Способы и технологии подачи топлив в цилиндры в газодизельных двигателях

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

 

 

 

 

 

ЭНЕРГОМАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ  ФАКУЛЬТЕТ

 

Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

 

 

ОТЧЕТ О ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

 

 

На  тему

«Способы и технологии подачи топлив в цилиндры в газодизельных двигателях»

 

Студент: Студенцов А. С.

/______________/

 

                                                   Руководитель практики: Теренченко А.С.

/______________/

 

 

МОСКВА 2013

СПИСОК  ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

 

 

студент                                 _________________       А.С. Студенцов

                                                                                         подпись,дата

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                             стр.

1. Обозначения и сокращения……………………………………………4
2. Объект исследований…………………………………………..………5
3. Анализ патентной документации………………………………..……6
4. Заключение……………………………………………………………12
5. Приложение А. Задание на проведение патентных исследований..14
6. Приложение Б. Регламент поиска…………………………………...16
7. Приложение В. Отчет о поиске……………………………………...18

 

 

 

1 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

ДВС – двигатель  внутреннего сгорания

КС – камера сгорания

СНГ – сжиженный  нефтяной газ

СПГ – сжиженный  природный газ

ТНВД – топливный насос высокого давления

ЭБУ – электронный  блок управления 
2 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Анализ тенденций  развития мирового двигателестроения  показывает, что наиболее перспективным и вместе с тем относительно легко реализуемым способом улучшения экономических и экологических параметров двигателей является их адаптирование к альтернативным видам топлива. В особенности это касается ДВС с воспламенением от сжатия, ввиду его большего КПД по сравнению с ДВС с принудительным воспламенением.

В данном исследовании отражен накопленный опыт по конструированию ДВС с воспламенением от сжатия, работающим одновременно на горючем газе и дизельном топливе. По типу смешивания топлив такие двигатели делятся на два вида: без смешивания (газовое топливо равномерно перемешано с воздухом, дизельное топливо, будучи впрыснутым в КС, воспламеняется прежде, чем перемешается с газом и воздухом) и со смешиванием топлив в каком-либо устройстве. Первый тип конструктивно реализуется установкой газовой форсунки во впускном трубопроводе, с подачей газа на такте впуска, либо в головке цилиндра, с подачей газа на такте впуска и/или сжатия. Второй тип конструктивно реализуется отдельным устройством для смешивания дизельного и газового топлива, в том числе газа в сжиженном виде, для последующей подачи готовой смеси к форсунке, либо форсункой специальной конструкции, в полости которой происходит смешивание топлив при впрыске. Также существуют конструкции, предполагающие полный отказ от дизельного топлива – с использованием какого-либо ненефтяного топлива в качестве запального.

 

3 АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

 

В рамках исследования производился поиск и анализ патентных  документов, в которых рассматривались  вопросы применения одновременно газового и дизельного топлива в ДВС  с воспламенением от сжатия.

 

Поиск патентной документации производился с помощью сети Internet по следующим источникам:

- Patentscope of World Intellectual Property Organization (WIPO), Switzerland

- Database of United States Patent and Trademark Office (USPTO), U.S.

- Database of National Center for Industrial Property Information and Trading (INPIT), Japan

- База данных ФГБУ Федерального Института Промышленной Собственности (ФИПС), РФ

 

В качестве определяющих терминов при поиске использовались ключевые слова: diesel engine, dual fuel, gaseous fuel, fuel mixture, LPG, methane, газовое топливо, битопливный двигатель, газодизель.

В процессе поиска охвачен временной интервал с 2003 по 2013 год включительно. Было рассмотрено 242 документа, среди них 142 зарубежных и 100 отечественных. Для более подробного рассмотрения отобрано 11 документов.

 

 

 

 

 

 

 

 

В патенте KR2010007400 представлена конструкция комбинированной форсунки, в которой управление осуществляется от давления дизельного топлива, причем, в соответствии с рисунком 1, запорный механизм газовой части форсунки управляется плунжером дизельной части форсунки.

Рисунок 1 –  устройство KR2010007400

 

В патенте RU78270 так же представлена комбинированная форсунка, отличие которой от предыдущей конструкции в том, что дозирование газового топлива осуществляется электромагнитным клапаном. В соответствии с рисунком 2, этот клапан находится в верхней части форсунки.

Рисунок 2 –  устройство RU78270

 

 

Патентом RU50258 описывается принцип регулирования подачи газового и дизельного топлив видоизмененным многоплунжерным ТНВД, плунжеры которого имеют конструкцию, предусматривающую подачу и отключение подачи газа к форсунке. В соответствии с рисунком 3 клапан, управляющий подачей газа, находится над верхней частью плунжера.

Рисунок 3 – схема конструкции RU50258

В патенте RU2338920 описана конструкция устройств, предназначенных для перевода дизельного двигателя любой конструкции на работу на газовом топливе – это устройство регулирования подачи СНГ и комбинированная форсунка. В соответствии с рисунком 4, регулятор устанавливается после ТНВД, который остается штатным, и осуществляет дозированную подачу газа к комбинированной форсунке в зависимости от подачи дизельного топлива.

 

Рисунок 4 – конструкция устройств RU2338920

 

В патенте JP2003193874 описан, в соответствии с рисунком 5, способ подачи газа во впускной коллектор одной форсункой с электронным управлением, причем дизельные форсунки и газовая форсунка контролируется одним ЭБУ. Газ подается во впускной коллектор непрерывно, контроль расхода осуществляется датчиком давления.

Рисунок 5 – схема устройств JP2003193874

 

Патент RU47448 также описывает способ подачи газа во впускной коллектор с электронным управлением, принципиальное его отличие от предыдущего документа заключается в том, что применяются индивидуальные для каждого цилиндра форсунки, и подача газа осуществляется дозировано, на такте впуска. В соответствии с рисунком 6, на двигателе сохраняется ТНВД, специальный датчик на нем подает на ЭБУ сигнал о впрыске дизельного топлива.

Рисунок 6 – схема устройств RU47448

 

Принцип работы устройства RU57832, в соответствии с рисунком 7, предусматривает предварительное смешивание дизельного топлива и СНГ и последующую подачу смеси к форсункам.

Рисунок 7 – схема устройств RU57832

 

Патент AU2011000456 содержит описание принципа работы и схему топливной аппаратуры, смешивающей часть подаваемого из баков дизельного топлива с СПГ и подающей чистое дизельное топливо и смесь к комбинированным форсункам.

 

Особенность конструкции RU2319846, изображенной на рисунке 8, в том, что используется комбинация ввода газа во впускной коллектор (20-50%) и непосредственно в КС (80-50% соответственно), причем часть газа, подаваемая непосредственно в КС, подогревается в специальном устройстве за счет теплоты от выпускного коллектора до температуры 150-250 градусов Цельсия.

Рисунок 8 – конструкция RU2319846

 

Патент IT MI20090968 содержит способ эксплуатации газодизельного ДВС, который предполагает отказ от дизельного топлива, в качестве запального топлива в вышеозначенном способе эксплуатации используется газойль.

В патенте RU2207441 так же содержится способ эксплуатации газодизельного ДВС без дизельного топлива, но, в отличие от предыдущего, он предполагает полный перевод газодизельного ДВС на альтернативное топливо: в качестве запального топлива используется диметиловый эфир.

 

4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Патентные исследования проведены по всем предметам поиска и источникам информации, предусмотренным регламентом. Регламент при поиске не изменялся. Патентные исследования позволили выявить технический уровень развития газодизельных ДВС.

На данный момент теми или иными патентными документами охвачены все способы подачи топлив в цилиндры газодизельного ДВС, а так же работа газодизельного ДВС полностью на альтернативных топливах. Предложено множество вариантов конструкций и их комбинаций, способов регулирования подачи газа. Во всех рассмотренных документах подача дизельного топлива регулируется одним из традиционных сособов.

При первичной  сортировке отброшено 131 зарубежных и 86 отечественных документов по нестрогому соответствию цели поиска и несоответствию временным рамкам поиска. Среди отобранных отечественных патентов патентообладателями 9 документов являются ВУЗы, 2 документов – Российская Федерация в той или иной форме, 2 документов – коммерческие организации, 1 документа – частные лица; среди отобранных зарубежных документов патентообладателями 7 документов являются коммерческие организации, 4 документов – коммерческие организации и разработчики совместно. Из отобранных зарубежных патентов 6 зарегистрированы в Австралии, 2 в Японии, 2 в Италии и 1 в Южной Корее. В отчете представлено 11 документов.

Почти все вошедшие в отчет зарубежные патентные документы принадлежат малоизвестным организациям, которые являются поставщиками автокомпонентов для крупных производителей. Исключение составляет представленный выше южнокорейский патент KR2010007400, принадлежащий Hyundai Heavy Industries. Патентообладателями являются организации и разработчики, работающие в этих организациях, частные лица в качестве патентобладателей встречаются крайне редко.

Среди отечественных  патентообладателей по численности преобладают ВУЗы, на втором месте – частные лица, а коммерческих организаций сравнительно мало.

 

Технический уровень  патентов РФ в целом ниже зарубежных, современные электронные системы  в них используются редко. Вместе с тем отдельные разработки, в  частности, представленные выше RU2319846 и RU47448, не имеют зарубежных аналогов.

Приложение  А Задание на проведение патентных исследований                 Наименование  темы: «Применение газовых и смесевых топлив в ДВС с воспламенением от сжатия»     Задачи патентных исследований: Выявить концептуальные направления  развития технологий использования газовых топлив в ДВС с воспламенением от сжатия, в частности способы подачи топлива в КС.             Таблица 1   Календарный план Виды патентных  исследований Подразделения-исполнители (соисполнители) Ответственные исполнители (Ф.И.О.) Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание Отчетные документы Исследования технологий применения газовых топлив в ДВС с воспламенением от сжатия ГНЦ РФ ФГУП НАМИ Студенцов А.С. 01.07.2013 –    22.07.2013 Отчет о патентных  исследованиях

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Б

Регламент поиска

 

 

 

 

 

Наименование  темы: «Применение газовых и смесевых топлив в ДВС с воспламенением от сжатия»

 

 

Номер и дата утверждения задания: 05.07. 2013г.  

 

 

Цель поиска информации: Изучение запатентованных конструкций узлов и агрегатов и накопленного опыта в области применения газовых топлив в ДВС с воспламенением от сжатия, в частности способы подачи топлив в КС.

 

 

Обоснование регламента поиска: Глубина поиска составляет 10 лет. Поиск проводится по странам, ведущим разработки в области газодизельных двигателей.

 

 

Начало поиска 05.07.2013

 

Окончание поиска 22.07.2013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2    Регламент поиска

Предмет		Источники информации, по которым будет проводиться поиск
поиска		патентные		НТИ*
	Страна поиска	Наименование	Классификационные рубрики: МПК (МКИ)*, МКПО*, НКИ* и другие	Наименование	Рубрики УДК* и другие	Ретро-спектив-ность	Наименование  информационной базы (фонда)
1	2	3	4	5	6	11	12
Подача дизельного и газового топлив в цилиндры ДВС  с воспламенением от сжатия	РФ, США, страны азиатского и европейского регионов, Австралия	Двигатели, характеризуемые  воспламенением от сжатия Двигатели, характеризуемые  работой на газовых топливах Топливная аппаратура, работающая на двух и более топливах	F02B7/00 F02B43/00 F02M43/00			2003 -2013г	Patentscope of WIPO, Switzerland Database of USPTO, U.S. Database of INPIT, Japan База данных ФГБУ ФИПС, РФ