способ работы двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Способ работы двигателя внутреннего сгорания на основе термохимической обработки топлива в системе питания двигателя, отличающийся тем, что часть топлива подвергают разгонке в испарительной камере на две паровые фракции и жидкий остаток, более тяжелую паровую фракцию выдерживают в реакторе-нагревателе в течение времени, необходимого для термохимических превращений топлива, которые прекращают охлаждением продуктов реакции в теплообменнике, осуществляющем нагрев поступающих в реактор паров, смешивают поступающие из испарителя пары легкой фракции с выходящими из теплообменника продуктами термохимической обработки и жидким остатком, результирующий поток разбавляют воздухом и подают во входной коллектор двигателя внутреннего сгорания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к автомобилестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе.

Известен ряд способов организации работы ДВС на топливе, часть которого проходит специальную обработку.

Известен способ, в котором формируются два потока топливо-воздушной смеси, один из которых, переобогащенный ниже предела воспламенения, нагревается отработанными газами, затем пропускается через активатор, где перегревается с проведением термического крекинга на развитой поверхности активатора, а затем смешивается со вторым потоком горючей смеси и подается в цилиндры двигателя [1] В переобогащенный поток перед дополнительным нагревом могут быть поданы продукты сгорания. При такой обработке образуются водородосодержащие газы и окись углерода.

Известен способ приготовления горючей смеси для двигателя внутреннего сгорания и газификатор для его осуществления, отличающийся от предыдущего тем, что топливо в газификатор подают, дискретно распыливая его на нагретую отходящими газами или иным теплоносителем поверхность, в частности, температура теплоносителя может устанавливаться в диапазоне 75-435^oС и в газификатор может подаваться воздух с коэффициентом избытка 0,1-0,375 [2]

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляется термохимическая переработка части жидкого углеводородного топлива, основанный на способе работы двигателя внутреннего сгорания путем подачи воздуха и топлива в его цилиндры, сжатия и сгорания их смеси, расширения и выпуска отработанных газов, часть из которых направляют на рециркуляцию и испарение части подаваемого в цилиндры топлива, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности рециркулируемые газы делятся на две части, первую из которых направляют на испарение части топлива с образованием газотопливной смеси, которую смешивают с второй частью рециркулируемых газов, и полученную смесь подогревают отработанными газами [3]

Прототипом изобретения является изобретение [4] в котором предложен способ работы двигателя внутреннего сгорания, основанный на подаче основной и дополнительной, прошедшей термообработку, порций топлива.

Массовый расход дополнительной порции топлива выдерживается в пределах 10-15% от расхода основной порции топлива. Испарение и газификация этой порции в смеси с водой производится при температуре не превышающей 400^oС и давлении, равном давлению во впускном трубопроводе.

Принципиальными недостатками рассмотренных способов являются: возможность засорения тракта двигателя коксом, образующимся при термохимической обработке топлива, мер борьбы с которым не предусмотрено; сложность конструкции, регулирования и повышенная опасность возгорания и взрыва при использовании для термообработки тепла отходящих газов; высокие затраты энергии на термообработку, достигающие 1-3 кВт на 1 л/ч обрабатываемого топлива, что при использовании электрообогрева реактора требует радикального увеличения мощности системы электроснабжения ДВС.

Целью изобретения является повышение эффективности работы ДВС за счет увеличения детонационной стойкости и экономичности ДВС, уменьшения вредных выбросов, умеренное энергопотребление из сети электроснабжения ДВС при использовании электрообогрева реактора.

Это достигается тем, что часть топлива подвергают разгонке в испарительной камере на две паровые фракции и жидкий остаток, более тяжелую паровую фракцию выдерживают при температуре 300-500^oС в реакторе-нагревателе в течение времени, необходимого для термохимических превращений топлива, которые прекращают охлаждением продуктов реакции в теплообменнике, осуществляющем нагрев поступающих в реактор паров, смешивают поступающие из испарителя пары легкой фракции с выходящими из теплообменника продуктами термохимической обработки и жидким остатком, результирующий поток разбавляют воздухом и подают во входной коллектор двигателя внутреннего сгорания.

Проведение термохимической обработки топлива на борту транспортного средства перед подачей в ДВС осуществляется при давлении, близком к атмосферному без применения катализаторов, что увеличивает выход легких газообразных углеводородов. В отличие от промышленных установок (где отходящие газы во многих случаях фактически являются отходами и нежелательны) это является положительным фактором, способствующим повышению октанового числа топливной смеси, равномерности распределения топлива его цилиндрам, улучшению условий воспламенения, экономичности и экологичности ДВС. Выход неконденсируемых при нормальных условиях газов может составлять в зависимости от условий термообработки 15 и более процентов от веса перерабатываемого топлива.

В предлагаемом способе расход электроэнергии на термообработку снижен до 0,03-0,05 кВт при обработке 1 л/ч топлива. Это достигается регенерацией тепла в специальном теплообменнике, а также термообработкой в реакторе части продуктов разгонки топлива.

Режим термообработки в совокупности с развитой поверхностью теплообмена в реакторе-нагревателе и охлаждение продуктов реакции после необходимого времени пребывания в реакторе исключает образование кокса.

Использование устройства, работающего по этому способу на ДВС, не требует переделки двигателя и его агрегатов.

В предлагаемом способе процесс термической обработки топлива в ДВС проводится в три этапа.

Разгонка углеводородного топлива с целью выделения фракций, обработка которых при заданном режиме работы термохимического реактора не приводит к образованию кокса.

Подогрев выделенных при разгонке фракций, подлежащих термохимической обработке, и выдержка их при повышенной температуре 300-500^oС в течение необходимого для протекания химических превращений времени.

Охлаждение продуктов реакции, обеспечивающее прекращение химических превращений в газовой фазе.

Схема установки для обработки топлива, в которой реализован предлагаемый способ, представлена на чертеже.

Основной расход топлива поступает в ДВС обычным образом. Часть (до 20%) топлива поступает в испарительно-разгонный блок 1 преобразователя. В испарительно-разгонном блоке выделяются три фракции: легкая паровая фракция 1; средняя паровая фракция II; тяжелый жидкий остаток III.

Фракция II преобразуемого топлива через рекуперативный теплообменник 2 поступает в термохимический реакторпреобразователь 3, в котором при 300-500^oС при близком к атмосферному давлении к преобразуемому топливу подводится тепло в количестве до 2 МДж/кг.

Термохимические превращения в топливе прекращаются за счет охлаждения при прохождении через теплообменник 2 потока фракции II.

При выходе из теплообменника 2 продукты реакции смешиваются с парами фракции I, поступающими из первой ступени испарительно-разгонного блока 1, в смесителе 4, откуда результирующий поток поступает в эжектор-распылитель 5, где происходит распыл горячими продуктами тяжелого жидкого остатка III, поступающего из сливного патрубка испарительно-разгонного блока. Полученная смесь разбавляется воздухом в смесителе 6 и подается во входной коллектор ДВС через смесительную проставку 7.

Предлагаемый способ реализован на двигателе УЗАМ 331 автомобиля "Москвич" 2141. Устройство обрабатывало до 10% расхода топлива. Использование устройства позволило существенно улучшить экологичность выхлопа. Так содержание СО на всех режимах работы, включая перекладки, не превышало 0,1 об. Снизился расход топлива, особенно на холостом ходу, где экономия топлива достигала 25%