Способ работы двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к области работы двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизелей, с наддувом воздуха. Способ работы двигателя внутреннего сгорания включает подачу дополнительной добавки - водоспиртовых смесей во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания в поток воздуха, поступающего в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Подавая во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания водоспиртовые смеси различной концентрации и изменяя величину их подачи, можно менять степень форсирования двигателя при снижении токсичности отработавших газов, влияя на процессы впуска и сгорания. Для осуществления данного способа предложено устройство, включающее в себя емкость для водоспиртовых смесей, дроссельное устройство, связанное с электронным блоком управления, роторный насос, обратный клапан, источник сжатого воздуха, пневматическую форсунку, работающую от источника сжатого воздуха и установленную во впускном тракте двигателя. Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных показателей и снижение тепловых и механических нагрузок двигателя внутреннего сгорания. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к области работы двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизелей, с наддувом воздуха.

Известен способ форсирования мощности двигателей внутреннего сгорания (патент РФ №2196903, МПК 7 F02B 47/04, F02B 51/00, дата публикации 2003.01.20), включающий подачу в камеру сгорания базового высококалорийного топлива и дополнительный ввод в камеру сгорания в диспергированном виде водного раствора на основе нитрата аммония и водорастворимого горючего в соотношении к высококалорийному топливу от 1:10 до 10:1.

Основным недостатком данного способа является подача водного раствора на основе нитрата аммония и водорастворимого горючего, содержащего окислитель, в диспергированном виде в камеру сгорания, в результате чего ухудшается смазка и увеличивается возможность коррозии цилиндропоршневой группы, что значительно снижает срок эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

Известен способ подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания (авторское свидетельство №1270384, МПК 4 F02B 29/04, дата публикации 15.11.1986), осуществляемый за счет передачи тепла воздуха, поступающего в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, жидкому аммиаку путем их смешивания, и впуска воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания в смеси с образовавшимися парами аммиака.

Основным недостатком данного способа является увеличение тепловых и механических нагрузок на детали двигателя внутреннего сгорания при подаче жидкого аммиака во впускной трубопровод вследствие его взрывного горения в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

Известен способ питания дизеля (авторское свидетельство №742616, МПК 2 F02B 47/04, дата публикации 25.06.1980), осуществляемый путем всасывания воздуха и впрыска топлива в цилиндры и подачи дополнительной порции топлива во всасывающий тракт на режимах, близких к максимальной мощности двигателя, с целью уменьшения его теплонапряженности. В качестве дополнительной порции топлива применяют водобензиновую эмульсию с содержанием воды до 50%, которую подают во всасывающий тракт под давлением, а давление подачи эмульсии создают торможением потока отработавших газов.

Основным недостатком данного способа является склонность к расслоению водобензиновой эмульсии, т.е. их низкая устойчивость, что приводит к разделению водобензиновой эмульсии на две фракции: воду и бензин. Это приводит к увеличению подачи в цилиндры дизеля одной из фракций. Подача бензина приводит к увеличению тепловых и механических нагрузок на детали дизеля вследствие детонационного сгорания фракции бензина в цилиндрах дизеля. Кроме того, давление подачи эмульсии создают торможением потока отработавших газов, что увеличивает потери мощности дизеля на выталкивание отработавших газов.

Известен способ и устройство для подачи рабочего тела в двигатель внутреннего сгорания (патент US 4364370, SMITH BYRON D; ERICKSON TERRENCE J, МПК 1-7 F02B 47/00; F02D 19/00; F02M 43/00, 21.12.1982). Способ осуществляется путем подачи второго рабочего тела (жидкости), как вода, спирт или смесь воды и спирта, во впускной воздух двигателя внутреннего сгорания, имеющий впускной коллектор, в который поступает первый топливный заряд, и систему зажигания, генерирующую электрические импульсы в соответствии с частотой вращения двигателя внутреннего сгорания.

Устройство содержит контейнер со вторым топливом, форсунку, насос, электродвигатель, датчик разрежения и блок управления. Второе топливо подается под давлением во впускной коллектор, где образуется первичная и вторичная топливно-воздушные смеси с помощью форсунки, к которой топливо перекачивается насосом из контейнера. Во впускном коллекторе установлен датчик разрежения. Блок управления соединен с этим датчиком, который генерирует электрический сигнал, пропорциональный разрежению во впускном коллекторе. Блок управления включает электродвигатель в соответствии с импульсами системы зажигания и сигналами датчика разрежения.

Недостатком данного способа и устройства является его узкая направленность на двигатели внутреннего сгорания, имеющие систему зажигания и вакуум во впускном коллекторе, а также данный способ невозможно применить на двигателях внутреннего сгорания, имеющих устройства наддува, т.к. во впускном коллекторе возникает давление выше атмосферного. Кроме того, еще одним недостатком в устройстве является применение обычной форсунки, которая не обеспечивает качественное смесеобразование дополнительного топлива с воздухом.

Известно устройство для экономии топлива (патент РФ №2094642, МПК 6 F02M 25/032, F02B 47/02, дата публикации 2003.01.20), содержащее резервуар с водой, соединенный с системой дозировки подачи воды, парогенератор в виде теплообменника, помещенного в выпускной коллектор автомобильного двигателя. Система дозировки подачи воды выполнена в виде поплавковой камеры, соединенной через регулируемый жиклер с эмульсионной камерой, в которой помещена перфорированная трубка, соединенная с парогенератором.

Недостатком указанного устройства является потеря мощности двигателя на выталкивание отработавших газов вследствие увеличения сопротивления в выпускном коллекторе при размещении в нем теплообменника.

Известно устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания (авторское свидетельство №926344, МПК 3 F02M 25/02, дата публикации 07.05.1982), содержащее распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя. Регулятор расхода выполнен в виде поворотного золотника с парой втулок, первая из которых выполнена неподвижной, а вторая расположена внутри первой, выполнена поворотной и связана с датчиком режима работы двигателя, причем втулки выполнены с прорезями. Прорези втулок расположены перпендикулярно образующим. Угловой размер прорезей каждой втулки выполнен меньше углового размера промежутка между прорезями.

Недостатком указанного устройства является потеря мощности двигателя вследствие увеличения сопротивления в воздуховпускном трубопроводе двигателя при установке в нем распылителей.

Целью изобретения является оптимизация процессов впуска и сгорания в двигателях внутреннего сгорания с улучшением эксплуатационных показателей и снижением тепловых и механических нагрузок двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что водоспиртовые смеси смешиваются во впускном тракте двигателя внутреннего сгорания с потоком воздуха, поступающим в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, и испаряются при перемешивании с воздухом во впускном тракте.

В процессе сгорания смеси воздуха и паров водоспиртовой смеси, поступившей в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, происходит форсирование двигателя внутреннего сгорания.

Сущность предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания заключается в подаче базового высококалорийного углеводородного топлива в цилиндры двигателя и дополнительной добавки - водоспиртовых смесей во впускной тракт в поток воздуха, поступающего в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, которые перемешиваются во впускном тракте. В результате чего происходит испарение водоспиртовых смесей во впускном тракте до поступления в цилиндры двигателя внутреннего сгорания и снижение за счет этого температуры наддувочного воздуха и температуры основных деталей цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания. При этом улучшается наполнение цилиндра воздухом. Образовавшаяся смесь паров водоспиртовой смеси и воздуха поступает в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, улучшая процесс сгорания.

Внутреннее испарительное охлаждение наддувочного воздуха при неизменной цикловой подаче топлива, например, на номинальном режиме исключает тепловые нагрузки двигателя внутреннего сгорания, происходит частичное замещение базового высококалорийного топлива и сопровождается увеличением его мощности и экономичности.

Подача водоспиртовых смесей может осуществляться во всасывающую магистраль устройства наддува воздуха в двигатель внутреннего сгорания. При подаче водоспиртовых смесей во всасывающую магистраль устройства наддува воздуха в двигатель внутреннего сгорания отмечается улучшение его характеристик, что достигается приближением процесса сжатия к изотермическому за счет испарения водоспиртовых смесей.

Подавая во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания водоспиртовые смеси различной концентрации и изменяя величину их подачи, можно менять степень форсирования двигателя при снижении токсичности отработавших газов, влияя на процессы впуска и сгорания.

Устройство для осуществления способа работы двигателя внутреннего сгорания (см. чертеж) состоит из емкости для водоспиртовых смесей 1, дроссельного устройства 2, связанного с электронным блоком управления 3, электрического роторного насоса 4, обратного клапана 5, источника сжатого воздуха 6, пневматической форсунки 7, установленной во впускном тракте двигателя 8 перед устройством наддува воздуха 9 в двигатель внутреннего сгорания 10.

В качестве источника сжатого воздуха 6 может применяться штатный компрессор, устанавливаемый на двигателе внутреннего сгорания 10; ресивер и др.

Принцип действия данного устройства заключается в следующем. Водоспиртовые смеси из емкости забираются электрическим роторным насосом и подаются в нагнетательную магистраль. Давление в нагнетательной магистрали контролируется манометром. Количество подаваемых водоспиртовых смесей регулируется дроссельным устройством. Излишки водоспиртовых смесей через клапан возвращаются во всасывающую магистраль. Впрыск водоспиртовых смесей производится пневматической форсункой, работающей от источника сжатого воздуха.

Регулирование подачи водоспиртовых смесей осуществляется в зависимости от режимов работы двигателя при помощи электронного блока управления, связанного с дроссельным устройством. Электронный блок управления получает сигналы от датчиков (не показаны) частоты вращения коленчатого вала, положения основного рычага топливного насоса, температуры отработавших газов и управляет дроссельным устройством, что позволяет оптимизировать подачу водоспиртовых смесей в зависимости от режима работы двигателя внутреннего сгорания.

Использование способа работы двигателей внутреннего сгорания и устройства для его осуществления обеспечивает улучшение эксплуатационных показателей и снижение тепловых и механических нагрузок двигателей внутреннего сгорания.

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу в цилиндры двигателя внутреннего сгорания базового высококалорийного углеводородного топлива, воздуха и дополнительной добавки - водоспиртовых смесей и смешивание водоспиртовых смесей с потоком воздуха, поступающим в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что водоспиртовые смеси смешиваются с потоком воздуха во впускном тракте двигателя внутреннего сгорания и испаряются при перемешивании с воздухом во впускном тракте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача водоспиртовых смесей осуществляется во всасывающую магистраль устройства наддува воздуха в двигатель внутреннего сгорания.

3. Устройство для осуществления способа работы двигателя внутреннего сгорания, включающее емкость для водоспиртовых смесей, электронный блок управления и электрический роторный насос, отличающееся тем, что оно снабжено дроссельным устройством, обратным клапаном, источником сжатого воздуха и пневматической форсункой, работающей от источника сжатого воздуха и установленной во впускном тракте двигателя перед устройством наддува воздуха с возможностью осуществления впрыска водоспиртовых смесей.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регулирование подачи водоспиртовых смесей осуществляется в зависимости от режимов работы двигателя при помощи электронного блока управления, связанного с дроссельным устройством.