RU2827664C1

RU2827664C1 - Method of supplying combustible gas and diesel fuel to internal combustion engine

Info

Publication number: RU2827664C1
Application number: RU2023128492A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Анатольевич Сенников; Андрей Вячеславович Сенников; Ирина Александровна Лонцева
Filing date: 2023-11-03
Publication date: 2024-10-01

Abstract

FIELD: engine building.

SUBSTANCE: invention can be used in fuel supply systems of internal combustion engines (ICE). According to the proposed method of supplying combustible gas and diesel fuel to an internal combustion engine, combustible gas coming from gas cylinder 8 through electromagnetic valve 7, passing through reducer 6, is converted to steam and through jet 4 installed in intake manifold 2, enters ICE cylinder. Gas dosage is carried out by changing the supply of diesel fuel, with an increase in the supply of diesel fuel, the vacuum in the intake manifold increases, which leads to an increase in the supplied gas, with a decrease in the supply of diesel fuel, the rarefaction decreases, therefore, the supply of combustible gas is reduced. Gas is mixed with air in inlet manifold, then in the form of gas-air mixture it enters through inlet valves 13 into working ICE cylinders, in the intake stroke it continues to be mixed with air and filling working cylinders. In the compression stroke diesel fuel is injected through injector 11 into the ICE cylinder and after reaching the self-ignition temperature the fuel is burnt.

EFFECT: providing operation of a diesel ICE with additional supply of a propane-butane mixture to increase effective power, torque and reduce fuel consumption without changing the ICE design.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к дизельным двигателям с внутренним смесеобразованием, и может быть использовано во всех двигателях с впрыском топлива, а так же установках внутреннего сгорания, работающих одновременно на двух видах топлива (на жидком и газообразном), различного назначения (наземных, воздушных и морских силовых установках). The invention relates to internal combustion engines, in particular to diesel engines with internal mixture formation, and can be used in all engines with fuel injection, as well as internal combustion units operating simultaneously on two types of fuel (liquid and gaseous), for various purposes (land, air and marine power plants).

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система питания дизеля, позволяющая работать двигателю на газодизельной смеси.The invention can be used in fuel supply systems of internal combustion engines (ICE). A diesel fuel supply system is proposed that allows the engine to operate on a gas-diesel mixture.

В известных схемах газобаллонного оборудования, патент №2292471 RU МПК F02C 3/20, патент №2295054 RU МПК F02M 21/02, имеются дорогостоящие устройства и механизмы для нормальной работы двигателя. In the known gas cylinder equipment schemes, patent No. 2292471 RU IPC F02C 3/20, patent No. 2295054 RU IPC F02M 21/02, there are expensive devices and mechanisms for normal engine operation.

Известен способ подачи горючего газа-газового топлива (природный газ, метан) - в цилиндры газожидкостного двигателя внутреннего сгорания (газодизеля) путем подачи газа в каждый цилиндр или в полость впускных клапанов крышки каждого цилиндра через газовые клапаны. Газовые клапаны в этом случае открывают для подачи газа в такте наполнения данного цилиндра воздухом. Газовые клапаны периодически открываются и закрываются либо механическим приводом от распределительного вала, либо электромагнитами, управляемыми автоматической электронной системой (АЭСУ). [Васильев Ю.Н., Золотаревский Л.С., Ксенофонов С.И. Газовые и газодизельные двигатели. М., ВНИИЭГазпром, 1992г.; Фофанов Г.А. БондаренкоЛ.М. и др. Газотепловозы. Опыт и перспективы развития. Труды ВНИТИ, Коломна. 1999, вып.79, с. 419-422].A method is known for feeding combustible gas—gas fuel (natural gas, methane)—to the cylinders of a gas-liquid internal combustion engine (gas diesel) by feeding gas into each cylinder or into the cavity of the inlet valves of the cover of each cylinder through gas valves. In this case, the gas valves are opened to supply gas during the stroke of filling the given cylinder with air. The gas valves are periodically opened and closed either by a mechanical drive from the camshaft or by electromagnets controlled by an automatic electronic control system (AESU). [Vasiliev Yu.N., Zolotarevsky L.S., Ksenofonov S.I. Gas and gas-diesel engines. Moscow, VNIIEGazprom, 1992; Fofanov G.A., Bondarenko L.M., et al. Gas-diesel locomotives. Experience and development prospects. Proceedings of VNITI, Kolomna. 1999, issue 79, pp. 419-422].

Недостатком такого способа подачи горючего газа в цилиндры газодизеля является негомогенность горючей смеси в камерах сгорания цилиндров к моменту начала впрыска запального жидкого топлива и воспламенения смеси, поскольку поступающие в цилиндры струи горючего газа не успевают перемешиваться с воздухом до однородного состава по всему объему камеры сгорания. В этих условиях процессы воспламенения и сгорания замедляются, снижается полнота наполнения, уменьшается индикаторный КПД и мощность двигателя, увеличивается выброс вредных веществ в отработанных газах.The disadvantage of this method of feeding combustible gas into the cylinders of a gas diesel engine is the inhomogeneity of the combustible mixture in the combustion chambers of the cylinders by the time the pilot liquid fuel is injected and the mixture ignites, since the jets of combustible gas entering the cylinders do not have time to mix with air to a uniform composition throughout the entire volume of the combustion chamber. Under these conditions, the ignition and combustion processes slow down, the completeness of filling decreases, the indicated efficiency and engine power decrease, and the emission of harmful substances in the exhaust gases increases.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ подачи горючего газа в рабочие цилиндры газодизеля. Данный способ заключается в том, что газ подают через впускной патрубок в компрессор наддува, где перемешивают с наддувочным воздухом, далее в виде газовоздушной смеси направляют в наддувочный ресивер газодизеля и впускные клапаны – в рабочие цилиндры на такте наполнения цилиндров, отличающихся тем, что общее количество подаваемого газа разделяют на две части, одну часть в количестве 20 до 50% подают через воздушный патрубок в компрессор наддува и далее в виде газовоздушной смеси в наддувочный ресивер газодизеля и через выпускные клапаны в рабочие цилиндры, а остальную часть в количестве от 80 до 50% направляют через коллектор газовый и газовые клапаны в рабочие цилиндры газодизеля. Часть газа, подаваемую через газовые клапаны в рабочие цилиндры, предварительно нагревают в подогревателе за счет тепла выпускных газов газодизеля до температуры 150-250°С. [Патент РФ №2319846, МПК F02D 19/10. Опубл. 20.03.2008.]The closest to the proposed technical solution is the method of feeding combustible gas into the working cylinders of a gas diesel engine. This method consists in the fact that gas is fed through the inlet pipe into the supercharger compressor, where it is mixed with the supercharged air, then in the form of a gas-air mixture it is sent to the supercharged receiver of the gas diesel engine and the inlet valves - to the working cylinders during the filling stroke of the cylinders, characterized in that the total amount of the supplied gas is divided into two parts, one part in the amount of 20 to 50% is fed through the air pipe into the supercharger compressor and then in the form of a gas-air mixture into the supercharged receiver of the gas diesel engine and through the exhaust valves into the working cylinders, and the remaining part in the amount of 80 to 50% is sent through the gas manifold and gas valves into the working cylinders of the gas diesel engine. Part of the gas supplied through the gas valves to the working cylinders is preheated in the heater using the heat from the exhaust gases of the gas diesel engine to a temperature of 150-250°C. [Patent of the Russian Federation No. 2319846, IPC F02D 19/10. Published 20.03.2008.]

Недостатками этого способа является то, что: не обеспечивается качество распыла дизельного топлива и сгорания смесевого топлива; не обеспечивается возможность применения других перспективных альтернативных топлив в качестве добавок к дизельному топливу и горючему газу.The disadvantages of this method are that: the quality of diesel fuel atomization and combustion of mixed fuel is not ensured; the possibility of using other promising alternative fuels as additives to diesel fuel and combustible gas is not ensured.

Данный способ принят авторами в качестве прототипа.This method was adopted by the authors as a prototype.

Так же в вышеприведенных схемах для перевода дизельного двигателя на газ необходимо изменять конструкцию двигателя, которая влечет за собой необратимые конструктивные изменения двигателя и удорожание конструкции. В настоящем изобретении отсутствуют дополнительные дорогостоящие узлы и механизмы, и существует возможность работы двигателя без изменения заводского исполнения двигателя.Also in the above schemes for converting a diesel engine to gas it is necessary to change the engine design, which entails irreversible design changes to the engine and an increase in the cost of the design. In the present invention there are no additional expensive units and mechanisms, and it is possible to operate the engine without changing the factory design of the engine.

Технической задачей предлагаемого изобретения, является возможность обеспечения работы дизельного двигателя с дополнительной подачей пропан-бутановой смеси без изменения конструкции двигателя для повышения эффективной мощности, момента крутящего и уменьшения расхода топлива и как следствие - экономии средств на выполненную работу.The technical task of the proposed invention is the possibility of ensuring the operation of a diesel engine with an additional supply of propane-butane mixture without changing the design of the engine to increase the effective power, torque and reduce fuel consumption and, as a result, save money on the work performed.

Решение данной технической задачи достигается способом подачи горючего газа и дизельного топлива в двигатель с внутренним сгоранием содержащим штатную систему питания и дополнительное оборудование, состоящие из газового баллона, электромагнитного клапана, газового редуктора, регулировочного клапана, жиклера, пульта управления электромагнитным клапаном. The solution to this technical problem is achieved by feeding combustible gas and diesel fuel into an internal combustion engine containing a standard power supply system and additional equipment consisting of a gas cylinder, an electromagnetic valve, a gas reducer, a regulating valve, a jet, and a control panel for the electromagnetic valve.

Способ подачи горючего газа и дизельного топлива в двигатель внутреннего сгорания заключающийся в том что горючий газ поступающий из газового баллона через электромагнитный клапан проходя редуктор преобразуется в пар и через жиклер установленный во впускном коллекторе поступает в цилиндр двигателя, отличающийся тем, что дозировка газа осуществляется путем изменения подачи дизельного топлива, при увеличении подачи дизельного топлива, разрежение во впускном коллекторе увеличивается, что приводит к увеличению поступающего газа, при уменьшении подачи дизельного топлива, разрежение уменьшается, следовательно, уменьшается поступление горючего газа, что позволяет не вносить изменений в конструкцию двигателя, газ перемешивается с воздухом во впускном коллекторе до однородного состояния, далее в виде газовоздушной смеси поступает через впускные клапана в рабочие цилиндры в такте впуска продолжая перемешиваться с воздухом наполняя рабочие цилиндры, в такте сжатия осуществляется впрыск дизельного топлива через форсунку в цилиндр двигателя, достигая температуры самовоспламенения топливо сгорает, а отработанные газы выбрасываются в атмосферу через глушитель.A method for feeding combustible gas and diesel fuel into an internal combustion engine consisting in the fact that combustible gas coming from a gas cylinder through an electromagnetic valve, passing a reducer, is converted into steam and through a nozzle installed in the intake manifold enters the engine cylinder, characterized in that the gas dosage is carried out by changing the supply of diesel fuel, when the supply of diesel fuel increases, the vacuum in the intake manifold increases, which leads to an increase in the incoming gas, when the supply of diesel fuel decreases, the vacuum decreases, therefore, the supply of combustible gas decreases, which makes it possible not to make changes to the engine design, the gas is mixed with air in the intake manifold to a homogeneous state, then in the form of a gas-air mixture it enters through the intake valves into the working cylinders in the intake stroke continuing to mix with air filling the working cylinders, in the compression stroke diesel fuel is injected through the nozzle into the engine cylinder, reaching the autoignition temperature the fuel burns, and the exhaust gases are emitted into the atmosphere through the muffler.

Такой способ подачи горючего газа позволяет работать двигателю как на дизельном топливе, так и на смешанном газодизельном топливе повышая эффективную мощность уменьшая расход топлива на выполненную работу без изменения конструкции двигателя. This method of supplying combustible gas allows the engine to operate on both diesel fuel and mixed gas-diesel fuel, increasing effective power and reducing fuel consumption for the work performed without changing the engine design.

Схема изобретения представлена на фигуре. Система подачи горючего газа и дизельного топлива содержит: 1- топливный бак, 2- впускной коллектор, 3- воздухоочиститель, 4- жиклёр, 5- клапан, 6- редуктор, 7- электромагнитный клапан, 8- газовый баллон, 9- глушитель, 10- система подогрева газа, 11- форсунка, 12- двигатель, 13- впускной клапан.The scheme of the invention is shown in the figure. The system for supplying combustible gas and diesel fuel contains: 1- fuel tank, 2- intake manifold, 3- air cleaner, 4- jet, 5- valve, 6- reducer, 7- electromagnetic valve, 8- gas cylinder, 9- muffler, 10- gas heating system, 11- nozzle, 12- engine, 13- intake valve.

Способ подачи горючего газа и дизельного топлива в двигатель внутреннего сгорания происходит следующим образом:The method of supplying combustible gas and diesel fuel to the internal combustion engine is as follows:

В такте впуска при перемещении поршня от верхней мёртвой точки к нижней мёртвой точки открывается впускной клапан 13 и в цилиндре двигателя создаётся давление ниже атмосферного, в связи с этим воздух через воздухоочиститель 3 по впускному тракту 2 стремится заполнить объём рабочего цилиндра. Разрежение, создаваемое поршнем, воздействует на калибровочное отверстие (жиклёр) 4 и на дозирующий клапан 5, установленный в редукторе 6, подогреваемый системой подогрева 10, что приводит к поступлению парообразного газа из газового баллона 8 через электромагнитный клапан 7. Тем самым, в цилиндре двигателя появляется порция газа. В такте сжатия оба клапана закрываются, поршень движется от нижней мёртвой точки до верхней мёртвой точки, сжимается газовоздушная смесь, в конце такта сжатия с топливного бака 1 через фильтры очистки топлива, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, через форсунку 11 дизельное топливо впрыскивается в цилиндры двигателя 12. Дизельное топливо самовоспламеняется из-за высокой температуры и воспламеняет порцию поступившего газа, что приводит к увеличению теплоты сгорания топлива и повышению рабочего давления, создаваемого на поршень, которое, в свою очередь, приводит к увеличению эффективной мощности двигателя, отработанные газы выбрасываются в атмосферу через глушитель 9.In the intake stroke, when the piston moves from the top dead center to the bottom dead center, the intake valve 13 opens and a pressure below atmospheric pressure is created in the engine cylinder, due to which the air through the air cleaner 3 along the intake tract 2 tends to fill the volume of the working cylinder. The vacuum created by the piston acts on the calibration hole (jet) 4 and on the metering valve 5 installed in the reducer 6, heated by the heating system 10, which leads to the flow of vaporous gas from the gas cylinder 8 through the electromagnetic valve 7. Thus, a portion of gas appears in the engine cylinder. In the compression stroke, both valves close, the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the gas-air mixture is compressed, at the end of the compression stroke, diesel fuel is injected into the engine cylinders 12 from the fuel tank 1 through the fuel cleaning filters, the fuel pump, the high-pressure fuel pump, through the injector 11. Diesel fuel self-ignites due to the high temperature and ignites a portion of the incoming gas, which leads to an increase in the heat of combustion of the fuel and an increase in the working pressure created on the piston, which, in turn, leads to an increase in the effective power of the engine, the exhaust gases are emitted into the atmosphere through the muffler 9.

Предлагаемый способ подачи горючего газа и дизельного топлива в двигатель с внутренним сгоранием позволяет увеличить эффективную мощность, крутящий момент двигателя, уменьшить часовой и удельный расход топлива. The proposed method of supplying combustible gas and diesel fuel to an internal combustion engine allows increasing the effective power and torque of the engine and reducing the hourly and specific fuel consumption.

Claims

A method for feeding combustible gas and diesel fuel into an internal combustion engine, which consists in the fact that combustible gas coming from a gas cylinder through an electromagnetic valve, passing a reducer, is converted into steam and through a nozzle installed in the intake manifold, enters the engine cylinder, characterized in that the gas dosage is carried out by changing the supply of diesel fuel, with an increase in the supply of diesel fuel, the vacuum in the intake manifold increases, which leads to an increase in the incoming gas, with a decrease in the supply of diesel fuel, the vacuum decreases, therefore, the supply of combustible gas decreases, the gas mixes with air in the intake manifold, then in the form of a gas-air mixture it enters through the intake valves into the working cylinders, in the intake stroke continuing to mix with air and filling the working cylinders, in the compression stroke diesel fuel is injected through the nozzle into the engine cylinder, reaching the autoignition temperature, the fuel burns, and the exhaust gases are emitted into the atmosphere through the muffler.