Способ смесеобразования двигателя внутреннего сгорания и устройство для смесеобразования двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием. Способ смесеобразования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) заключается в предварительном подогреве топлива, его последующем испарении, подаче образовавшихся паров топлива в смеситель, смешивании паров топлива с воздухом и подаче образованной смеси в двигатель внутреннего сгорания. При испарении топлива создают избыточное давление паров топлива, поток паров топлива под избыточным давлением используют в роторном двигателе объемного расширения для привода роторного воздушного нагнетателя объемного вытеснения. Потоки воздуха и паров топлива после воздушного нагнетателя и роторного двигателя направляют в смеситель. Регулирование количества топлива и воздуха с сохранением постоянного коэффициента избытка воздуха в зависимости от режима работы ДВС осуществляют путем формирования или изменения величины тормозного момента на элемент, кинематически связывающий роторный двигатель и воздушный нагнетатель. Раскрыто устройство, обеспечивающее реализацию способа. Технический результат заключается в повышении эффективности смесеобразования и работы ДВС путем одновременного регулирования количества паров топлива и воздуха с сохранением постоянного коэффициента избытка воздуха. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием.

Известен способ смесеобразования двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в предварительном подогреве топлива, его последующем испарении, подаче образовавшихся паров топлива в смеситель, смешивании паров топлива с воздухом и подаче образованной смеси в двигатель внутреннего сгорания, а также известно устройство для смесеобразования двигателя внутреннего сгорания, содержащее подогреватель топлива, испаритель топлива и смеситель с двумя входами и одним выходом, причем вход подогревателя топлива сообщен с топливной системой двигателя, выход - с входом испарителя топлива, первый вход смесителя сообщен с выходом испарителя, второй вход - с атмосферой, а выход смесителя сообщен с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания (см. заявку ЕПВ 0053369, МПК F 02 M 31/18, опубл. 1982).

Известное техническое решение недостаточно эффективно смешивает пары топлива и воздуха, поскольку в известном техническом решении не предусмотрена возможность одновременного регулирования количества паров топлива и воздуха с сохранением постоянного коэффициента избытка воздуха, подаваемых в цилиндры двигателя.

Задачей изобретения является повышение эффективности смесеобразования, а следовательно, и работы двигателя внутреннего сгорания, путем одновременного регулирования количества паров топлива и воздуха с сохранением постоянного топливноэкономичного и малотоксичного коэффициента избытка воздуха.

Поставленная задача в части способа решается тем, что способ смесеобразования двигателя внутреннего сгорания заключается в предварительном подогреве топлива, его последующем испарении, подаче образовавшихся паров топлива в смеситель, смешивании паров топлива с воздухом и подаче образованной смеси в двигатель внутреннего сгорания, при этом согласно изобретению при испарении топлива создают избыточное давление паров топлива, поток паров топлива под избыточным давлением используют в роторном двигателе объемного расширения для привода роторного воздушного нагнетателя объемного вытеснения, причем потоки воздуха и паров топлива после роторного воздушного нагнетателя объемного вытеснения и роторного двигателя объемного расширения направляют в смеситель, а регулирование количества топлива и воздуха с сохранением постоянного коэффициента избытка воздуха в зависимости от режима работы двигателя внутреннего сгорания осуществляют путем формирования или изменения величины тормозного момента на элемент, кинематически связывающий роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения.

Предварительный подогрев топлива может быть осуществлен теплом рабочего тела системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания или теплом рабочего тела системы смазки двигателя внутреннего сгорания.

Испарение топлива может быть осуществлено теплом отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и/или с помощью электрического нагревательного элемента.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что устройство для смесеобразования двигателя внутреннего сгорания содержит подогреватель топлива, испаритель топлива и смеситель с двумя входами и одним выходом, причем вход подогревателя топлива сообщен с топливной системой двигателя, выход - с входом испарителя топлива, а выход смесителя сообщен с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания, при этом согласно изобретению устройство снабжено роторным двигателем объемного расширения, роторным воздушным нагнетателем объемного вытеснения, тормозным устройством и элементом, кинематически связывающим роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения, выход испарителя сообщен с входом роторного двигателя объемного расширения, выход последнего сообщен с первым входом смесителя, вход роторного воздушного нагнетателя объемного вытеснения сообщен с атмосферой, а выход - со вторым входом смесителя, причем тормозное устройство с одной стороны кинематически связано с органом управления двигателем внутреннего сгорания, а с другой стороны - с элементом, кинематически связывающим роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения, с возможностью формирования или изменения величины тормозного момента на элемент, кинематически связывающий роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения.

Роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения может быть выполнен в виде роторно-шестеренчатого компрессора типа Рут, а элемент, кинематически связывающим роторный двигатель объемного расширения и роторно-шестеренчатый компрессор, выполнен в виде редуктора, или одного вала, или нескольких валов, жестко связанных между собой.

На чертеже показано устройство, реализующее заявленный способ.

Устройство для смесеобразования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержит подогреватель 1 топлива, испаритель 2 топлива и смеситель 3 с двумя входами и одним выходом. Вход подогревателя 1 топлива сообщен с топливной системой (ДВС) (на чертеже не показана), а выход - с входом испарителя 2 топлива. Выход смесителя 3 сообщен с цилиндрами 4 двигателя внутреннего сгорания. Устройство снабжено роторным двигателем 5 объемного расширения, роторным воздушным нагнетателем 6 объемного вытеснения, тормозным устройством 7 и элементом 8, кинематически связывающим роторный двигатель 5 и воздушный нагнетатель 6. Выход испарителя 2 сообщен со входом роторного двигателя 5, выход последнего сообщен с первым входом смесителя 3. Вход воздушного нагнетателя 6 сообщен с атмосферой через воздушный фильтр 9, а выход - со вторым входом смесителя 3. Тормозное устройство 7 с одной стороны кинематически связано с органом управления ДВС, например с педалью 10 акселератора через систему рычагов и пружину 11, а с другой стороны - с элементом 8, кинематически связывающим роторный двигатель 5 и воздушный нагнетатель 6, с возможностью формирования или изменения величины тормозного момента на элемент 8.

Роторный двигатель 5 объемного расширения может быть выполнен по типу любого из известных паровых двигателей роторного типа (см. Акатов Е.И. Судовые роторные двигатели. Л.: Судостроение. 1967. стр. 17-40, рис.3-9), например в виде двигателя с уплотняющими лопатками или в виде двигателя типа Ванкеля.

Воздушный нагнетатель 6 может быть выполнен в по типу машин такого же типа, что роторный двигатель объемного типа, или в виде роторного шестеренчатого компрессора типа Рут (см. Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1980, стр.105-107, рис.55), а элемент 8, кинематически связывающий роторный двигатель 5 и роторно-шестеренчатый компрессор, может быть выполнен в виде редуктора или вала, или нескольких валов, жестко связанных между собой.

Реализация заявленного способа показана на примере работы устройства для смесеобразования двигателя внутреннего сгорания.

При работе ДВС топливо проходит предварительный подогрев в подогревателе 1, поступая из топливной системы ДВС на вход подогревателя 1, например проходя по змеевику в радиаторе, и/или в головке блока цилиндров, где оно нагревается до температуры около 70^oС и поступает на выход из подогревателя 1. Далее топливо поступает на вход в испаритель 2, где происходит его полное испарение теплом отработавших газов ДВС и/или с помощью электрического нагревательного элемента, при этом создается избыточное давление паров топлива порядка до 1 МПа. Поток горячих паров топлива под избыточным давлением Р_р через выход испарителя 2 поступает на вход в роторный двигатель 5, приводя его во вращение, при этом приводится в действие воздушный нагнетатель 6. После роторного двигателя 5 дозированное количество паров топлива через его выход подается в первый вход смесителя 3 под давлением Р_т. Воздушный нагнетатель 6 всасывает атмосферный воздух с давлением Р₀ через воздушный фильтр 9 и подает дозированное количество воздуха под давлением Р_к на второй вход смесителя 3, где происходит смешивание потоков топливного пара и воздуха с определенным, заданным коэффициентом избытка воздуха. Заявленное устройство обеспечивает регулирование количества топлива и воздуха с сохранением постоянного коэффициента избытка воздуха, в зависимости от режима работы двигателя. Такая регулировка осуществляется путем формирования с помощью органа управления ДВС, например педали 10 акселератора и тормозного устройства 1, тормозного момента, или изменения величины тормозного момента на элемент 8 (например, редуктор или вал), кинематически связывающий роторный двигатель 5 и воздушный нагнетатель 6.

На режиме холостого хода регулировка осуществляется следующим образом. Тормозное устройство 7 максимально заторможено. На элемент 8 сформирован максимальный тормозной момент, при этом роторный двигатель 5, преодолевая момент, создаваемый тормозным устройством 7, вращает воздушный нагнетатель 6, обеспечивая в смесителе 3 давление, необходимое для холостого хода порядка Р_см=0,06 МПа.

На режиме малых и средних нагрузок водитель педалью 10 акселератора уменьшает величину тормозного момента, обеспечивая увеличение количества топлива и воздуха в смесителе 3 до давления Р_см=0,09-0,1 МПа.

На режимах максимальных нагрузок водитель педалью 10 акселератора уменьшает тормозной момент до нуля, при этом роторный двигатель 5 и воздушный нагнетатель 6 развивают максимальную мощность, обеспечивая в смесителе 3 давление Р_см=0,11-0,12 МПа.

При переходных режимах от холостого хода до максимальной мощности водитель обеспечивает резкое нажатие на педаль 10 акселератора, снимая тормозной момент, при этом давление Р_см в смесителе 3 изменяется от 0,06 МПа до 0,12 МПа.

Если водитель отпускает педаль 10 акселератора, пружина 11 воздействует на тормоз 7, формируя тем самым максимальный тормозной момент на элемент 8, т.е. либо на редуктор, либо на вал. При этом давление Р_см в смесителе 3 изменится от 0,12 МПа до 0,06 МПа.

Формула изобретения

1. Способ смесеобразования двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в предварительном подогреве топлива, его последующем испарении, подаче образовавшихся паров топлива в смеситель, смешивании паров топлива с воздухом и подаче образованной смеси в двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что при испарении топлива создают избыточное давление паров топлива, поток паров топлива под избыточным давлением используют в роторном двигателе объемного расширения для привода роторного воздушного нагнетателя объемного вытеснения, причем потоки воздуха и паров топлива после роторного воздушного нагнетателя объемного вытеснения и роторного двигателя объемного расширения направляют в смеситель, а регулирование количества топлива и воздуха с сохранением постоянного коэффициента избытка воздуха в зависимости от режима работы двигателя внутреннего сгорания осуществляют путем формирования или изменения величины тормозного момента на элемент, кинематически связывающий роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный подогрев топлива осуществляют теплом рабочего тела системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный подогрев топлива осуществляют теплом рабочего тела системы смазки двигателя внутреннего сгорания.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что испарение топлива осуществляют теплом отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и/или с помощью электрического нагревательного элемента.

5. Устройство для смесеобразования двигателя внутреннего сгорания, содержащее подогреватель топлива, испаритель топлива и смеситель с двумя входами и одним выходом, причем вход подогревателя топлива сообщен с топливной системой двигателя, выход - с входом испарителя топлива, а выход смесителя сообщен с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что устройство снабжено роторным двигателем объемного расширения, роторным воздушным нагнетателем объемного вытеснения, тормозным устройством и элементом, кинематически связывающим роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения, выход испарителя сообщен с входом роторного двигателя объемного расширения, выход последнего - с первым входом смесителя, вход роторного воздушного нагнетателя объемного типа - с атмосферой, а выход - со вторым входом смесителя, причем тормозное устройство с одной стороны кинематически связано с органом управления двигателем внутреннего сгорания, а с другой стороны - с элементом, кинематически связывающим роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения, с возможностью формирования или изменения величины тормозного момента на элемент, кинематически связывающий роторный двигатель объемного расширения и роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что роторный воздушный нагнетатель объемного вытеснения выполнен в виде роторно-шестеренчатого компрессора типа Рут, а элемент, кинематически связывающий роторный двигатель объемного расширения и роторно-шестеренчатый компрессор, выполнен в виде редуктора.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что элемент, кинематически связывающий роторный двигатель объемного расширения и роторно-шестеренчатый компрессор, выполнен в виде одного вала или нескольких валов, жестко связанных между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1