СПОСОБ КОНВЕРТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B43/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания, работающим на водороде.

Известны способы работы ДВС, при которых водород подают во впускной тракт [1] .

Однако в таких способах имеет место нарушение рабочего процесса, именуемое обратной вспышкой, которая проявляется в виде хлопков во впускном коллекторе, приводящих к остановке двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ работы ДВС, при котором водород непрерывно подают в смесительное устройство и затем образовавшаяся водородовоздушная смесь поступает в цилиндры двигателя [2] .

В этом способе перед впускным каналом всегда находится гомогенная смесь водорода с воздухом, что обеспечивает высокую полноту сгорания даже очень обедненной (до α = 6) рабочей смеси.

Однако при работе двигателя на водородовоздушных смесях, близких по составу к стехиометрическому, наблюдается нарушение рабочего процесса в виде обратных вспышек.

Целью изобретения является повышение надежности работы двигателя путем устранения обратных вспышек во впускном тракте.

Поставленная цель достигается тем, что в способе конвертирования двигателя внутреннего сгорания, преимущественно четырехтактного, заключающемся в переоборудовании двигателя, предназначенного для работы на углеводородном топливе, на питание водородом путем замены системы подачи углеводородного топлива на систему подачи водорода, изменения степени сжатия двигателя и проведения регулировок системы подачи водорода, коэффициент избытка воздуха при питании водородом на номинальном режиме устанавливают в соответствии с соотношением
α = где ε и ε_o - степень сжатия соответственно после и до конвертирования двигателя на питание водородом; при этом минимальные значения коэффициента избытка воздуха α_min и степени сжатия ε_min устанавливают в соответствии с соотношениями α_min= 1,225+0,186 ˙ α_o-0,1612˙ ε_o+ + 0,0841 ˙ α_o ˙ ε_o + 0,0067 ˙ ε_o²- -0,00339 ˙ α_o ˙ ε_o²;
ε_min = 0,38+3,424 ˙ α_o-1,122˙ ε_o+ +1,202 ˙ α_o ˙ ε_o+ 0,0978 ˙ ε_o²-0,0495 ˙ α_o ˙ ε_o², где α_o - минимальное экспериментальное значение коэффициента избытка воздуха, при котором не наблюдается обратной вспышки в двигателе со степенью сжатия ε_o.

На чертеже изображена схема двигателя, реализующего предлагаемый способ.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и головку 3 цилиндра, образующие камеру 4 сгорания. В головке 3 цилиндра расположен впускной клапан 5, соединяющий камеру 4 сгорания с впускным трактом 6, к которому подключен впускной коллектор 7. На входе во впускной коллектор 7 установлено топливоподающее устройство 8.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На четырехтактном двигателе внутреннего сгорания со степенью сжатия ε_o, предназначенном для работы на углеводородном топливе, производят переоборудование на питание водородом путем замены системы подачи углеводородного топлива (карбюратор) на устройство 8, например смеситель. После этого проводят эксперимент на моторном стенде, в результате которого определяют минимальное значение коэффициента избытка воздуха dα_min при котором не наблюдается обратной вспышки. Затем изменяют степень сжатия двигателя так, чтобы она находилась в интервале ε_min = 0,38+3,424 ˙ α_o-1,122˙ ε_o+ +1,202 ˙ α_o ˙ ε_o+ 0,0978 ˙ ε_o²-0,0495 ˙ α_o ˙ ε_o²,
α_min= 1,225+0,186 ˙ α_o-0,1612˙ ε_o+ + 0,0841 ˙ α_o ˙ ε_o + 0,0067 ˙ ε_o²- -0,00339 ˙ α_o ˙ ε_o;
При открытом впускном клапане 5 полученная в топливоподающем устройстве 8 водородовоздушная смесь по впускному коллектору 7 и впускному тракту 6 головки 3 цилиндра поступает в цилиндр 1, где сжимается поршнем 2, воспламеняется и происходит преобразование энергии расширяющихся газов во вращательную энергию вала. При этом устройство 8 для подачи водорода регулируют так, чтобы коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме был равен
α =
В результате изменения степени сжатия и поддержания соответствующего ей коэффициента избытка воздуха на номинальном режиме достигается такое снижение температуры отработавших газов двигателя на водороде, при котором отсутствуют обратные вспышки во впускном тракте. При этом мощность водородного двигателя равна теоретическому ее значению до ε_o и α_o = 1.

(56) 1. Woolley R. L. and Henriksen D. L. Water induction in hydrogen Ic engines. - In 1 st world hydrogen energy conf. proc. : In 3 vol. (Midmi Beach, Florida. 1-3 march 1976), 1976, vol. 3, p. 6C-3-6C-24.

2. Billings R. E. A hydrogen - povered masse transit system. - In 1 st world hydrogen energy conf. proc. : In 3 vol. (Miami Beach, Florida, 1-3 march 1976), 1976, vol. 3, p. 7c. -27-7c-40.

Использование: в машиностроении, в частности двигателестроении, а именно в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, работающих на водороде. Цель изобретения - повышение надежности путем устранения обратных вспышек во впускном тракте. Сущность изобретения: переоборудование двигателя, предназначенного для работы на углеводородном топливе, на питание водородом производится путем замены системы подачи углеводородного топлива на систему подачи водорода, изменения степени сжатия до значения, входящего в заданный интервал, и проведения таких регулировок системы подачи водорода, при которых коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме соответствует определенному математическому соотношению. Этим обеспечивается полное устранение обратных вспышек во впускном тракте. 1 ил.

СПОСОБ КОНВЕРТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, преимущественно четырехтактного, заключающийся в переоборудовании двигателя, предназначенного для работы на углеводородном топливе, на питание водородным путем замены системы подачи углеводородного топлива на систему подачи водорода, изменения степени сжатия двигателя и проведения регулировок системы подачи водорода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения обратных вспышек во впускном тракте, в процессе проведения регулировок коэффициент избытка воздуха при питании водородом на номинальном режиме устанавливают в соответствии с соотношением
2: α =
где ε и ε₀ - степень сжатия соответственно после и до конвертирования двигателя на питание водородом,
при этом минимальные значения коэффициента избытка воздуха α_min и степени сжатия ε_min устанавливают в соответствии с соотношениями
α_min = 1,225 + 0,186α₀ - 0,1612ε₀ +
+ 0,0841α₀ε₀ + 0,0067ε₀² -
- 0,00339 α₀ε₀² ,
ε_min = 0,38 + 3,424α₀ - 1,122ε₀ +
+ 1,202 α₀ + 0,0978ε₀² - 0,0495α₀ε₀² ,
где α₀ - минимальное экспериментальное значение коэффициента избытка воздуха, при котором не наблюдается обратная вспышка в двигателе со степенью сжатия ε₀.