Способ и устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания

Группа изобретений относится к стендам для восстановления двигателей внутреннего сгорания - ДВС. Технический результат - уменьшение потребляемой мощности блока высокого напряжения. Решение указанных задач достигнуто в способе восстановления двигателя внутреннего сгорания, включающем подачу ионизированного воздуха через систему подачи воздуха в цилиндры и выхлопную систему с глушителем для очистки от сажи, копоти и углеводородов, тем, что ионизацию воздуха осуществляют при отрицательных импульсах давления воздуха, создаваемых пульсатором потока, установленным перед ионизатором, ионизацию воздуха осуществляют переменным током, частота блока высокого напряжения, питающего источник ионизации воздуха, соответствует частоте, создаваемой пульсатором потока, при этом максимальные и минимальные значения напряжения на выходе блока высокого напряжения и давления за пульсатором потока совпадают, а после ионизации повышают давление воздуха, после повышения давления воздуха осуществляют его подогрев. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к стендам для восстановления двигателей внутреннего сгорания - ДВС.

Известен стенд для испытания ДВС по патенту РФ на изобретение №2241972 МПК G01M l5/00, опубл. 10.12.2004 г.

Стенд снабжен задатчиками скорости и мощности, которые присоединены входами соответственно к выходам по скорости и мощности регулятора дизеля, а выходами к узлу суммирования интегрирующего звена, выход которого подсоединен к входу инерционного звена, при этом последний своим выходом подключен к входу усилительного звена, выход которого соединен с электроприводом. Использование в стенде указанных электронных узлов позволяет сформировать требуемые характеристики, идентичные характеристикам дизеля, и правильно отрегулировать испытуемый регулятор.

Недостатки сложность конструкции и ограниченная функциональность только дизельными двигателями.

Известен стенд для испытания ДВС по патенту РФ на изобретение №2495394 МПК G01M 15/00, опубл. 10.10.2013 г.

Этот стенд может быть использовано при испытаниях турбокомпрессоров для наддува двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Стенд содержит входную и выходную магистрали, регулируемый источник газового потока с регулируемым приводом, выполненный в виде технологического компрессора, испытуемый турбокомпрессор с системой смазки и охлаждения, устройство для создания пульсаций газового потока и регулируемый дроссель. В качестве регулируемого привода используется ДВС со струйным смесителем, установленным между регулируемым дросселем и отводным патрубком. Стенд снабжен модулем аналогового ввода, коммутатором, блоком обработки информации, преобразователем интерфейса, устройством вывода информации, запоминающим устройством, датчиками частоты вращения ротора турбокомпрессора и технологического компрессора, датчиками давления и температуры газового потока. Датчики давления и температуры установлены на входе и выходе в компрессор испытуемого турбокомпрессора, на входе и выходе технологического компрессора, на входе и выходе турбины испытуемого турбокомпрессора, на выходе из ДВС. Датчики расхода воздуха установлены на выходе из компрессора и на выходе из ДВС, причем все датчики давления, температуры, расхода воздуха и частоты вращения соединены через модуль аналогового ввода и коммутатор с блоком обработки информации, который соединен с запоминающим устройством и через преобразователь интерфейса и с устройством вывода информации. Технический результат заключается в повышении достоверности испытания турбокомпрессора путем измерения, регистрации и обработки больших массивов данных множества контролируемых параметров.

Недостаток ограниченные функциональные возможности стенда.

Известен стенд для испытания ДВС по патенту РФ на изобретение №2256896. МПК G01M 15/00, опубл. 20.07.2005 г.

Стенд для приработки и испытания двигателей внутреннего сгорания содержит электрическую машину в качестве исполнительного механизма и снабжен входящими в состав ЭВМ последовательно соединенными блоком выбора типа двигателя внутреннего сгорания, блоком задания предельных значений и блоком аварийного выключения, выход которого соединен с первым входом блока формирования сигналов управления, последовательно соединенными блоком определения времени разгона и блоком определения мощности, второй вход которого соединен с первым выходом блока выбора режима работы, блоком задания постоянных параметров, вход и выход которого соединены соответственно со вторым выходом блока выбора типа двигателя внутреннего сгорания и третьим входом блока определения мощности, блоком задания пороговых значений частоты вращения, вход и выход которого соединены соответственно с третьим выходом блока выбора типа двигателя внутреннего сгорания и первым входом блока сравнения частоты вращения, блоком управления топливодозирующим элементом, установленным с возможностью кинематического соединения с приводом топливодозирующего элемента двигателя внутреннего сгорания, и блоком сопряжения, выход которого соединен с входом блока управления топливодозирующим элементом. Выход блока формирования сигналов управления соединен с входом блока сопряжения. Первый выход блока измерения соединен со вторьм входом блока сравнения частоты вращения. Выходы блока датчиков соединены с входами блока измерения, выходы которого соединены с входами блока индикации и входами блока аварийного выключения. Выход блока определения мощности соединен с входом блока индикации. Выход блока сравнения частоты вращения соединен с входом блока определения времени разгона. Второй, третий и четвертый выходы блока выбора режима работы соединены соответственно с входом блока выбора типа двигателя внутреннего сгорания, третьим входом блока сравнения частоты вращения и вторым входом блока формирования сигналов управления.

Недостаток ограниченные функциональные возможности стенда.

Известен стенд для испытания ДВС по А. Св. СССР №1260711, МПК G01M 15/00? опубл. 30.09.1986 г..

Этот стенд содержит двигатель внутреннего сгорания с топливной системой и системой подачи воздуха, измерительную аппаратуру и нагрузку.

Недостаток низкая точность проведения экспериментов и ограниченные функциональные возможности.

Известен способ и устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по патенту US №2016.0040644, МПК F02P 23/04, опубл. 22.10.2015 г.., прототип.

Этот способ восстановления двигателя внутреннего сгорания, включает подачу ионизированного воздуха через систему впуска в цилиндры и выхлопную систему с глушителем для очистки от сажи, копоти и углеводородов.

Это устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания содержит двигатель внутреннего сгорания с топливной

системой и системой подачи воздуха, измерительную аппаратуру тем

Недостаток - низкая эффективность очистки от сажи и копоти из-за того что ионизированный воздух недостаточно глубоко проникает в зазоры и ограниченные и застойные полости, а окислившиеся частицы углеводороды не удаляются с поверхностей ДВС.

Задача создания группы изобретений уменьшение потребляемой мощности блока высокого напряжения

Достигнутый технический результат уменьшение потребляемой мощности блока высокого напряжения и повышение эффективности ионизатора за счет создания в нем отрицательных импульсов давления (вакуума).

Решение указанных задач достигнуто в способе восстановления двигателя внутреннего сгорания, включающем подачу ионизированного воздуха через систему подачи воздуха в цилиндры и выхлопную систему с глушителем для очистки от сажи, копоти и углеводородов, тем, что ионизацию воздуха осуществляют при отрицательных импульсах давление воздуха, создаваемых пульсатором потока, установленным перед ионизатором, ионизацию воздуха осуществляют переменным током, частота блока высокого напряжения, питающего источник ионизации воздуха соответствует частоте, создаваемой пульсатором потока, при этом максимальные и минимальные значения напряжения на выходе блока высокого напряжения и давления за пульсатором потока совпадают, а после ионизации повышают давление воздуха, после повышения давления воздуха осуществляют его подогрев.

Способ восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что периодически изменяют частоту пульсаций, создаваемую пульсатором давления.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве для восстановления двигателя внутреннего сгорания, содержащем систему подачи воздуха с дроссельной заслонкой и ионизатором, тем, что перед ионизатором воздуха установлен пульсатор потока, а после него устройство содержит компрессор и нагреватель воздуха.

Ионизатор воздуха может быть установлен вне двигателя внутреннего сгорания.

К ионизатору воздуха может быть подсоединен блок высокого напряжения. Блок высокого напряжения может быть присоединен к ионизатору через потенциометр.

Устройство для восстановления двигателя может быть оборудовано блоком управления.

К двигателю внутреннего сгорания может быть подключен датчик частоты вращения коленчатого вала, соединенный электрическими связями с блоком управления.

К двигателю внутреннего сгорания может быть подключен датчик расхода топлива, соединенный электрическими связями с блоком управления.

К двигателю внутреннего сгорания может быть подключен датчик расхода воздуха, соединенный электрическими связями с блоком управления.

К выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания может быть подключен газовый анализатор, соединенный электрическими связями с блоком управления.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…11, где:

на фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства с ионизатором и

пульсатором, первый вариант,

на фиг. 2 приведена принципиальная схема устройства с ионизатором, пульсатором и компрессором, второй вариант,

на фиг. 3 приведена принципиальная схема устройства с ионизатором, пульсатором, компрессором и нагревателем, третий вариант,

на фиг. 4 приведена конструкция ионизатора в сборе с пульсатором,

на фиг. 5 приведена конструкция ионизатора в сборе с пульсатором и компрессором,

на фиг. 6 приведена конструкция ионизатора в сборе с пульсатором, компрессором и нагревателем,

на фиг. 7 приведена схема стенда с блоком управления и датчиками контроля,

на фиг. 8 приведена схема устройств, подключаемых к системе подачи воздуха, первый вариант,

на фиг. 9 приведена схема устройств, подключаемых к системе подачи воздуха, второй вариант,

на фиг. 10 приведена схема устройств, подключаемых к системе подачи воздуха, третий вариант,

на фиг. 11 приведены графики пульсаций давления после пульсатора и напряжения на ионизаторе.

Условные обозначения, принятые в описании:

двигатель внутреннего сгорания 1,

коленчатый вал 2,

маховик 3,

сцепление 4,

трансмиссией 5,

ведущие колеса 6,

картер 7,

масло 8,

цилиндры 9,

поршень 10,

кольца 11,

головка цилиндров 12,

свеча зажигания 13,

система подачи воздуха 14,

впускные клапаны 15,

система выхлопа 16,

выпускные клапаны 17,

топливный бак 18.

топливопровод 19,

топливный насос 20,

отсечной клапан 21,

топливопровод высокого давления 22,

топливная форсунка 23,

дроссельная заслонка 24,

первый привод 25,

ионизатор воздуха 26,

блок высокого напряжения 27,

пульсатор потока 28,

второй привод 29,

регулятор частоты пульсаций 30,

компрессор 31,

третий привод 32,

подогреватель воздуха 33,

электронный выключатель 34,

глушитель 35,

стартер 36,

аккумулятор 37,

проводами 38,

замок зажигания 39,

масса 40,.

провод 41,

выключатель 42,

провода 43,

высоковольтные провода 44,

распределитель 45,

блок управления 46,

электрические связи 47,

вентилятор 48,

вал 49,

электрод 50,

электрод 51,

потенциометр 52,

датчик расхода топлива 53.

датчик расхода воздуха 54,

датчик давления воздуха на входе в ионизатор 55,

датчик частоты вращения 56,

газоанализатор 57,

пульсация давления за пульсатором 58,

напряжение на выходе из блока высокого напряжения 59.

Устройство для восстановления ДВС содержит (фиг. 1) двигатель внутреннего сгорания 1, присоединенный к нему коленчатым валом 2 маховик 3 со сцеплением 4, к которому трансмиссией 5 присоединены ведущие колеса 6. Картер 7 заполнен маслом 8. Выше картера 7 установлены цилиндры 9, в каждом из которых установлен поршень 10 с кольцами 11 (компрессионными и маслосъемными),

Двигатель внутреннего сгорания 1 содержит головку цилиндров 12 и свечу зажигания 13. К головке цилиндров 12 присоединены система подачи воздуха 14 с впускными клапанами 15 и система выхлопа 16 с выпускными клапанами 17.

Кроме того, устройство содержит топливную систему. Топливная система содержит топливный бак 18. топливопровод 19, топливный насос 20, отсечной клапан 21 и топливопровод высокого давления 22 и топливную форсунку 23 установленную в системе подачи воздуха 14. Топливная система может быть не задействована при восстановлении двигателя внутреннего сгорания.

Система подачи воздуха 14 содержит дроссельную заслонку 24 с первым приводом 25, ионизатор воздуха 26, к которому присоединен блок высокого напряжения 27,

После ионизатора 26 установлен пульсатор потока 28,. к которому присоединен второй привод 29, к которому присоединен регулятор частоты пульсаций 30 (фиг 1 и 4).

После пульсатора потока 28 может быть установлен компрессор 31 с третьим приводом 32 (фиг. 2 и 5).

После пульсатора потока 28 может быть установлен подогреватель воздуха 33 соединенный с электронным выключателем 34 (фиг. 3 и 6).

Система выхлопа 16 содержит глушитель 35 9фиг. 1). К маховику 3 присоединен стартер 36. В состав системы входит аккумулятор 37, который проводами 38 через замок зажигания 39 соединен со стартером 36. Стартер 36 и аккумулятор 37 соединены с массой 40.

Аккумулятор 37 соединен с блоком высокого напряжения 27 проводом 41 через выключатель 42. К выходу выключателя 42 присоединены провода 43, другие концы которых соединены с блоком высокого напряжения 27, вторым приводом 29 компрессора 28 и третьим приводом 31 пульсатора потока 30.

Свеча зажигания 13 высоковольтными проводами 44 соединена с распределителем 45. Система может быть оборудована блоком управления 46, который электрическими связями 47 соединен с выключателем 42.

На фиг. 5 приведены ионизатор воздуха 26 и пульсатор потока 28, установленные в системе подачи воздуха 14. Компрессор 31 содержит вентилятор 48, соединенный валом 49 с вторым приводом 29, например, электродвигателем.

На фиг. 6 приведены ионизатор воздуха 26 и компрессор 31, установленные в системе подачи воздуха 14 и подогреватель воздуха 33 с электронным выключателем 34

Ионизатор воздуха 26 (фиг. 4…6) содержит электроды 50 и 51 и потенциометр 52, подключенные к блоку высокого напряжения 27. Потенциометр 52 позволяет регулировать степень ионизации воздуха.

Устройство очистки (фиг. 7) может быть блоком управления 46 и может содержать датчик расхода топлива 53, установленный на топливопроводе высокого давления 22, датчик расхода воздуха 54 и датчик давления воздуха на входе в ионизатор 55, установленный в системе подачи воздуха 14, кроме того датчик частоты вращения 56 коленчатого вала 2, связанный с коленчатым валом 2. Устройство целесообразно оборудовать газоанализатором 57 (фиг. 4), установленным в системе выхлопа 16 после глушителя 35 для определения эффективности восстановления (очистки) двигателя внутреннего сгорания.

Датчики 53…57 (фиг. 7) электрическими связями 47 соединены с блоком управления 46 для контроля и автоматического управления работой устройства.

На фиг. 8…10 приведена более детально схема устройств, подключаемых к системе подачи воздуха.

На фиг. 11 приведены графики пульсаций давления после пульсатора и напряжения на ионизаторе: Поз. 58 пульсаций давления после пульсатора и поз.59 изменение напряжения на выходе из блока высокого напряжения для питания ионизатора.

РАБОТА УСТРОЙСТВА

Возможны два способа работы устройства по восстановлению ДВС.

1. Обкатка двигателя внутреннего сгорания без включения топливной системы и системы зажигания.

2. Обкатка двигателя внутреннего сгорания с включением топливной системы и системы зажигания.

ПЕРВЫЙ СПОСОБ

Перед работой отсоединяют топливный бак 18 от форсунки 23 (фиг. 1).

Раскручивают коленчатый вал 2 ДВС стартером 36 и выводят его на стационарный режим на 3…10 мин. Одновременно с блока управления 46 включают выключатель 42 и подают напряжение на второй привод 29 компрессора 28, блок высокого напряжения 27 ионизатора воздуха 26 и на третий привод 31 пульсатора потока 30 и через электронный выключатель 34 на подогреватель воздуха 33.

В ионизаторе 26, при относительно низком давлении происходит ионизация воздуха. Далее давление ионизированного воздуха увеличивают в компрессоре 28 и осуществляют его пульсацию в пульсаторе потока 30. Ионизированный воздух поступает по системе подачи воздуха 14 через впускные клапаны 13 в полости цилиндров 9, окисляет сажу и отложения копоти и через выпускные клапаны 17 сбрасывается в систему выхлопа 16 и глушитель 35. При том, окисляются отложения в глушителе 35 и восстанавливается катализатор, установленный в нем.

Очистка по сравнению с прототипом происходит интенсивнее, этому способствует повышенное давление ионизированного воздуха, создаваемое компрессором 28 и его пульсация, вызванная пульсатором потока 30.

При этом затраты электроэнергии на ионизацию будут минимальны, так как ионизацию производят при относительно низком давлении.

При этом регулятор частоты пульсаций 32 периодически изменяет частоту пульсаций потока и тем самым дополнительно способствует лучшей очистки.

ВТОРОЙ СПОСОБ

Подключают топливный бак 18 к форсунке 23 (фиг. 2) и включают ионизатор воздуха 26, компрессор 28 и пульсатор потока 30. Запускают ДВС 1 и выводят его на стационарный режим в течение 10…30 мин.

Режим работы ДВС 1 контролируют по показаниям датчиков 51-55 (фиг. 4). В качестве блока управления 46 может быть использован персональный компьютер с ОС типа «Виндос».

После проведения очистки (по первому или по второму способу) отключают ионизатор воздуха 26, компрессор 28 и пульсатор потока 30.

Запускают двигатель внутреннего сгорания и по показаниям датчиков 53…57 измеряют основные показатели экономичности двигателя внутреннего сгорания, в том числе удельный расход топлива.

По результатам испытаний оценивают степень восстановления двигателя внутреннего сгорания, в первую очередь его удельный расход топлива, и прочие характеристики ДВС, т.е. производят оценку его восстановления.

Применение изобретения позволит:

1. Восстановить технические характеристики двигателя внутреннего сгорания - ДВС после его длительной эксплуатации путем удаления копоти и сажи при помощи подачи озона в его воздушную и выхлопную системы и в цилиндры.

2. Улучшить очистку ДВС за счет того, что:

- создаются отрицательные импульсы давления на выходе из пульсатора (входе в ионизатор),

- сопадения частот пульсации давления потока и напряжения на выходе блока высокого напряжения, питающего ионизатор,

- регулятор частоты пульсаций периодически изменяет частоту пульсаций потока и тем самым способствует лучшей очистки.

3. Испытывать ионизаторы воздуха на разных режимах работы ДВС и на разных режимах работы самих ионизаторов (токах, напряжении, частоте импульсов и т.л.) и подбирать наиболее оптимальный режим для очистки ДВС.

4. Проводить испытание ДВС на разных видах топлива и исследовать влияние топлива и присадок к нему на характеристики двигателя.

1. Способ восстановления двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу ионизированного воздуха через систему подачи воздуха в цилиндры и выхлопную систему с глушителем для очистки от сажи, копоти и углеводородов, отличающийся тем, что ионизацию воздуха осуществляют при отрицательных импульсах давления воздуха, создаваемых пульсатором потока, установленным перед ионизатором, ионизацию воздуха осуществляют переменным током, частота блока высокого напряжения, питающего источник ионизации воздуха, соответствует частоте, создаваемой пульсатором потока, при этом максимальные и минимальные значения напряжения на выходе блока высокого напряжения и давления за пульсатором потока совпадают, а после ионизации повышают давление воздуха, после повышения давления воздуха осуществляют его подогрев.

2. Способ восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что периодически изменяют частоту пульсаций, создаваемую пульсатором давления.

3. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания, содержащее систему подачи воздуха с дроссельной заслонкой и ионизатором, отличающееся тем, что перед ионизатором воздуха установлен пульсатор потока, а после него оно содержит компрессор и нагреватель воздуха.

4. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 3, отличающееся тем, что ионизатор воздуха установлен вне двигателя внутреннего сгорания.

5. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 3, отличающееся тем, что к ионизатору воздуха подсоединен блок высокого напряжения.

6. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 5, отличающееся тем, что блок высокого напряжения присоединен к ионизатору через потенциометр.

7. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 3, отличающееся тем, что оно оборудовано блоком управления.

8. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 7, отличающееся тем, что к двигателю внутреннего сгорания подключен датчик частоты вращения коленчатого вала, соединенный электрическими связями с блоком управления.

9. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 7, отличающееся тем, что к двигателю внутреннего сгорания подключен датчик расхода топлива, соединенный электрическими связями с блоком управления.

10. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 7, отличающееся тем, что к двигателю внутреннего сгорания подключен датчик расхода воздуха, соединенный электрическими связями с блоком управления.

11. Устройство для восстановления двигателя внутреннего сгорания по п. 7, отличающееся тем, что к выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания подключен газовый анализатор, соединенный электрическими связями с блоком управления.