способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что к топливовоздушной смеси добавляют воду, выделенную из охлажденных отработавших газов, отличающийся тем, что охлаждение отработавших газов производится пароэжекторным холодильником.

2. Устройство, реализующее способ по п.1, содержащее распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя, отличающееся тем, что в трубопроводе выпуска отработавших газов установлено распределительное устройство, связанное с атмосферой и конденсатором, связанным с пароэжекторным холодильником, атмосферой и через фильтр с расходным баком, при этом расходный бак связан с насосом, подключенным к регулятору расхода, связанному с распылителями, установленными в воздуховпускном трубопроводе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, реализованный устройством, включающим двигатель внутреннего сгорания, выпускную магистраль отработавших газов, теплообменник между холодоносителем автономной холодильной установки и отработавшими газами, емкость для сбора сконденсированной воды и фильтра для ее очистки (US 4656831, F 01 N 3/02, 1987).

Недостатками аналога являются:

1. Затруднено применение данного способа на сухопутных транспортных двигателях, так как необходимо использование автономной холодильной установки больших габаритов или большого энергопотребления.

2. Вода, полученная в процессе конденсации, не используется в качестве добавки в рабочее тело двигателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является изобретение, в котором реализуется способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что к топливовоздушной смеси добавляют воду из внешних источников, причем вода выделена из охлажденных отработавших газов (GB 1509901, F 02 B 47/02, F 02 M 25/02, 1978).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является также устройство, содержащее распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя, при этом регулятор расхода выполнен в виде поворотного золотника с парой втулок, первая из которых выполнена выдвижной, а вторая, расположенная внутри первой, выполнена поворотной и связана с датчиком режима работы двигателя, причем втулки выполнены с прорезями (SU 926344, F 02 M 25/02, 1982).

Недостатками прототипа являются:

1. Ограниченная автономность двигателя внутреннего сгорания, так как нежны внешние источники для пополнения запасов воды.

2. Пониженная надежность ДВС вследствие образования отложения на его деталях при использовании воды, содержащей растворимые соли, что неизбежно приведет к нарушению теплового баланса, перегреву ДВС и его отдельных деталей и к повышенному износу двигателя внутреннего сгорания и в некоторых случаях к его аварии вследствие отслоения частиц отложений.

3. Удорожание эксплуатации двигателя в случае применения дистиллированной воды, так как возникает необходимость организовывать специальные пункты производства и заправки двигателей дистиллированной водой.

4. Отсутствие возможности уменьшения токсичности отработавших газов за счет охлаждения последних.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение автономности и надежности двигателя внутреннего сгорания за счет исключения подачи воды в топливовоздушную смесь из внешнего источника.

Поставленная задача достигается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, по которому к топливовоздушной смеси добавляют воду, выделенную из охлажденных отработавших газов, в отличие от прототипа охлаждение отработавших газов производят в пароэжекторном холодильнике.

Поставленная задача достигается также устройством, содержащим распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя, в отличие от прототипа в трубопроводе выпуска отработавших газов установлено распределительное устройство, связанное с атмосферой и пароэжектроным холодильником, который соединен с конденсатором, связанным с атмосферой и через фильтр с расходным баком, при этом расходный бак связан с насосом, подключенным к регулятору расхода, связанному с распылителями, установленными в воздуховпускном трубопроводе.

Существо устройства поясняется чертежом, где изображена общая схема устройства.

Устройство содержит двигатель внутреннего сгорания 1, соединенный трубкой 2 с распределительным устройством 3, которое трубкой 4 соединено с атмосферой, а трубкой 5 - с полостью A теплообменника 6, имеющего полости A и B, разделенные между собой перегородкой. Полость B соединена трубкой 7 с эжектором, который трубкой 9 соединяется с полостью D теплообменника 10, имеющего полости C и D, разделенные перегородкой. Трубкой 11 эжектор 8 соединен с конденсатором 12, который посредством трубки 13 соединен с насосом 14. Насос 14 трубкой 15 соединен с полостью B теплообменника 6, а трубкой 16 - с полостью D теплообменника 10. Трубка 17 соединяет полость A теплообменника 6 и полость C теплообменника 10, связанную трубкой 18 с конденсатором 19, который трубкой 20 соединен с атмосферой, а трубкой 21 - с фильтром 22. Фильтр 22 посредством трубки 23 соединен с расходным баком 24, соединенным трубкой 25 с насосом 26, который соединен трубкой 27 с регулятором расхода воды 28, связанного трубкой 29 с распылителями 30, установленными в воздуховпускном трубопроводе двигателя 31. Регулятор расхода 28 связан кинематической связью 32 с задатчиком режима работы двигателя 33, который соединен кинематической связью 34 с двигателем и кинематической связью 35 с распределительным устройством 3.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом: отработавшие газы (ОГ) от двигателя 1 по трубке 2 поступают в распределительное устройство 3, где дозируются в зависимости от режима работы двигателя, причем часть ОГ по трубке 4 поступает в атмосферу, а другая часть ОГ по трубке 5 поступает в полость A теплообменника 6, в котором происходит теплообмен между ОГ, находящимися в полости A, и водой, находящейся в полости того же теплообменника, причем полости A и B разделены перегородкой. В результате этого теплообмена вода закипает и образуется перегретый пар, который по трубке 7 поступает в эжектор 8, в котором перегретый пар расширяется и за счет этого создается пониженное давление, которое по трубке 9 передается в полость D теплообменника 10, где происходит кипение находящейся там воды при пониженной температуре, образовавшиеся при этом пары воды поступают в эжектор 8 по трубке 9, смешиваются с расширенным перегретым паром и по трубке 11 поступает в конденсатор 12, где охлаждаются и конденсируется в воду. Сконденсированная вода по трубке 13 поступает к насосу 14, который подает ее по трубке 15 в полость B теплообменника 6, и по трубке 16 в полость D теплообменника 10. Этим замыкается цикл работы пароэжекторного холодильника, который охлаждает отработавшие газы в два этапа: первый этап охлаждения происходит в теплообменнике 6 в результате теплообмена ОГ, находящегося в полости A, с водой, находящейся в полости B, по окончании этого этапа ОГ по трубке 17 поступает в полость C теплообменника 10, где происходит их дополнительной охлаждение за счет теплообмена между полостью C, содержащей ОГ, и полостью D, содержащей воду, кипящую при пониженной температуре. Окончательно охлажденные ОГ по трубке 18 из полости C проступают в конденсатор 19, в котором вода конденсируется из парообразного состояния в жидкость, а осушенные ОГ по трубке 20 выпускаются в атмосферу. Вода в жидком виде по трубке 21 поступает в фильтр 22, в котором очищается от механических и химических примесей, и по трубке 23 поступает в расходный бак 24, из которого по трубке 25 поступает в насос 26, который подает ее по трубке 27 к регулятору расхода воды 28, из которого по трубке 29 поступает к распылителям 30, установленным в воздуховпускном трубопроводе 31, где и распыливается потоком воздуха и смешивается с топливовоздушной смесью двигателя. Управление регулятором расхода 28 осуществляется посредством кинематической связи 32 с задатчиком режима работы двигателя, который также связан кинематической связью 34 с двигателем 1, а кинематическая связь 35 - с распределительным устройством 3. Кинематическая связь 35 подает управляющий сигнал от задатчика режима работы двигателя к распределительному устройству 3.

Пример конкретной реализации способа.

К топливовоздушной смеси добавляют воду, предварительно выделенную из охлажденных до 30^oC отработавших газов.

Итак, реализация заявленного предполагаемого изобретения позволит:

1. Повысить автономность двигателя, использующего воду в качестве добавки к топливовоздушной смеси, так как отпадает необходимость во внешних источниках для пополнения запасов воды.

2. Повысить надежность работы ДВС, вследствие применения воды, не содержащей солей, это предотвратит возможность образования отложений на деталях двигателя.

3. Существенно уменьшить затраты на эксплуатацию, т.к. отпадает потребность организации пунктов по производству и раздачи дистиллированной воды.

4. Уменьшить токсичность отработавших газов за счет понижения их температуры и частичного растворения токсичных компонентов в конденсате и последующей их нейтрализацией в фильтре.