типа «вода в топливе» во время использования, которое монтируется на транспортном средстве в штатной топливной системе питания ДВС.
Получение стойкой ВТЭ в известной системе достигается усложнением конструкции диспергатора с привлечением дополнительных энергетических ресурсов в виде привода.
Задача изобретения - создание надежной системы приготовления стабильной ВТЭ в условиях непрерывного функционирования ДВС при смене режима питания ВТЭ на «чистое» топливо и наоборот.
Технический результат состоит в упрощении конструкции и снижении эксплуатационных затрат на повышение плотности и равномерности распределения дисперсной фазы воды в ВТЭ.
Технический результат достигается тем, что в системе приготовления ВТЭ для ДВС, включающей дозатор-смеситель топлива и воды, диспергатор ВТС, контур подачи жидкого топлива с регулятором давления и клапаном переключения подачи жидкого топлива на ветви подвода в камеру смешивания дозатора-смесителя и трубопровод выдачи ВТЭ для присоединения к магистрали насоса высокого давления ДВС, контур подачи воды с обратным клапаном, клапаном пульсирующей подачи и насосом, контур подачи ВТС с насосом и контур выдачи ВТЭ в магистраль насоса высокого давления с редукционным клапаном в циркуляционной ветви сброса ВТЭ, насос контура подачи воды выполнен струйным с использованием в качестве эжектируемой среды ВТС и размещением камеры в дополнительной ветви контура ВТС, сообщающейся с камерой смешивания дозатора-смесителя, а регулятор давления подачи воды выполнен в виде гидравлического исполнительного механизма, соединенного с магистралью насоса высокого давления ДВС и обеспечивающего подачу воды в струйный насос с давлением, обратно пропорциональным величине давления в магистрали насоса высокого давления, при этом клапан переключения подачи жидкого топлива выполнен в виде гидроклапана, соединенного с контуром подачи ВТС и редукционным клапаном циркуляционной ветви сброса ВТЭ, которая сообщается с камерой смешивания дозатора-смесителя.
На чертеже представлена блок-схема системы приготовления ВТЭ в штатной системе ДВС.
Система включает дозатор-смеситель 1 жидкого топлива и воды, диспергатор 2, действующий, например, на основе гидродинамического воздействия на ВТС, контур подачи жидкого топлива 3, контур подачи воды 4, контур подачи ВТС 5 и контур сброса ВТЭ 6.
Контур подачи жидкого топлива 3 снабжен регулятором давления 7, обратным клапаном 8 и клапаном 9 переключения подачи жидкого топлива на ветви подвода в камеру смешивания (не показана) дозатора-смесителя 1 и трубопровод 10 для присоединения к управляющему редукционному клапану 11 контура сброса ВТЭ 6. Регулятор давления 7 может быть выполнен в виде редукционного или клапана постоянного давления, обеспечивая поддержание постоянного давления в системе для стабильной работы и постоянства характеристик функциональных узлов. Клапан 9 выполнен в виде гидроклапана и дополнительно соединен с контуром подачи ВТС 5, обеспечивая автоматическое переключение режима работы ДВС с ВТЭ на жидкое топливо и наоборот.
Контур подачи воды 4 снабжен установленными последовательно на отводящем трубопроводе емкостью 12 с водой, обратным клапаном 13, регулятором давления 14 подачи воды и струйным насосом 15. Емкость 12 может быть выполнена из эластичного материала и снабжена фильтром и датчиками состояния воды (не показаны).
Регулятор давления 14 подачи воды выполнен в виде гидравлического исполнительного механизма, соединенного с магистралью 16 насоса высокого давления ДВС и обеспечивающего подачу воды в струйный насос 15 с давлением, обратно пропорциональным величине давления в магистрали 16.
Камера струйного насоса 15 размещена в дополнительной ветви контура 5 подачи ВТС, образующей замкнутый циркуляционный контур 17, сообщающийся с камерой смешивания дозатора-смесителя 1. Циркуляционный контур 17 снабжен электронасосом 18, размещенным со стороны выходного патрубка дозатора-смесителя 1.
Трубопровод выдачи ВТЭ из диспергатора 2 присоединен к магистрали 16 насоса высокого давления ДВС и контуру сброса ВТЭ 6. Контур сброса ВТЭ 6 снабжен управляющим редукционным клапаном 11, отводящая ветвь которого сообщается с камерой смешивания дозатора-смесителя 1. Управляющий редукционный клапан 11 обеспечивает формирование и поддержание заданного алгоритма изменения величины давления в магистрали 16 от объема подаваемой ВТЭ к насосу высокого давления ДВС.
Принцип работы системы безэмульгаторного приготовления ВТЭ в штатной системе питания ДВС на транспортном средстве.
Дизельное топливо из бака подается топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки (не показаны), клапан постоянного давления 7 и топливный обратный клапан 8 в дозатор-смеситель 1.
Сюда же струйным насосом 15 подается необходимое количество воды, которое дозируется гидравлическим исполнительным механизмом 14.
Вода подается из водяной емкости 12 разряжением, создаваемым струйным насосом 15, через водяной фильтр (не показан), водяной обратный клапан 13 и электромагнитный клапан пульсирующей подачи (не показан).
В дозатор-смеситель 1 так же возвращаются излишки ВТЭ или, в зависимости от режима работы, чистого дизельного топлива из топливного насоса высокого давления и топливных форсунок.
Электробензонасос 18 забирает из дозатора-смесителя 1 ВТС и под определенным давлением подает в диспергатор 2 для гомогенизации и образования ВТЭ.
Одновременно это же давление закрывает гидроклапан 9, обеспечивая работу узлов системы в заданном режиме.
Часть смеси, прокачиваемой электробензонасосом 18, используется для работы струйного насоса 15 для подачи воды в дозатор-смеситель 1. Высоконапорной струей является часть ВТС контура 5.
Образовавшаяся в диспергаторе ВТЭ под заданным давлением, которое обеспечивает управляющий редукционный клапан 11, подается к насосу высокого давления для работы ДВС.
Под этим давлением работает и гидравлический исполнительный механизм 14 контура подачи воды 4, обеспечивая необходимое содержание воды в ВТЭ.
При аварийном отказе электробензонасоса 18 срабатывает гидроклапан 9, обеспечивая подачу дизельного топлива в топливный насос высокого давления напрямую, минуя узлы контуров 4, 5 системы.