Campo de la Invención

La presente invención pertenece al campo de la mecánica de motores de combustión y su control de alimentación de combustible dual a reacción que consumen aire y particularmente con motores especialmente adaptados a la utilización de un combustible especial o de una variedad de combustibles mezclados; donde el dispositivo combina, no solo combustibles independientes, sino dos tipos combustibles simultáneos tomados de gasolina, diesel o nafta junto con combustibles gaseosos, que al momento de la detonación de la mezcla en la cámara de combustión con un inyector dual, dosifica la mezcla exacta de combustibles gaseosos y gasolinas por la entrada del ducto de combustibles gaseosos hacia la cámara de mezcla dual, entrando gasolina y combustible gaseoso mezclados a la cámara y controlando dicha mezcla por una válvula de aguja que se contrae por campo electromagnético de bobinas que vencen la fuerza de un muelle helicoidal.

Antecedentes de la Invención

Los motores que usan gasolina para impulsarse se les ha adaptado conversiones de gas natural vehicular, hoy en día se existen vehículos de combustible dual o conocidos con el nombre erróneo “híbridos" que usan gas natural vehicular dedicado y gasolina como segundo combustible, pero no combinado, aún siguen usando un solo combustible para el momento de la detonación de este en la cámara de combustión, bien sea gasolina, diésel o gas natural vehicular GNVC. En este sentido, existen inyectores denominados duales, que hacen aportes de combustible gaseoso a un sistema de combustible gasolina, pero no son una configuración de un solo inyector con función dual simultánea que permita mezclar dos o tres tipos de combustible y tampoco aportan una mezcla de combustible gaseoso y gasolina en una dosificación estratificada de combustible; mientras que la nueva invención, en una sola cámara y no mediante aportes independientes, mezcla combustibles gaseosos y combustibles líquidos con hasta tres combustibles como por ejemplo, gas vehicular, etanol y gasolina, con control electrónico de entrega de combustibles dosificados por un solo sistema. Por otro lado, se conoce de la invención el antecedente US9777646B2 “Inyección directa de diluyentes o combustibles secundarios en motores de combustible gaseoso” de Ford Global Technologies LLC de fecha 2017-10-03, que propone un método para operar un motor, que comprende inyectar en el puerto una primera cantidad de un primer combustible en un ciclo de cilindro e inyectando directamente una segunda cantidad de un inyéctate secundario en el ciclo del cilindro en función de un aire a gas relación (AFR), el AFR deseado basado en la temperatura de una válvula del cilindro del motor. El AFR deseado puede estar fuera del rango de AFR disponible durante combustión de gas natural solo y, por lo tanto, permite un funcionamiento más frío del motor. Este antecedente muestra dos inyectores dosificando uno u otro combustible, pero no la mezcla, mientras que el nuevo inyector dual dosifica dos combustibles a la misma vez en una sola cama y entregándola a la cámara de combustión ya mezclada con aire y combustible.

El antecedente US7628137B1 “Sistema de almacenamiento, medición y encendido de múltiples combustibles” de McAlister Technologies LLC, Advanced Green Innovations LLC de 2007-11 -20, es un sistema para el almacenamiento seguro y la utilización eficiente de una variedades de gasolina, donde se proporciona una selección de gasolina que que varían de composición y fase, desde mezclas criogénicas de sólidos y líquidos hasta gases a temperatura elevada para aplicaciones únicas con varios tipos de motores térmicos y gasolinas en combinaciones hibridadas. A diferencia de la nueva invención, que no propone un inyector dosificando múltiples combustibles a modo independiente, sino que propone un inyector dual de mezcla dos tipos de combustible tomados de combustible gaseoso y gasolina en una mezcla homogénea sin los perjuicios de que la mezcla apague el funcionamiento del motor.

Otra propuesta de mezcla está presente en la patente US9422899B2 “Inyector de combustible doble con sello de bloqueo hidráulico y estrategia de purga de fugas de líquido” de Caterpillar Inc y de fecha 2016-08-23; que muestra un sistema doble de combustible incluye un doble inyector que ha dispuesto en él una cámara de boquilla gaseosa conectada de forma fluida a una entrada de gasolina, y una cámara de boquilla de líquido conectada de forma fluida al líquido de entrada. El inyector doble también incluye un sello de bloqueo hidráulico con un volumen anular de líquido gasolina que rodea un segmento de guía de un gas miembro de válvula de aguja para inhibir la migración de gases combustibles en el líquido gasolina. Una entrada común de combustible gaseoso que está conectada a una entrada de flujo de gasolina, una válvula de retención se coloca entre el fluido de los gases combustibles y la cámara de boquilla gaseosa del doble inyector para bloquear la gasolina que se filtra en una cámara de boquilla gaseosa a través del sello de bloqueo hidráulico para que no entre en el gas combustible. La nueva invención no propone bloqueos para accesos de uno u de otro combustible, por el contrario, aporta una mezcla estequiométrica de combustibles, es decir que no son dos inyectores haciendo aportes de combustible para mezclándolos posteriormente en la cámara de combustión haciendo aportes de una mezcla heterogénea, sino que propone un solo inyector dual que hace mezcla homogénea en un solo competente, con un único inyector mezclando combustibles gaseosos al 75% y gasolina al 25% por control de una unidad de control electrónica y pulsos electromagnéticos.

La presente invención presenta un dispositivo para la mezcla de combustible gaseoso con gasolina, donde el combustible gaseoso es tomado de gas de carbón, gas pobre, biogás, gas de vertedero o gas natural y la gasolina es un combustible nafta en estado líquido. El combustible gaseoso y la gasolina o nafta son apolares y su electronegatividad no les permite mezclarse; por lo que cuando se intenta adicionar gasolina en la combustión de combustible gaseoso el motor se apaga. La invención soluciona esta falencia de electronegatividad para que los combustibles se mezclen sin que el motor se apague, adaptando a los mecanismos originales del vehículo de gasolina el dispositivo convirtiendo el motor en un mecanismo de mezcla con combustible gaseoso, como un mecanismo asertivamente híbrido de gasolina combinada con combustible gaseoso para que su vida útil se prolongue por más de 4.000 horas y funcione hasta por 8.760 horas año como funcionan los motores en la industria pesada de combustible gaseoso que tienen trabajo continuo a plena carga durante períodos cercanos a las 8.760 horas por año.

El nuevo inyector dual de mezcla de combustible gaseoso y gasolina es una solución no existente en el estado de la técnica, que realiza la mezcla de gases combustibles con gasolina o diesel en la misma cámara de mezcla y no antes como los antecedentes conocidos, de manera que mejora el consumo de combustibles por un porcentaje a razón de más aire y menos combustible, bajando la contaminación ambiental, reduciendo el consumo de aceite en más tiempo de remplazo por ser un carburante más limpio sin aportar residuos de carbón en la cámara de, aumentando la potencia y el torque en motores de combustión interna.

La nueva invención propone una nueva solución que se aleja da las soluciones conocidas, donde incorpora un mecanismo que cambia la polaridad de uno de los combustibles para permitir la mezcla con un segundo combustible como solución no existente en el estado de la técnica; que propone un solo inyector dual que hace mezcla homogénea en un solo competente, con un único inyector mezclando combustibles gaseosos al 75% y gasolina al 25% por control de una unidad de control electrónica y pulsos electromagnéticos.

Breve descripción de la invención

El desarrollo de este inyector busca dosificar el consumo de combustible de dos tipos de combustible, tomados de combustibles gaseosos mezclados estequiométricamente con gasolina o nafta para mitigar la contaminación ambiental con un ahorro de combustible de más de un 70%, con los beneficios de optimizar el consumo de combustible, ejecutarse con diferentes energías en un motor, reducir el desgaste del motor y estabiliza la temperatura dentro del motor como ventajas evidentes para el técnico medio con habilidad en la materia, a partir de las figuras que se adjuntan y la descripción detallada de las mismas que se hace a continuación.

Breve descripción de figuras

FIG. 1 Muestra una vista en corte del inyector dual.

FIG. 2 Muestra una vista externa del inyector dual

FIG. 3 Muestra los componentes del dispositivo de mezcla gas y gasolina de inyectores duales

FIG. 4 Muestra un esquema de la ECU Unidad de Control Electrónica para mezcla de combustibles con inyectores duales.

FIG. 5 Muestra los componentes del dispositivo para mezclar combustibles con inyectores duales y su distribución en motores de combustión localizados en un vehículo con motor de combustión.

FIG. 6 Muestra el riel porta inyectores en un esquema general de la invención FIG. 7 Muestra un despiece del riel porta inyectores FIG. 8 Muestra un esquema de la tarjeta madre del dispositivo para mezclar combustibles

Descripción detallada de la invención

La presente invención presenta un dispositivo que combina, combustibles de dos tipos combustibles simultáneos tomados de gasolina, diesel o nafta junto con combustibles gaseosos tomados de gas de carbón, gas pobre, biogás, gas de vertedero o gas natural, que al momento de la detonación de la mezcla en la cámara de combustión con un inyector dual, dosifica la mezcla exacta de combustibles gaseosos y gasolinas por la entrada del ducto de combustibles gaseosos hacia la cámara de mezcla dual, proporcionando una gasolina y combustible gaseoso mezclados en la cámara y no antes de entrar a la cámara se manera independiente sino simultánea y controlando dicha mezcla por una válvula de aguja que se contrae por campo electromagnético de bobinas que vencen la fuerza de un muelle helicoidal.

En una modalidad de la invención, el dispositivo mezcal tres combustibles, dos combustibles líquidos y un combustible gaseoso, controlados por una unidad de control, donde el desarrollo de este inyector dual para combustibles gaseosos y gasolina dosifica el consumo de combustible de tres combustibles para mitigar la contaminación ambiental, busca un ahorro de combustible más de un 70%. La función principal del mezclador dual consiste en brindarle una opción a un motor de combustión interna de operar con tres combustibles dos líquidos y otro gaseoso para esto se desarrolla un mezclador capaz de llevar a cabo la dosificación tanto de gasolina, etanol y gas natural.

Esta invención conservar la composición y estructura de un mezclador de combustibles, pero aporta una solución con inyectores duales que optimiza la presencia de combustible gaseoso que se manifiesta por la presión del mismo en el tanque de almacenamiento; ya que, con esta nueva propuesta, cuando el inyector detecta que hay presión, de inmediato funciona electromagnéticamente, con ayuda de unidad de control electrónico, el control por pulsos electromagnéticos de los fluidos para el suministro de combustible de combustible gaseoso y gasolina en una sola mezcla. El dispositivo está configurado en una Unidad de Control programada por Algoritmos PID (Proporcional Integral Diferencial) con un circuito PLC (Programmable Logic Controller) que controla en el inyector dos bobinas por PWM (Pulse Width Modulation) para la dosificación del combustible en el Duty Cycle en un 25% para gasolina, etanol y un 75% para gas controlando la cantidad exacta de los tres combustibles para poderlos mezclar en el sistema dosificador de mezcla en la cámara de combustión.

El inyector dual dosifica la mezcla exacta de gas o combustible gaseoso y gasolina o combustible líquido por la entrada del ducto de gas (14) hacia la cámara de mezcla dual (13) entrando gasolina o combustibles líquidos por ducto (9) y combustibles gaseosos por el ducto (12) mezclando los dos combustibles en la cámara de mezcla dual (13). La válvula de aguja (7) se contrae por campo electromagnético para permitir el paso de los dos combustibles mezclándolos en la cámara de mezcla dual (13), las agujas de cada uno de los dos ductos, ducto de gas (14) y ducto (9), se contraen por efecto electromagnético de las bobinas de campo magnético (5) venciendo la fuerza del muelle helicoidal (10) para el paso de los dos tipos de combustible y formar de combustible líquido y gaseoso hacia la cámara de mezcla dual (13), por efecto del campo magnético del solenoide (6).

El filtro (3) retiene las partículas que pueda contener el combustible líquido de la entrada (15) y la unidad de control conexión (4) entrega alimentación de Voltaje a las bobinas de campo magnético (5) para que se active el solenoide (6) haciendo que la aguja (8) se contraiga venciendo la fuerza del muelle helicoidal (10) dejando pasar los dos combustibles por los ductos (14 y 9) finalmente mezclándolos en la cámara dual (13). Los anillos toroide (1 ) superior e inferior permiten el sello para evitar fugas de combustible líquido.

La parte externa del Inyector dual muestra la entrada de gasolina (15) y el ducto de gas (20) la entrada de gas (22) la válvula de entrada (21 ) el anillo toroide (16) superior e inferior el cuerpo del Inyector (18) para proteger la parte interior del mismo la conexión a la unidad de control (17) se encarga de activar el inyector para dosificar el combustible. Los componentes del dispositivo inyector de mezcla gas y gasolina de inyectores duales comprenden el riel de inyección gas (23) que entrega la cantidad dosificada a los inyectores dual (26,27,28 y 29) desde el cilindro gas (31 ). El tanque de combustible gasolina (30) suministra gasolina al riel de inyectores gasolina (24) y luego hacia los inyectores duales (26, 27, 28 y 29) y la tubería de alta presión (32) suministra presión de gas hacia el riel de inyección gas (23) y hacia los inyectores (26, 27, 28 y 29). La tubería gasolina (33) lleva el combustible hacia el riel de inyección gasolina hacia los inyectores (26,27,28 y 29) controlado por la unidad de control electrónica (25) para dosificar el porcentaje de combustible hacia los inyectores duales (26, 27, 28 y 29) y así llevarlos a la cámara de combustión del motor de combustión interna.

La ECU Unidad de Control Electrónica para mezcla de combustibles con inyectores duales es una unidad de control de dosificación de combustible, donde el mecanismo está configurado en una Unidad de Control programada por Algoritmos PID (Proporcional Integral Diferencial) con un circuito PLC (Programmable Logic Controller) que controla en el inyector dos bobinas por PWM (Pulse Width Modulation) para la dosificación del combustible en el (Duty Cycle) Ciclo Útil en un 25% para combustible líquido y un 75% para combustible gaseoso; y controlar la cantidad exacta de los dos combustibles para poderlos mezclar en la cámara de combustión. La ECU (Electronic Control Unit) Unidad de control Electrónico el conector para sensores (35) entrega las señales de las condiciones de operación del motor, de acuerdo a las señales recibidas por sensores hacia los conectores para actuadores (36) que recibe información codificada por el procesador (37) dando información a la memoria RAM (Random Access Memory) Memoria de Acceso Aleatorio (38). Esta memoria RAM (Random Access Memory) Memoria de Acceso Aleatorio (38) es la memoria que guarda de forma temporal los códigos de avería del sistema gas y gasolina y condiciones de fallas del motor para verificar el reemplazo de componentes o reparación del dispositivo. Con la memoria ROM (Read Only Memory) Memoria de solo Lectura (39) se almacenan programas o datos que permiten el funcionamiento de los ordenadores o dispositivos electrónicos a través de la lectura de la información sin que pueda ser destruida o reprogramable y esta memoria ROM (Read Only Memory) Memoria de solo Lectura (39) es también la encargada de almacenar los códigos de programación que pueden ser trasmitidos a la memoria RAM (38) para borrar por medio de un escáner externo. La memoria EPROM (Electrically Erasable Progammable Read Only Memory) Memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (40) conectada a un Chip de memoria que retiene su contenido sin energía. Puede borrarse, tanto dentro del dispositivo como externamente, de manera que allí es donde se programa la cantidad de señal para que el dispositivo funcione con los porcentajes de dosificación de gas y gasolina.

La memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) Memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (41 ) es un tipo de memoria ROM que puede ser programada, borrada y reprogramada eléctricamente, a diferencia de la EPROM que ha de borrarse mediante un aparato que emite rayos ultravioletas. En la misma ECU Unidad de Control Electrónica están las resistencias (42) y los Transistores (43), donde las resistencias son un elemento pasivo de un circuito eléctrico que forman complejos circuitos con funciones concretas, de manera que las resistencias actúan como cualquier medio material que limita el paso de la corriente eléctrica. Los transistores (43) en este dispositivo controlan los pulsos electromagnéticos para activar los inyectores duales.

Los componentes del dispositivo para mezclar combustibles con inyectores duales en motores de combustión localizados en el Vehículo son un múltiple de escape (43) y evacúa los gases quemados de los procesos de la combustión del motor. Los inyectores duales (gas y gasolina) (44) mezclan la cantidad de gas y gasolina en una sola mezcla homogénea para entregarla mezclada a la cámara de combustión y se queme, de manera que se ejecute con ahorro de combustible excepcional y mitigar la contaminación ambiental con una mezcla de combustibles más limpios en una química por proporción de más aire con menos combustibles en una relación estequiométrica baja.

El módulo de control electrónico ECU Electronic Control Module (45) encargado de entregar las señales a los inyectores que controlan en el inyector con dos bobinas por PWM (Pulse Width Modulation) para la dosificación del combustible en el (Duty Cycle) Ciclo Útil en un 25% de gasolina o combustibles líquidos y un 75% de gas, para controlar la cantidad exacta de los dos combustibles y mezclarlos en la cámara de combustión. El tubo de escape (46) encargado de evacuar los gases que salen por el múltiple de escape (43) elimina los gases al exterior. El cilindro de gas natural (47) del tanque de gas, denominado, bombona, cilindro, balón, pipa, tambo o garrafa, es el depósito de gas a presión transportado en el vehículo. El Tanque de gasolina (48) es el depósito de combustible seguro para líquidos inflamables, que forma parte de los componentes del motor, y en el cual se almacena el combustible, que es propulsado para que un vehículo avance, ya sea mediante la bomba de combustible o liberado como gas a presión en un motor. Todos los elementos electrónicos tienen cableado conectado a una unidad de control (50) que es la circuitería que controla el flujo de datos a través del procesador y coordina las actividades de las otras unidades.

El Riel porta Inyectores dual (51 ) es un acumulador de presión situado después de la bomba de alta presión; o del depósito de gas que constituye una reserva de gas o gasolina a alta presión para los inyectores que se unen al Motor de combustión interna (52) para trasformar energía química en energía mecánica y así dar movimiento, mediante lo que se denomina motores térmicos a las maquinas que transforman la energía en forma de calor directamente utilizable.

Como forma de ejecutar la invención, el riel porta inyector dual (51 ) que dosifica la gasolina desde el inyector de gasolina (55) tiene una válvula control de presión (53), un riel de mezcla gas y gasolina (54), un inyector de gasolina (55), una copa acople entrada inyector gasolina (56), una entrada de combustible gaseoso (57), una salida combustibles mezclados hacia el motor de combustión interna (58) y una cámara mezcla de combustibles (59). Este Riel Porta Inyector dual (51 ) dosifica la gasolina desde el inyector de gasolina (55) hacia la copa acople entrada inyector gasolina (56) mezclando los dos combustibles en la cámara de mezcla combustibles (59) por la entrada de combustible gaseoso (57) controlando la presión de los dos combustibles en la válvula de control de presión (53) y entregando la mezcla de los dos combustibles por salida de combustibles mezclados hacia el motor de combustión interna (58).

La Tarjeta madre con resistencias (60) es un componente encargado de enviar señales por pulsos electromagnéticos para mezclar combustibles, que funciona como una unidad de control para operar de forma eficiente las mezclas de combustibles en los inyectores de mezcla gas y gasolina o control del sistema. La tarjeta madre con resistencias (60) conforma un circuito que controla desde el optoacoplador (61 ) la señal transferida al microcontrolador (64) de acuerdo al paso de control de pulso electromagnético por medio del transistor (65), recibiendo la alimentación de voltaje enviada desde la batería del vehículo por la conexión de voltaje (62) y enviando una señal de luz por medio de un diodo emisor de luz (66) y enviado una señal de pulsos electromagnéticos hacia los inyectores duales por medio de conexión a inyectores (63).

El Inyector Dual mezcla en una cámara interna del mismo inyector dos tipos de combustibles, combustibles gaseosos y combustibles líquidos, luego envía la mezcla a la cámara de combustión del motor. Los componentes básicos del Inyector Dual son: un anillo toroide (1) evitando fugas de combustible líquido y combustible gaseoso, un filtro (3) que elimina las micro partículas contenidas en la gasolina, la conexión a la unidad de control (4) que es la encargada de llevar al inyector la alimentación de voltaje y la masa enviada por la unidad de control (25), la bobina de campo magnético (5) recibe la señal desde la conexión de la unidad de control (4) para activar el solenoide (6) y hacer la repulsión por campo electromagnético de la válvula de aguja (7) levantando la aguja (8) permitiendo el paso de los combustibles simultáneamente por medio de la entrada de gasolina (9) y la entrada de gas (12) dirigiéndola el combustible al ducto de gas (14) mientras la fuerza del resorte muelle helicoidal (10) se vence permitiendo el paso de la mezcla de combustibles hacia la cámara dual (13). Como forma preferida de ejecutar la invención, la figura 6 muestra el Inyector a gasolina (55) conectado a la copa de acople de entrada de inyector a gasolina (56) y a su vez, también la conexión de la entrada gas natural (57) de para mezclar dos combustibles, es decir, el combustible gaseoso y el combustible líquido ingresan a la cámara de mezcla combustibles (59) bajo control de presión como una mezcla homogénea en la válvula control de presión (53), que envía combustible mezclado desde la cámara de mezcla de combustibles (59) hacia la salida combustibles que se conecta con el motor de combustión interna (58).