способ подготовки жидкого топлива к сжиганию и устройство для осуществления этого способа

Формула изобретения

1. Способ подготовки жидкого топлива к сжиганию в двигателе внутреннего сгорания, включающий подачу воздуха в жидкое топливо, пропускание его через пористую насадку, нагрев в топливовоздушной смеси и насыщение ее дополнительным воздухом, отличающийся тем, что топливовоздушную смесь пропускают через слой катализатора, а нагрев смеси осуществляют одновременно с каталитическим окислением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев топливовоздушной смеси производят отработавшими газами.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительный воздух подвергают предварительной ионизации.

4. Устройство подготовки жидкого топлива к сжиганию в двигателе внутреннего сгорания, включающее воздушный клапан, резервуар для жидкого топлива с размещаемой в нем пористой насадкой, подогреватель топливовоздушной смеси и патрубок подачи дополнительного воздуха, размещенный на топливопроводе, отличающееся тем, что выпускное отверстие воздушного канала, размещенного в резервуаре для жидкого топлива, и пористая насадка заглублены под уровень жидкости, выше уровня жидкости в резервуаре установлена реакционная камера с пористым катализатором, а нагреватель размещен на реакционной камере и выполнен в виде сообщающейся с системой отвода отработавших газов полости, образованной боковой поверхностью камеры и теплоизолирующей оболочкой.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на патрубке подачи дополнительного воздуха установлен блок ионизации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в автомобилях с карбюраторными двигателями внутреннего сгорания (ДВС) со средствами гомогенизации топливовоздушной смеси.

Известен способ питания камеры сгорания топливовоздушной смесью, заключающийся в образовании указанной смеси в воздушном канале путем подачи в него жидкого топлива в виде мельчайших капель, образуемых под действием центробежных сил при выходе через периферийную микропористую стенку центрально расположенной в канале вращающейся камеры [1].

Недостатком описанного способа является невозможность измельчения частиц топлива, выходящих в воздушный канал через пористый материал, до парообразного состояния. Кроме того, количество топлива, проходящего через фильтрующий материал, в большой степени зависит от температурного режима, что отрицательно сказывается на режиме работы двигателя.

Известен также способ получения топливовоздушной смеси путем озонирования воздуха с последующим пропусканием его через высокопористый материал, размещенный в емкости с водой, полученная смесь в виде молекул, содержащих мельчайшие пузырьки озонированного воздуха и пары воды, подается совместно с жидким топливом в коллектор, обеспечивая быстрое расширение топливовоздушной смеси [2].

Добавление в топливовоздушную смесь паров воды с озоном способствует насыщению топлива дополнительным кислородом, однако полученная в результате топливовоздушная смесь по прежнему остается в эмульгированном состоянии, что не дает возможности повысить КПД сгорания топлива в двигателе.

Наиболее близким к заявляемому является способ газификации топлива, описанный в патенте США на "Испарительный карбюратор", заключающийся в барботировании жидкого топлива воздухом путем нагнетания воздуха в жидкое топливо и пропускании паров через пористый фильтрующий материал с последовательно уменьшающимся размером пор, с одновременным подмешиванием вторичного воздуха. Испарившаяся топливо-воздушная смесь в виде пузырьков воздуха, покрытых топливной оболочкой, по пути во впускной коллектор подогревается от системы охлаждения двигателя и насыщается дополнительным воздухом [2].

Недостатком этого способа является сложность достижения оптимальных режимов работы двигателя на холостом ходу и в переходных режимах, так как количество топлива, подаваемого на газификацию, постоянно на всех режимах. Кроме того, вызывает сомнение эффективность подогрева готовой топливовоздушной смеси на пути к впускному коллектору из-за сравнительно низких температур в радиаторе, что при высоких скоростях смеси в топливопроводе не создает условий предварительного окисления топлива перед камерой сгорания.

Известен автомобильный газификатор, содержащий реакционную камеру, расположенные в ней пакеты с катализатором и каналы для подвода в камеру топлива, воздуха и отработавших газов от ДВС, а также теплоаккумуляторы в виде сетчатых кассет, заполненных теплоаккумулирующими шариками, установленные между пакетами с катализатором в местах подвода отработавших газов [4].

Установка позволяет полностью конверсировать жидкое топливо в синтез-газ с высоким содержанием водорода или высокооктановых продуктов, благодаря протекающим в ней реакциям газификации и конверсии топлива.

Однако наличие достаточно объемной реакционной камеры требует существенных изменений в конструкции и компоновке топливной системы, а размещение газификатора во впускном канале двигателя нарушает расчетный режим эксплуатации автомобиля.

Наиболее близким к заявляемому устройству является испарительный карбюратор, включающий воздушный канал в виде корпуса с входом для воздуха у одного конца и выходном во впускной коллектор двигателя у другого конца, резервуар для жидкого топлива, расположенный в воздушном канале, и узел фильтрации, установленный в канале по потоку за топливным резервуаром. Узел фильтрации представляет собой блок пористых фильтрующих элементов с последовательно уменьшающимся размером пор, расположенных на некотором расстоянии один от другого, причем один из пористых элементов частично погружен в топливный резервуар. Узел фильтрации оборудован системой регулируемой подачи вторичного воздуха в промежутки между фильтрующими элементами. Устройство снабжено размещенными на топливопроводном трубопроводе подогревателем топливовоздушной смеси и патрубком подвода дополнительного воздуха [3].

Устройство обеспечивает высокую степень испарения топлива и насыщения его воздухом (соотношение воздух/топливо достигает, по сообщению автора, 22/1), что способствует повышению эффективности сжигания топлива в цилиндрах ДВС.

Однако указанному устройству, помимо описанных выше недостатков, характеризующих реализуемый им способ, присущ ряд собственных недостатков: конструктивная сложность, повышенная по-жароопасность, возникающая в момент обратного выхлопа и обусловленная негерметичностью блока фильтрации в местах подачи вторичного воздуха, а также отсутствие средств регулирования подачи топлива при смене режимов работы двигателя, что отрицательно сказывается на его КПД.

Задачей заявляемого изобретения является создание эффективного способа подготовки жидкого топлива к сжиганию на всех режимах работы ДВС, а также простого в изготовлении и технологичного в эксплуатации устройства, реализующего этот способ без внесения существенных изменений в конструкцию карбюратора и двигателя.

При этом в заявляемом способе техническим результатом, достигаемым при его осуществлении, является обеспечение подачи в двигатель топлива, прошедшего на этапе подготовки топливовоздушной смеси все классические предварительные стадии горения: подогрев и испарение, смешивание топлива с воздухом, термическое разложение и образование газовой фазы.

В заявляемом устройстве техническим результатом, на достижение которого он направлен, является обеспечение условий газификации жидкого топлива на молекулярном уровне уже на первой стадии получения топливовоздушной смеси и совмещение стадий химического и термического разложения смеси в реакционной камере катализатора.

В заявляемом способе подготовки жидкого топлива к сжиганию в ДВС, включающем подачу воздуха в жидкое топливо, пропускание его через пористый материал, нагрев топливовоздушной смеси и насыщение ее дополнительным воздухом, указанный технический эффект достигается тем, что топливовоздушную смесь дополнительно пропускают через слой пористого катализатора, а нагрев смеси осуществляют одновременно с ее каталитическим окислением.

Для достижения достаточно высокой температуры нагрева и интенсификации процесса термического разложения нагрев топливовоздушной смеси осуществляют отработавшими газами.

Для повышения эффективности сгорания топлива в переходных режимах работы двигателя дополнительный воздух предварительно подвергают ионизации.

В заявляемом устройстве, включающий воздушный канал, резервуар для жидкого топлива с размещенной в нем пористой насадкой, подогреватель топливовоздушной смеси и патрубок подачи дополнительного воздуха, размещенный на топливопроводе, указанный технический результат достигается тем, что воздушный канал размещен внутри топливного резервуара, и его впускное отверстие, а также пористая насадка заглублены под уровень жидкости. Выше уровня жидкости в топливном резервуаре установлена реакционная камера с пористым катализатором, а подогреватель топливовоздушной смеси размещен на реакционной камере и выполнен в виде сообщающейся с системой отвода отработавших газов полости, образованной боковой поверхностью камеры и теплоизолирующей оболочкой.

Устройство может быть снабжено блоком ионизации, установленным на патрубке подачи дополнительного воздуха.

Перечисленные новые признаки, характеризующие заявляемые способ подготовки жидкого топлива к сжиганию в ЛВС и реализующее его устройство, служат достижению указанных технических результатов.

Размещение пористой насадки полностью под уровнем жидкого топлива в резервуаре и двукратное прохождение воздуха в порах насадки и объеме жидкости, придает этому узлу функцию распылителя-аэратора, обеспечивающего дробление потока воздуха на множество струй еще до начала смесеобразования и интенсивное обогащение топлива кислородом. Окисление и разложение обогащенного топлива на фракции в катализаторе и одновременное терморазложение тяжелых фракций благодаря подогреву катализатора практически завершает все предварительные стадии горения в процессе подготовки топлива и обеспечивает его полное сгорание, существенно повышая экономическую эффективность ДВС.

Благодаря тому, что устройство обеспечивает предварительное прохождение топливом таких стадий горения, как оксидирование, термическое разложение и образование газовой фазы, оборудованный им двигатель не только оказывается экологически чистым, но и способен без специальной переналадки работать на всех видах жидкого топлива. Предварительные расчеты и испытание опытного образца устройства на бензине марки А-76 показывают, что на автомобиле Волга ГАЗ-24 экономичность ДВС по топливу составит в сравнении со штатным карбюратором свыше 50%.

Устройство компактно и просто в изготовлении и размещается в пределах свободного объема двигательной установки.

Заявляемое устройство, реализующее заявляемый способ, схематически представлено на прилагаемом чертеже.

Устройство включает воздушный канал 1, сообщающийся с атмосферой через воздушный фильтр 2 и введенный в резервуар жидкого топлива 3 под уровень жидкости в нем. В нижней зоне резервуара 3 на уровне выпускного отверстия воздушного канала размещена пористая насадка, например, в виде керамического диска 4, также полностью утопленного под уровень жидкости. Реакционная камера 5 со слоем пористого катализатора размещена в резервуаре 3 вокруг воздушного канала 1 выше уровня жидкого топлива. Боковая поверхность камеры 5 и теплоизолирующая оболочка 6 образуют тороидальную полость, сообщающуюся посредством патрубка 7 с системой отвода отработавших газов (на чертеже не показана).

Топливопровод 8 соединяет резервуар 3 с карбюратором 9, оборудованном поплавковой камерой 10. На топливопроводе размещен патрубок 11 подвода дополнительного воздуха с воздушным фильтром 12 и регулирующей заслонкой 13, кинематически связанной с заслонкой 14 вторичной камеры карбюратора.

На фильтре 12 патрубка 11 установлен блок ионизации 15, выполненный, например, в виде высоковольтного разрядного устройства.

Поток воздуха подается через фильтр 2 по воздушному Канаду 1 в придонную зону резервуара 3. Пористый диск 4, через который дважды - при выходе из воздушного канала и в начале подъема - проходит поток воздуха, дробит его на струи, благодаря чему происходит интенсивная аэрация жидкого топлива до начала испарения. Испаряющаяся топливовоздушная смесь поступает в реакционную камеру катализатора 5, где одновременно с каталитическим разложением топлива на фракции происходит термическое расщепление тяжелых фракций.

Из реакционной камеры 5 газовая смесь топливопроводом 9 подается к впускному воздушному отверстию карбюратора.

При запуске двигателя и при смене режимов его работы для обогащения кислородом дополнительного топлива, подаваемого во вторичную камеру карбюратора, а также для компенсации израсходованного на термоокисление топлива кислорода поворотом заслонки 14 вторичной камеры карбюратора открывают заслонку 13 на патрубке 11 и впускают дополнительный воздух, озонированный предварительно, при необходимости, в блоке ионизации 15.