Силовая установка

 

Использование: транспортные средства для повышения экономичности путем более полного использования энергии отработавших газов. Сущность изобретения: силовая установка содержит второй термохимический реактор с электронагревательными элементами и подогревателем. Через дополнительные органы перекрытия вход второго реактора соединен с выходом первого подогревателя. Выход второго реактора соединен с входом второго теплообменника. Вход первого реактора соединен с выходом второго подогревателя. Выход первого реактора соединен с входом второго теплообменника. Магистральный выход второго теплообменнника подключен к паровому входу первого реактора и к паровому входу второго реактора. Через дополнительные переключатели трубопроводов подключены газовые входы первого и второго реактора к органу перекрытия насоса. Входы первого и второго подогревателя подключены к выпускному коллектору двигателя и газовые выходы первого и второго реактора подключены к накопительной емкости газа. Все приводы дополнительных органов перекрытия и переключателей соединены с ручкой управления в кабине водителя. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить экономичность путем более полного использования энергии отработавших газов.

Известна силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и термохимический реактор с электронагревательными элементами, подогреватель, сообщенный с внутренним трактом двигателя, водяной бак, электромагнитный клапан, подключенный к датчику температуры, и канал с первым органом перекрытия, первый теплообменник, водяной испаритель, второй теплообменник, накопительную емкость для газа, трубопровод со вторым органом перекрытия, подключенным к органу управления двигателем и к системе питания [1] Названная силовая установка не полностью использует энергию выхлопных газов, в частности продуктов неполного сгорания углеводородного топлива, которые выделяются в атмосферу в виде аэрозолей топлива, масла и сажи, что снижает эффективность использования силовой установки на транспортных средствах и экологичность.

Известная силовая установка имеет фиксированный режим работы термохимического реактора для получения синтез-газа из расходуемых материалов и не имеет режим накопления расходуемых материалов из выхлопных газов, что снижает экономичность и эффективность использования силовой установки на транспортных средствах, ограничивает функциональные возможности эксплуатации на различных режимах работы и технических состояниях двигателя внутреннего сгорания.

Известна силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и термохимический реактор с электронагревательными элементами, подогреватель, сообщенный с выпускным трактом двигателя, водяной бак, электромагнитный клапан, подключенный к датчику температуры, и канал с первым органом перекрытия, первый теплообменник, водяной испаритель, второй теплообменник, накопительную емкость для газа, трубопровод со вторым органом перекрытия, насос с приводом и регулятором оборотов, подключенные к органу управления двигателем и к системе питания, заборник выхлопных газов, подводящий и отводящий трубопроводы выхлопных газов, третий и четвертый органы перекрытия, регуляторы производительности органов перекрытия и насоса [2] Названная силовая установка не полностью использует энергию выхлопных газов, в частности продуктов неполного сгорания углеводородного топлива, которые выделяются в атмосферу в виде аэрозолей топлива, масла и сажи, что снижает эффективность использования силовой установки на транспортных средствах и экономичность.

Известная силовая установка имеет фиксированный режим работы термохимического реактора для получения синтез-газа из расходуемых материалов и не имеет режим накопления расходуемых материалов из выхлопных газов, что снижает экономичность и эффективность использования силовой установки на транспортных средствах, ограничивает функциональные возможности ее эксплуатации на различных режимах работы и технических состояниях двигателя внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение экономичности, экологичности и эффективности силовой установки и расширение ее функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что известная силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и термохимический реактор с электронагревательными элементами, подогреватель, сообщенный с выпускным трактом двигателя, водяной бак, электромагнитный клапан, подключенный к датчику температуры, и канал с первым органом перекрытия, первый теплообменник, водяной испаритель, второй теплообменник, накопительную емкость для газа, трубопровод со вторым органом перекрытия, насос с приводом и регулятором оборотов, подключенные к органу управления двигателем и к системе питания, заборник выхлопных газов, подводящий и отводящий трубопроводы выхлопных газов, третий и четвертый органы перекрытия, регуляторы производительности органов перекрытия и насоса, дополнительно снабжена вторым термохимическим реактором с электронагревательными элементами и подогревателем, причем вход второго реактора соединен с выходом первого подогревателя через пятый орган перекрытия, выход второго реактора соединен с входом второго теплообменника через шестой орган перекрытия, вход первого реактора соединен с выходом второго подогревателя через седьмой орган перекрытия, выход первого реактора соединен с входом второго теплообменника через восьмой орган перекрытия, а магистральный выход второго теплообменника подключен к паровому входу первого реактора через девятый орган перекрытия и к паровому входу второго реактора через десятый орган перекрытия, газовые входы первого и второго реактора подключены к третьему органу перекрытия через первый переключатель трубопроводов, входы первого и второго подогревателя подключены к выпускному коллектору двигателя через второй переключатель трубопроводов, и газовые выходы первого и второго реактора подключены к накопительной емкости для газа через третий переключатель трубопроводов, приводы которых и дополнительных органов перекрытия соединены с ручкой управления в кабине водителя.

Применение второго термохимического реактора с электронагревательными элементами и подогревателем, где вход второго реактора соединен с выходом первого подогревателя через пятый орган перекрытия, выход второго реактора соединен с входом второго теплообменника через шестой орган перекрытия, вход первого реактора соединен с выходом второго подогревателя через седьмой орган перекрытия, выход первого реактора соединен с входом второго теплообменника через восьмой орган перекрытия, магистральный выход второго теплообменника подключен к паровому входу первого реактора через девятый орган перекрытия и паровому входу второго реактора через десятый орган перекрытия, газовые входы первого и второго реактора подключены к третьему органу перекрытия через первый переключатель трубопроводов, входы первого и второго подогревателя подключены к выпускному коллектору двигателя через второй переключатель трубопроводов, а газовые выходы первого и второго реактора подключены к накопительной емкости для газа через третий переключатель трубопроводов, приводы которых и дополнительных органов перекрытия соединены с ручкой управления в кабине водителя, позволяет использовать энергию выхлопных газов, в частности продуктов неполного сгорания углеводородного топлива в форме эмульсий топлива, масла, сажи путем их накопления поочередно в одном из реакторов с одновременным использованием в другом из реакторов для получения синтез-газа, что повышает экономичность, экологичность и эффективность силовой установки и расширяет ее функциональные возможности, при работе на различных транспортных средствах и стационарных установках с различной степенью износа двигателя внутреннего сгорания.

Признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, не выявлены, таким образом изобретение обладает существенными отличиями.

На чертеже представлена функциональная схема силовой установки.

Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания с системой питания и термохимический реактор, выполненный в виде реакционной камеры 2 с подогревателем 3 газами выпускного тракта 4 двигателя 1. Водяной испаритель 5 подключен при помощи магистрали 6 к реактору, а посредством канала 7 к водяному баку 8. К реакционной камере 2 подключена накопительная емкость 9 для синтез-газа, которая при помощи трубопровода 10 связана со смесителем системы питания. Канал 7 и трубопровод 10 снабжены органами 11 и 12 их перекрытия, которые подключены к органу 13 управления двигателем 1, а термохимический реактор снабжен датчиком 14 температуры.

Силовая установка снабжена также двумя теплообменниками 15 и 16, первый из которых включен в выпускной тракт 4 двигателя 1 и установлен в канале 7 между органом 11 его перекрытия и испарителем 5, а второй включен в выпускной тракт 4 двигателя и установлен в магистрали 6 между испарителем 5 и реактором. В реакционной камере 2 установлены электронагревательные элементы 17 из углеродистого пористого материала, а в канале 7 между органом 11 его перекрытия и водяным баком 8 установлен электромагнитный клапан 18, причем электромагнитный клапан 18 и электронагревательные элементы 17 электрически подключены к датчику 14 температуры.

Термохимический реактор может быть выполнен в виде резервуара 19 с теплоизоляционным покрытием 20, внутри которого установлена с зазором 21 реакционная камера 2, причем зазор 21 сообщен с выпускным трактом 4 двигателя 1, а электронагревательные элементы 17 выполнены в виде перегородок. Система питания двигателя 1 снабжена топливным баком 22 и органом 23 регулирования подачи топливной смеси смесителя в двигатель.

В глушителе 24 выпускной тракт 4 снабжен заборником выхлопных газов 25, который соединен подводящим трубопроводом 26 выхлопных газов со входом насоса 27. Выход насоса 27 соединен отводящим трубопроводом 28 выхлопных газов с входом третьего перекрытия 29 и входом четвертого органа перекрытия 30, выходы которых подключены соответственно к входу реакционной камеры 2 и системе питания. Насос 27 кинематически связан с приводом 31, например, электродвигателем, который имеет регулятор 32, выполненный, например, в виде потенциометра, подключенный к органу управления 13 двигателем, причем регулятор 32 снабжен указателем 33 со шкалой производительности насоса (л/сек). Все четыре органа перекрытия 11, 12, 29, 30 также снабжены регуляторами 34-37 их производительности, соответственно с указателями и шкалами, проградуированными в единицах производительности (мл/с и л/с) органов перекрытия.

Второй термохимический реактор выполнен как первый и содержит реакционную камеру 2 с вторым подогревателем 3 газами выпускного тракта 4 двигателя 1. Вход второго реактора соединен с выходом первого подогревателя через пятый орган перекрытия 38, выход второго реактора соединен с входом второго теплообменника 16 через шестой орган перекрытия 39. Вход первого реактора соединен с выходом второго подогревателя через седьмой орган перекрытия 40, выход первого реактора соединен с входом второго теплообменника 16 через восьмой орган перекрытия 41. Магистральный выход второго теплообменника 16 подключен к паровому входу первого реактора через девятый орган перекрытия 42 и паровому входу второго реактора через десятый орган перекрытия 43. Газовые входы первого и второго реактора подключены к третьему органу перекрытия 29 через первый переключатель трубопроводов 44, входы первого и второго подогревателя подключены к выпускному коллектору 4 двигателя 1 через второй переключатель трубопроводов 45. Газовые выходы первого и второго реактора подключены к накопительной емкости 9 для газа через третий переключатель трубопроводов 46, а приводы всех переключателей 44, 45, 46 и дополнительных органов перекрытия 38-43 соединены с ручкой управления 47 в кабине водителя совместно с переключателем +12 в 48.

Силовая установка работает следующим образом.

На режиме запуска и прогрева холодного двигателя температура выхлопных газов, теплообменников 15, 16 и всего выпускного тракта 4 низкая, получение перегретого пара в водном испарителе 5 и теплообменнике 16 невозможно, поэтому первый датчик 14 температуры запитывает электронагревательные элементы 17 и выключает электромагнитный клапан 18. Второй датчик 14 температуры отключен переключателем 48. Ручкой регулятора 32 и указателем 33 по шкале производительности (л/сек) водитель устанавливает оптимальное значение выхлопных газов с двуокисью углерода, которые подаются насосом 27 от заборника 25 к органам перекрытия 29 и 30. Затем ручкой регулятора 34 с указателем по шкале производительности (л/сек) водитель устанавливает необходимое значение выхлопных газов с двуокисью углерода, которые подаются в реакционную камеру 2. Разогретый до 1400-1500^оС углерод в реакционной камере 2 реагирует с двуокисью углерода, что в результате эндотермической реакции образует регенерационный газ, который состоит из окиси углерода и обладает высокой теплотворной способностью при сгорании в цилиндрах двигателя 1. Таким образом, на указанном режиме работы ДВС силовая установка позволяет значительно экономить основное топливо при снижении конденсата жидкого топлива в цилиндрах, образования нагара и повышенного износа, что значительно повышает эффективность использования силовой установки на транспортных средствах и расширяет функциональные возможности ее эксплуатации в различных условиях, а именно при низких температурах работы ДВС. Силовая установка может выполнять полезную работу непосредственно после запуска, не ожидая полного прогрева ДВС.

Одновременно с выполнением указанной полезной работы в установке выполняется режим накопления продуктов неполного сгорания топлива двигателя 1 во втором реакторе 2. В исходном положении ручки 47 кинематически связанные с ней приводы устанавливают органы перекрытия 40, 41, 43 в закрытое положение, а 38, 39, 42 в открытое положение. При этом переключатели трубопроводов 44, 45, 46 установлены в положении, указанном на чертеже. Тогда выхлопные газы из коллектора 4 двигателя 1 поступают в подогреватель первого реактора, где охлаждаются и с его выхода подаются на вход второго реактора через орган перекрытия 38.

Проходя между нагревательными элементами 17, которые отключены переключателем 48 и выполнены в виде перегородок из углеродного материала, выхлопные газы очищаются от эмульсии топлива, масла, сажи. Продукты неполного сгорания топлива осаждаются на элементах 17, накапливаясь во втором реакторе. Очищенные выхлопные газы с выхода реактора поступают на вход второго теплообменника 16 через орган перекрытия 39. На указанном режиме работы пар из теплообменника 16 поступает только в первый реактор для получения синтез-газа, так как орган перекрытия 42 открыт, а 43 закрыт. Кроме того, органы перекрытия 40 и 41 полностью герметизируют первый реактор, устраняя утечку газа в выпускной тракт двигателя.

На режиме работы прогретого ДВС срабатывает датчик 14 температуры и запитывает электромагнитный клапан 18, отключая электронагревательные элементы 17 первого реактора. Ручкой регулятора 36 по шкале производительности (мл/с) водитель устанавливает оптимальное значение воды, поступающей в теплообменник 15 в зависимости от нагрузочного режима двигателя. Перегретый пар из теплообменника 16 подается в первый реактор 2 и взаимодействует с разогретым выхлопными газами углеродом. В результате эндотермической реакции образуется синтез-газ, который состоит из смеси окиси углерода и водорода и обладает высокой теплотворной способностью при сгорании в цилиндрах ДВС. Кроме того, продолжается образование регенерационного газа в реакционной камере 2 из двуокиси углерода выхлопных газов. Таким образом, на указанном режиме работы ДВС силовая установка позволяет значительно экономить основное топливо на различных нагрузочных режимах работы ДВС, что значительно повышает эффективность использования силовой установки на транспортных средствах и расширяет функциональные возможности ее эксплуатации в различных условиях, а именно на различных нагрузочных режимах.

При перегрузках в работе ДВС, что возникает в сложных дорожных условиях, водитель оперативно изменяет положение ручек регуляторов 34 и 36, уменьшая на необходимую величину количество регенерационного газа и синтез-газа в горючей смеси и тем самым обогащая ее основным топливом. Это позволяет быстро ликвидировать перегрузку в работе ДВС, после чего также оперативно переводят двигатель на работу с добавками регенерационного газа и синтез-газа, что значительно экономит основное топливо, снижает время работы ДВС с перегрузками, уменьшает износ деталей, а это значительно повышает эффективность использования силовой установки на транспортных средствах и расширяет ее функциональные возможности и использования в различных условиях, а именно при перегрузках ДВС и при его переходных режимах.

На режиме принудительного холостого хода и на режимах малых нагрузок водитель дополнительно ручкой регулятора 35 подает необходимое количество выхлопных газов на рециркуляцию в систему питания и их дожигание в цилиндрах ДВС. Это обеспечивает дополнительную экономию основного топлива, снижает токсичность выхлопных газов за счет частичного дожигания содержащихся в них несгоревших углеводородов и окиси углерода, что повышает эффективность использования силовой установки на транспортных средствах и расширяет функциональные возможности ее использования в различных условиях, а именно при малых нагрузках, принудительном холостом ходу и др. режимах.

При значительном расходе углерода в первом реакторе и достаточном накоплении углерода во втором реакторе водитель нажимает на ручку 47, что приводит к переключению +12 в от нагревательного элемента 17 первого реактора на элемент 17 второго реактора, а также к открытию органов перекрытия 40, 41, 43 и к закрытию 38, 39, 42. Также происходит изменение положения рабочих органов переключателей трубопроводов 44, 45, 46 в положение, указанное пунктиром на чертеже. Тогда выхлопные газы из коллектора 4 двигателя 1 поступают в подогреватель второго реактора, где охлаждаются, и с его выхода подаются на вход первого реактора через орган перекрытия 40. Продукты неполного сгорания топлива осаждаются на элементах 17, накапливаясь в первом реакторе. Очищенные выхлопные газы с выхода реактора поступают на вход второго теплообменника 16 через орган перекрытия 41. На указанном режиме работы пар из теплообменника 16 поступает только во второй реактор для получения синтез-газа, так как орган перекрытия 43 открыт, а 42 закрыт. Кроме того, органы перекрытия 38 и 39 полностью герметизируют второй реактор, устраняя утечку газа в выпускной тракт двигателя, а переключатели 44 и 46 устраняют утечку газа в реактор, который наполняется углеродом.

Одновременное использование процессов накопления продуктов неполного сгорания топлива в одном из реакторов и их утилизация в синтез-газ в другом реакторе с последовательным переключением реакторов на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) значительно повышают экономичность, экологичность и эффективность работы силовой установки и расширяет ее функциональные возможности при работе на карбюраторах и дизельных передвижных и стационарных установках с различной степенью износа двигателя внутреннего сгорания. Использование устройства совместно с ДВС, имеющих повышенный износ деталей поршневой группы, обеспечивает достаточную экономичность и экологичность их работы, что дополнительно повышает эффективность работы устройства и моторесурс ДВС до капитального ремонта.

Суммарный положительный эффект, полученный при испытаниях опытного образца устройства, достаточно высок, так как складывается не только из экономии основного топлива, но и за счет увеличения моторесурса ДВС до капитального ремонта, уменьшения токсичности выхлопа по всем составляющим компонентам, находящимся в твердом, жидком и газообразном состоянии. Становится возможным использовать изношенные ДВС без сажевых фильтров для дожигателей, а для ряда моделей, без глушителя, что дополнительно снижает металлоемкость энергетической установки, повышает эффективность и долговечность ее использования в различных климатических, дорожных и др. условиях эксплуатации и на различных нагрузочных режимах.

Формула изобретения

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и термохимический реактор с электронагревательными элементами, подогреватель, сообщенный с выпускным трактом двигателя, водяной бак, электромагнитный клапан, подключенный к датчику температуры, и канал с первым органом перекрытия, первый теплообменник, водяной испаритель, второй теплообменник, накопительную емкость для газа, трубопровод с вторым органом перекрытия, насос с приводом и регулятором оборотов, подключенные к органу управления двигателем и системе питания, заборных выхлопных газов, подводящий и отводящий трубопроводы выхлопных газов, третий и четвертый органы перекрытия, регуляторы производительности органов перекрытия и насоса, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит второй термохимический реактор с электронагревательными элементами и подогревателем, шесть органов перекрытия и три переключателя трубопроводов, снабженные приводами, вход второго реактора соединен с выходом первого подогревателя через пятый орган перекрытия, выход второго реактора соединен с входом второго теплообменника через шестой орган перекрытия, вход первого реактора соединен с выходом второго подогревателя через седьмой орган перекрытия, выход первого реактора соедине с входом второго теплообменника через восьмой орган перекрытия, а магистарльный выход второго теплообменника подключен к паровому входу первого реактора через девятый орган перекрытия и паровому входу второго реактора через десятый орган перекрытия, газовые входы первого и второго реакторов подключены к третьему органу перекрытия через первый переключатель трубопровода, входы первого и второго подогревателей подключены к выпускному коллектору двигателя через второй переключатель трубопроводов, а газовые выходы первого и второго реакторов подключены к накопительной емкости для газа через третий переключатель трубопроводов, приводы которых и дополнительных органов перекрытия соединены с ручкой управления в кабине водителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1