Способ применения углеводородных топлив в двигателях внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Использование: топливная энергетика, в частности двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ применения углеводородных топлив в двигателе внутреннего сгорания заключается во взаимодействии топлива с кислородом воздуха при избыточном давлении, раздельной подаче воздуха и топлива в камеру сгорания двигателя и дозированной подаче топлива в остаточный состав высокотемпературных отработавших газов в цилиндре двигателя без доступа воздуха. Дозированную подачу топлива в остаточный состав высокотемпературных отработавших газов осуществляют при положении поршня двигателя в нижней мертвой точке, а подачу воздуха осуществляют в сжатый в цилиндре двигателя состав смеси высокотемпературных отработавших газов с углеводородным топливом. Дозированная подача топлива может быть осуществлена совместно с воздухом в виде топливной смеси при достижении в камере сгорания максимальной степени сжатия высокотемпературных отработавших газов. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к топливной энергетике, в частности, к использованию топлив в двигателях внутреннего сгорания.

Известен способ применения углеводородных топлив в двигателе внутреннего сгорания путем взаимодействия топлива с кислородом воздуха при избыточном давлении, раздельной подачи топлива и воздуха в камеру сгорания двигателя, дозированной подаче топлива в остаточный состав высокотемпературных отработавших газов в цилиндре двигателя без доступа воздуха [1] Недостаток известного способа заключается в том, что топливо в данном способе применяется недостаточно эффективно.

Известно устройство для применения топлива в двигателях внутреннего сгорания, содержащее поршневую группу, коленчатый вал, распределительный вал с кулачками, выпускной клапан, связанный через толкатель с кулачками, коллектор отработавших газов, топливный бак, топливный насос и форсунку [2] Недостаток известного устройства заключается в недостаточно эффективном применении топлива.

Задача изобретения заключается в выделении большего количества энергии от одного и того же количества топлива, применяемого в двигателях внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что способ применения углеводородных топлив в двигателе внутреннего сгорания обеспечивается путем взаимодействия топлива с кислородом воздуха при избыточном давлении, раздельной подачи топлива и воздуха в камеру сгорания двигателя, дозированной подачи топлива в остаточный состав высокотемпературных отработавших газов в цилиндре двигателя без доступа воздуха, причем, дозированную подачу топлива в остаточный состав высокотемпературных отработавших газов осуществляют при положении поршня двигателя в нижней мертвой точке, подачу воздуха осуществляют в сжатый в цилиндре двигателя состав смеси высокотемпературных отработавших газов с углеводородным топливом или дозированную подачу топлива и воздуха осуществляют в виде топливной смеси при достижении в камере сгорания максимальной степени сжатия высокотемпературных отработавших газов.

Температуру кислорода воздуха на момент взаимодействия с топливом могут поддержать равной температуре окружающей среды, а топливо подогревать.

Устройство для применения топлива в двигателях внутреннего сгорания содержит поршневую группу, коленчатый вал, распределительный вал с кулачками, выпускной клапан, связанный через толкатель с кулачками, коллектор отработавших газов, топливный бак, топливный насос и топливную форсунку, причем, кулачки выпускного клапана выполнены с возможностью открытия выпускного клапана при достижении поршнем 1/4 хода до нижней мертвой точки и закрытия выпускного клапана при достижении поршнем нижней мертвой точки.

На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа, которым снабжается двигатель внутреннего сгорания 1. Двигатель внутреннего сгорания 1 содержит традиционную поршневую группу 2 (коленчатый вал, распределительный вал и группу толкателей, коромысел).

Кроме того, в головке блока двигателя 1 дополнительно к имеющейся форсунке топлива "Т" установлена форсунка "Д", которая соответствующими трубопроводами соединена с ресивером сжатого воздуха 3 через электромагнитный клапан 4 и регулятор давления воздуха 5, а с пусковой емкостью топлива 6 через электромагнитный клапан 7.

Форсунка "Т" связана с топливным баком 8 через фильтр "Ф" через топливный насос 9 и через электромагнитный кран 10.

Ресивер 3 дополнительным трубопроводом через редукционный клапан "К" сообщен с емкостью топлива 6.

Пополнение ресивера сжатым воздухом осуществляется компрессором 11 через обратный клапан 12.

Исходное состояние по введению в работу предлагаемого устройства.

Ресивер сжатого воздуха 3 наполнен воздухом с избыточным давлением. Заполнены топливом пусковая емкость топлива 6 и топливный бак 8. Электромагнитные клапаны 4, 7 и электромагнитный кран 10 обесточены, двигатель 1 не работает.

Запуск двигателя внутреннего сгорания 1 осуществляется вращением его коленчатого вала стартером или рукояткой. При этом включается электроискровое зажигание и подается электропитание на катушки электромагнитных клапанов 5 и 7, редукционный клапан "К" позволяет сжатому воздуху из ресивера 3 поступать в емкость топлива 6, создавая в ней избыточное давление для подачи топлива в форсунку "Д". Форсунка "Д" выполнена с возможностью как дозирования в камеру взаимодействия двигателя 1 воздуха, так и при необходимости распыливания сжатым воздухом жидкого топлива. Что и предусмотрено при запуске двигателя 1 этой схемой.

Топливная емкость 6 при наличии топливного бака 8 предназначена для содержания в нем легко воспламеняемых топлив, предназначенных для запуска двигателя в случае его работы на тяжелых топливах, что также целесообразно для запуска двигателя в экстремальных условиях с отрицательными температурами.

Запуск двигателя 1 производится при закрытом электромагнитном кране 10, следовательно, поступление топлива к форсунке "Т" блокировано.

Вращением коленчатого вала двигателя 1 поршень перемещается в верхнее крайнее положение. При достижении поршнем верхней мертвой точки в работу включается форсунка "Д", с помощью которой топливо распыливается сжатым воздухом, что является формированием и дозированием топливной смеси в камеру сгорания двигателя одновременно.

При этом сжатый воздух из ресивера 3 поступает в форсунку "Д" через открытый электромагнитный клапан 4 и через регулятор давления воздуха 5, а топливо из топливной емкости 6 поступает через открытый электромагнитный клапан 7.

Распыленное сжатым воздухом топливо воспламеняется в процессе его распыливания, что снимает все вопросы взаимодействия топлива с воздухом при любых отрицательных температурах, ибо воспламенение распыливаемого топлива одновременно с распыливанием исключает возможность конденсации пылевых фракций жидкого топлива в системе с избыточным давлением при любом значении в ней отрицательной температуры. Если этого не делать, а попытаться воспламенить топливо после его распыливания, то топливо может сконденсироваться.

Взаимодействием топлива с кислородом воздуха выделяется энергия, которая увеличивает давление в камере сгорания, чем достигается выполнение работы поршня.

Движение поршня рабочим ходом препровождается открыванием выпускного клапана, не доходя поршнем одной четвертой пути до нижней мертвой точки, и закрывается при достижении поршнем нижней мертвой точки. Возвратное движение поршня происходит сжатием высокотемпературных отработавших газов, которыми был наполнен цилиндр двигателя после отведения избыточного их давления.

Последующее распыливание топливной смеси в сжатый состав горячих отработавших газов протекает формированием в составе топливной смеси разности температур между топливом и кислородом воздуха интенсивнее, чем это достигалось при отсутствии теплоты. Накапливание теплоты в отработавших газах приводит к увеличению разности температур между топливом и кислородом воздуха такой величины, что инициация их электроискровым воспламенением (или энергией свечи накаливания) не требуется. Двигатель переходит в режим работы дизельного принципа, т.е. самовоспламенением.

Активация топлива к взаимодействию с кислородом воздуха тепловой энергией отработавших газов позволяет осуществлять работу двигателя в двухтактном режиме. Что означает, после выполнения рабочего хода поршня, им сжимаются высокотемпературные отработавшие газы, которыми активируется распыливаемая в них топливная смесь и поршень опять смещается вниз рабочим ходом.

Вышеизложенная технология применения топлива продолжается до набора двигателем температуры около 40^oС, необходимой для перехода его работы на тяжелом топливе.

Вышеизложенная схема работы двигателя с его запуском может быть и рабочей схемой в случае его работы на легких топливах.

При переводе работы двигателя 1 на тяжелое топливо последнее необходимо распыливать в цилиндр двигателя в тот момент, когда выпускной клапан закрыт и поршень начинает движение на такт сжатия содержащихся в цилиндре высокотемпературных газов.

Переход работы двигателя на тяжелое топливо осуществляется включением электромагнитного крана 10.

При этом топливо из топливного бака 8 через фильтр топлива "Ф" топливным насосом 9 подается к топливной форсунке "Т", с помощью которой осуществляется плавное дозирование тяжелого топлива при одновременном сокращении распыливания топлива форсункой "Д".

Переход в рабочий режим на тяжелом топливе достигается полным блокированием поступления топлива в форсунку "Д" из топливной емкости 6 путем обесточивания электромагнитного клапана 7.

Таким образом, двигатель переходит работать на тяжелом топливе.

Распыливание топлива в цилиндр двигателя позволяет при отсутствии в нем избыточного давления достигнуть лучшего качества распыливания, т.е. получение более мелких его фракций, которые переводятся в газообразное состояние теплотой отработавших газов. А при достижении поршнем полного сжатия этой смеси, ее температура увеличивается и отработавшие газы переходят в состояние высокотемпературного генераторного газа, что известно из процесса взаимодействия высокотемпературного отработавшего газа с углеродом высокотемпературного топлива.

Таким образом, в камере взаимодействия двигателя 1 формируется высокоактивная энергетическая масса.

Последующее дозирование в этот активный состав воздуха с температурой окружающей среды (и ниже) приводит к формированию между ними высокой разности температур.

Используя тепловую энергию отработавших газов, а не выделяя ее сжатием атмосферного воздуха, достигнуто увеличение мощности энергии активации топлива пропорционально достижению увеличения разности температур между топливом и кислородом воздуха на момент их взаимодействия.

Ценность такого применения топлива состоит в том, что ему не страшен перегрев двигателя или снижение оборотов, т.к. увеличение разности температур между топливом и воздухом не зависит от этих факторов.

Таким устройством реализуется предлагаемый способ с помощью которого стало доступно создавать, не затрачивая больших ресурсов любую энергию активации, получая при этом пропорциональное увеличение и выделяемой энергии от одного и того же количества топлива при взаимодействии его с кислородом воздуха.

Регулирование оборотов двигателя осуществляется как регулированием количества дозируемого топлива, так и количеством дозируемого воздуха, снижением или увеличением его давления регулятором давления воздуха 5, поступающего в форсунку "Д" без топлива.

Расходуемый из ресивера 3 сжатый воздух пополняется при работе компрессора 11 через обратный клапан 12, количество которого также снижается при снижении расхода топлива, что предполагает минимально возможное сокращение его расхода в 10-15 раз в сравнении с имеющими место в существующих двигателях.

Использование на практике данного устройства для реализации предлагаемого способа применения топлива в двигателях внутреннего сгорания позволит сократить расход топлива, снизить металлоемкость двигателя и сократить выброс в атмосферу отводимых отработавших газов.

Формула изобретения

1. Способ применения углеводородных топлив в двигателе внутреннего сгорания путем взаимодействия топлива с кислородом воздуха при избыточном давлении, раздельной подачи топлива и воздуха в камеру сгорания двигателя, дозированной подачи топлива в остаточный состав высокотемпературных отработавших газов в цилиндре двигателя без доступа воздуха, отличающийся тем, что дозированную подачу топлива в остаточный состав высокотемпературных отработавших газов осуществляют при положении поршня двигателя в нижней мертвой точке, подачу воздуха осуществляют в сжатый в цилиндре двигателя состав смеси высокотемпературных отработавших газов с углеводородным топливом или дозированную подачу топлива и воздуха осуществляют в виде топливной смеси по достижении в камере сгорания максимальной степени сжатия высокотемпературных отработавших газов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру кислорода воздуха на момент взаимодействия с топливом поддерживают равной температуре окружающей среды, а топливо подогревают.

3. Устройство для применения углеводородных топлив в двигателях внутреннего сгорания, содержащее поршневую группу, коленчатый вал, распределительный вал с кулачками, выпускной клапан, связанный через толкатель с кулачками, коллектор отработавших газов, топливный бак и топливную форсунку, отличающееся тем, что кулачки выпускного клапана выполнены с возможностью открытия выпускного клапана по достижении поршнем 1/4 хода до нижней мертвой точки и закрытия выпускного клапана по достижении поршнем нижней мертвой точки.

РИСУНКИ

Рисунок 1