Система молекулярного смесеобразования для совместной работы со штатной топливной аппаратурой без изменения конструкции двигателя

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием и питанием гомогенным однородным и оптимально-обедненным бензогазом. Двигатель содержит бензогазогенератор (БГГС), который устанавливается дополнительно к основной системе питания (карбюратору, системе впрыска), подключаясь к всасывающему коллектору параллельно, образуя единый комплекс. БГГС поставляет оптимальный по составу бензогаз в задроссельное пространство впускного коллектора двигателя как при пониженных нагрузках с отключенным карбюратором, так и на больших нагрузках. На больших нагрузках к БГГС подключается основная система питания (карбюратор, система впрыска), поставляющая в двигатель дополнительно бензогазу карбюрированную смесь, суммарный состав которых регулируется управляющим электронным блоком БГГС по заложенному в его память алгоритму, обеспечивающему минимальные значения удельного расхода топлива и (СО, СН и NOx)min на всех режимах. Момент подключения основной системы к БГГС подбирается опытным путем после открытия дросселя БГГС на 50%. Технический результат заключается в улучшении процесса сгорания топлива. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двигателям с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием.

В настоящее время катализаторы нейтрализаторов двигателей внутреннего сгорания выходят из строя при питании двигателя этилированным бензином, которого производится около 95%. Следует отметить, что нейтрализаторы обеспечивают экологическую безопасность только при нагрузочных режимах, но не нейтрализуют отработавшие газы на холостом ходу и при максимальной мощности. А при пуске-прогреве двигателя непрогретые нейтрализаторы не работают, хотя на этих режимах токсичность продуктов сгорания особенно велика. Видимо по причине отсутствия средств ее устранения пусковые режимы по токсичности не нормируются. Неограниченная токсичность при пуске-прогреве подтверждается фактом определяющей доли (~80%) токсичных выбросов в первом заезде европейского городского цикла из зачетных четырех заездов.

По изложенным причинам экологическая безопасность автомобильных двигателей может быть получена только при принципиальном совершенствовании теплового процесса ДВС посредством реализации гомогенного процесса смесеобразования, оптимизированного по составу смеси. В этой части в двигателестроении решена только задача оптимизации дозирования топлива посредством электронных систем. В частности, при установке трехкомпонентного нейтрализатора управление сводится к прецизионному поддерживанию с помощью кислородного датчика ((λ-зонда) в выхлопной системе стехиометрического состава смеси (а=1+/-1%), хотя этот режим не экономичен и токсичен, но необходим для функционирования нейтрализаторов. При этом определяющее качество теплового процесса ДВС - идеальное смешение бензина с воздухом игнорируется.

Известен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием и питанием гомогенным однородным и оптимально-обедненным бензогазом, содержащий бензогазогенератор (см. патент Российской Федерации 2036326 ,МПК F 02 M 31/00, опубл. 1995).

Известный двигатель не обеспечивает достаточно эффективного процесса сгорания топлива.

Задачей изобретения является улучшение процесса сгорания топлива.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием и питанием гомогенным однородным и оптимально-обедненным бензогазом, содержащий бензогазогенератор, согласно изобретению бензогазогенератор (БГГС) устанавливается дополнительно к основной системе питания (карбюратору, системе впрыска), подключаясь к всасывающему коллектору параллельно, образуя единый комплекс и поставляя оптимальный по составу бензогаз в задросселъное пространство впускного коллектора двигателя, как при пониженных нагрузках с отключенным карбюратором, так и на больших нагрузках, когда к БГГС подключается основная система питания (карбюратор, система впрыска), поставляющая в двигатель дополнительно бензогазу карбюрированную смесь, суммарный состав которых регулируется управляющим электронным блоком БГГС по заложенному в его память алгоритму, обеспечивающему минимальные значения удельного расхода топлива и (СО, СН и N0x)min на всех режимах, а момент подключения основной системы к БГГС подбирается опытным путем после открытия дросселя БГГС на 50%.

Работа двигателя на холостом ходу (ХХК) может закрепляться за основной системой холостого хода, а на малых нагрузках к ХХК подключается система БГГС, на больших же нагрузках включены все системы топливоподачи и смесеобразования, а оптимальный суммарный состав смеси поддерживается управляющим электронным блоком.

Оптимизация состава смеси в двигателе при совместной работе БГГС с карбюратором при его штатных регулировках осуществляется изменением скважности форсунки БГГС по сигналу импульса системы зажигания (открытие форсунки) в соответствии с заложенным в память управляющего электронного блока алгоритмом.

Пуск-прогрев двигателя осуществляется на бензогазе, получаемого в БГГС с помощью нагревающих позисторов, подключаемых перед стартом, для чего состав бензогаза запрограммирован управляющим электронным блоком на эффективное обогащение, пропорциональное понижению температуры среды.

Экологически чистые и экономичные показатели двигателя при работе на бензогазе на динамических, переходных режимах (разгон, накат) обеспечиваются управляющим электронным блоком, корректирующим топливоподачу в БГГС по производной угла изменения положения дросселя БГГС.

На фиг.1 приведена для иллюстрации диаграмма расходов топлива через бензогазогенератор G_Т ^с, через карбюратор и суммарный расход G_Т ^c+к в двигателе по мере изменения нагрузки посредством угла открытия дросселя F_др%; на фиг.2 показана диаграмма совместной работы бензогазогенератора с карбюратором в двигателе, причем холостой ход (х/х) обеспечивался системой х/х карбюратора, где добавлена кривая G^x/x, показывающая расход топлива при х/х.

Экологически чистое сгорание бензина возможно при обеспечении всех углеводородных молекул потребным количеством окислителя. Только при этом условии горение может быть самым эффективным и нейтральным. Это означает, что смесь должна быть гомогенной, однородной и обедненной, что требует перевода всего жидкого бензина в газообразное состояние. А это невозможно при распылении бензина в потоке воздуха из-за его хороших теплоизолирующих свойств, но плохих, как теплоносителя.

Гомогенизация же смеси требует эффективного теплоподвода к бензину в необходимом и достаточном количестве, используя, например, теплоту отработавших газов; преобразования бензина в структуру с безгранично большой удельной поверхностью теплообмена; наличия широкого температурного поля, обеспечивающего каждой фракции ее температуру кипения, при которой парообразование наиболее эффективно.

Выполнение этих условий осуществляется при формировании бензиновой микропленки с тепломассообменом на внутренней поверхности цилиндрического канала с помощью мощного вихревого потока и организации микропленочного тепломассообмена благодаря встречному движению пленки тепловому потоку с формированием фракционного температурного поля. Жидкие частицы из бензогаза сепарируются на стенку вихревым потоком.

Реализация способа смесеобразования с получением бензогаза позволит при программном поддержании квазипостоянного оптимального состава смеси (в пределах а=1,25-1,35) иметь экологически чистый выхлоп, лучшую топливную экономичность и решающие эксплуатационные преимущества.

Система молекулярного смесеобразования ДВС (CMC) в принципе несложна, недорога и может быть освоена, но ее адаптация к двигателям потребует определенных изменений в конструкции и перехода от карбюратора к системе впрыска. Кроме того, CMC уменьшает наполнение двигателя по причине полного испарения бензина, а также из-за гидравлических потерь на вихреобразование, необходимых при пленкообразовании.

Поэтому оперативная реализация системы смесеобразования CMC осуществляется как дополнительная к основной системе питания двигателя (карбюратору или системе впрыска), что также эффективно, если исправить режимы городского цикла, самые опасные по токсичности. Это значит, что для выполнения экологической программы достаточно перевести режимы городского цикла на питание бензогазом и отключить основную систему питания. На больших же нагрузках (более 30%) к бензогазогенератору (БГГС) можно подключать основную систему питания с ее стандартными регулировками. При этом и при индивидуальном питании бензогазом и при совместном питании двигателя с бензогазогенератором и карбюратором оптимальный состав общей смеси следует поддерживать электронными средствами, управляя составом смеси в бензогазогенераторе. Учитывая уникальные свойства бензогаза (неконденсируемость, равномерность распределения и др. ) и возможность постоянно работать на обедненной смеси, достигается управление составом смеси в камере сгорания двигателя. При такой схеме изменения в конструкции двигателя фактически отсутствуют.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием и питанием гомогенным однородным и оптимальнообедненным бензогазом, содержащий бензогазогенератор, отличающийся тем, что бензогазогенератор (БГГС) устанавливается дополнительно к основной системе питания (карбюратору, системе впрыска), подключаясь к всасывающему коллектору параллельно, образуя единый комплекс и поставляя оптимальный по составу бензогаз в задроссельное пространство впускного коллектора двигателя как при пониженных нагрузках с отключенным карбюратором, так и на больших нагрузках, когда к БГГС подключается основная система питания (карбюратор, система впрыска), поставляющая в двигатель дополнительно бензогазу карбюрированную смесь, суммарный состав которых регулируется управляющим электронным блоком БГГС по заложенному в его память алгоритму, обеспечивающему минимальные значения удельного расхода топлива и (СО, СН и N0x)min на всех режимах, а момент подключения основной системы к БГГС подбирается опытным путем после открытия дросселя БГГС на 50%.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что работа двигателя на холостом ходу (ХХК) закрепляется за основной системой холостого хода, а на малых нагрузках к ХХК подключается система БГГС, на больших же нагрузках включены все системы топливоподачи и смесеобразования, а оптимальный суммарный состав смеси поддерживается управляющим электронным блоком.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что оптимизация состава смеси в двигателе при совместной работе БГГС с карбюратором при его штатных регулировках осуществляется изменением скважности форсунки БГТС по сигналу импульса системы зажигания (открытие форсунки) в соответствии с заложенным в память управляющего электронного блока алгоритмом.

4. Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что пуск-прогрев двигателя осуществляется на бензогазе, получаемом в БГГС с помощью нагревающих позисторов, подключаемых перед стартом, для чего состав бензогаза запрограммирован управляющим электронным блоком на эффективное обогащение, пропорциональное понижению температуры среды.

5. Двигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что экологически чистые и экономичные показатели двигателя при работе на бензогазе на динамических, переходных режимах (разгон, накат) обеспечиваются управляющим электронным блоком, корректирующим топливоподачу в БГТС по производной угла изменения положения дросселя БГГС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2