СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F01N3/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к защите атмосферы от загрязнения токсичными компонентами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Известны способы жидкостной нейтрализации отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) путем распыливания в них воды: в промывочных камерах, в полых распыливающих абсорберах, в циклонных скрубберах, форсуночных абсорберах Вентури, механических распыливающих абсорберах Хохлова, Фельда, Сафина и т.д. [1, 2, 3].

Недостатками аналогов являются:
- сложность конструкции аппаратов;
- высокие аэродинамические сопротивления;
- большие массогабаритные показатели;
- повышенный каплеунос.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ нейтрализации ОГ ДВС, реализованный в малотоксичной энергетической установке с ДВС [4]. Указанный способ реализуется путем распыливания воды при помощи форсунок, установленных в выхлопном тракте ДВС, в поток ОГ. Вода на форсунки подается водяным насосом из бака запаса воды. Смесь воды и ОГ проходит через газоохладитель-конденсатор, связанный трубопроводами с емкостью сбора конденсата конденсатным насосом и фильтром (имеется система очистки и утилизации конденсата), после чего очищенные ОГ выбрасываются в атмосферу.

Недостатками известного способа [4] являются:
- подача воды осуществляется с постоянным, неизменным расходом на распыливание форсункой в выхлопной трубопровод ДВС, на всех нагрузочных режимах, что приводит к снижению эффективности нейтрализации ОГ и увеличению их токсичности, особенно сильно этот недостаток проявляется на долевых режимах работы ДВС;
- неэффективное использование расходуемых сред.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа нейтрализации ОГ ДВС, снижение токсичности ОГ, повышение экологических и экономических показателей ЭУ с ДВС во всем диапазоне рабочих нагрузок.

Для реализации поставленной задачи предлагается способ нейтрализации ОГ ДВС, при котором продукты сгорания - отработавшие газы - поступают в выхлопной тракт, куда при помощи форсунок распыливают воду, подаваемую насосом из бака, взаимодействуя с высокотемпературными отработавшими газами, вода превращается в водяные пары, связывающие продукты неполного сгорания топлива в комплексные соединения, далее отработавшие газы поступают в охладитель-конденсатор, где происходит конденсация паров, после чего конденсат поступает в емкость, а очищенные отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, расход воды распыливаемой при помощи форсунок в поток ОГ, регулируют в зависимости от изменения относительной нагрузки на ДВС с помощью регулирующего органа, который изменяет расход по управляющему сигналу от автоматического блока управления, формируемому в зависимости от сигнала датчика нагрузки на двигатель в диапазоне изменения относительной нагрузки от 0 (холостой ход) до 1 (номинальная нагрузка), по соотношениям:


где относительный расход воды, распыливаемой форсунками;
относительная нагрузка на двигатель.

Предложенный способ нейтрализации ОГ ДВС позволяет за счет регулирования расхода воды по указанным соотношениям повысить эффективность нейтрализации, так как для каждого нагрузочного режима ДВС существует свое оптимальное значение расхода воды при котором имеет место минимальная токсичность ОГ, оцениваемая, например, для дизельного двигателя величиной дымности (оптической прозрачностью) ОГ, что подтверждается результатами экспериментальных исследований, проведенных авторами на испытательных стендах ВИТУ с дизельными двигателями 4Д10,8/12,7 и 4Ч11/13.

Отличительным (новым) признаком предлагаемого способа нейтрализации ОГ ДВС по отношению к наиболее близкому аналогу является наличие операции регулирования расхода воды на форсунки в зависимости от нагрузки на ДВС по соотношению (1) для двухтактных ДВС и по соотношению (2) для четырехтактных ДВС.

На чертеже представлена схема энергетической установки с ДВС, реализующей заявляемый способ нейтрализации ОГ, которая состоит из ДВС 1 с выхлопным трактом 2, в последнем размещены форсунки 3, соединенные трубопроводом через регулирующий орган (РО) 4 с насосом 5 и баком запаса воды 6, а также охладитель-конденсатор ОГ 7, который трубопроводом соединен с емкостью для слива конденсата 8, конденсатным насосом 11, напорным фильтром с плавающей загрузкой 12 и сорбционным фильтром 13. При этом ДВС 1 снабжен автоматическим блоком управления (АБУ) 9 и датчиком нагрузки (ДН) 10, причем АБУ 9 одновременно связан и с ДН 10, и с РО 4.

Представленная на чертеже энергетическая установка с ДВС работает следующим образом. При сгорании топлива в ДВС 1 образуются продукты сгорания - ОГ, которые поступают в выхлопной тракт 2, куда также при помощи форсунок 3 распыливают воду, подаваемую через РО 4 насосом 5 из бака 6. Распыливаемая форсунками 3 вода, взаимодействуя с высокотемпературными ОГ, превращается в водные пары, которые связывают продукты неполного сгорания топлива в комплексные соединения. Далее ОГ поступают в охладитель-конденсатор 7, где происходит конденсация паров, после чего конденсат по трубопроводу поступает в емкость 8, а очищенные ОГ выбрасываются в атмосферу. Конденсат, насыщенный нефтепродуктами и взвешенными частицами, из емкости 8 насосом 11 прокачивается через напорный фильтр 12 и сорбционный фильтр 13. После очистки конденсат поступает в бак 6 для повторного применения. При этом расход воды, распыливаемый форсунками , регулируют по соотношениям (1, 2) в зависимости от относительной нагрузки на ДВС с помощью регулирующего органа 4, который изменяет расход по управляющему сигналу АБУ 9, который формируется в зависимости от сигнала датчика нагрузки 10 на двигателе.

Наличие дополнительной операции регулирования расхода воды на форсунки в зависимости от нагрузки на ДВС по соотношениям (1, 2) при использовании следующих аппаратных средств: регулирующего органа (РО) подачи воды, автоматического блока управления (АБУ) последним и датчика нагрузки (ДН) ДВС (причем РО установлен на трубопроводе подачи воды перед форсунками, а АБУ связан и с РО, и с ДН ДВС) не выявлены из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод, о соответствии заявленного изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Предложенный способ нейтрализации ОГ ДВС позволяет повысить эффективность процесса нейтрализации ОГ ДВС во всем диапазоне рабочих нагрузок за счет установления оптимального расхода воды на каждом нагрузочном режиме, при котором достигается минимальная токсичность ОГ, выбрасываемых в атмосферу. Повышение экономических показателей достигается за счет снижения запасов воды, уменьшения геометрических размеров и массы аппаратов. При этом предложенный способ нейтрализации ОГ ДВС имеет большую сферу применения, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации
1. Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля. - М.: Транспорт, 1968 г., с. 65-71.

2. Лиханов В.А., Сайкин А.М. Снижение токсичности автотракторных дизелей. - М.: Агропромиздат, 1991 г., с. 125-130.

3. Рамм В.М. Абсорбция газов. - М.: Химия, 1976 г., с. 304-324, 422-437, 531-540.

4. Патент Германии 4419977, 1995 г., кл. F 01 N 3/04.

Способ нейтрализации отработавших газов двигателя (ОГ) ДВС, при котором продукты сгорания - ОГ - поступают в выхлопной тракт, куда при помощи форсунок распыливают воду, подаваемую насосом из бака, взаимодействуя с высокотемпературными отработавшими газами, вода превращается в водяные пары, связывающие продукты неполного сгорания топлива в комплексные соединения, далее отработавшие газы поступают в охладитель-конденсатор, где происходит конденсация паров, после чего конденсат поступает в емкость, а очищенные отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, расход воды распыливаемой при помощи форсунок в поток ОГ, регулируют в зависимости от изменения относительной нагрузки на ДВС с помощью регулирующего органа, который изменяет расход по управляющему сигналу от автоматического блока управления, формируемому в зависимости от сигнала датчика нагрузки на двигатель в диапазоне изменения относительной нагрузки от 0 (холостой ход) до 1 (номинальная нагрузка), по соотношениям.

Предложенный способ нейтрализации ОГ ДВС позволяет за счет регулирования расхода воды по указанным соотношениям повысить эффективность нейтрализации, так как для каждого нагрузочного режима ДВС существует свое оптимальное значение расхода воды при котором имеет место минимальная токсичность выбрасываемых в атмосферу ОГ. Повышение экономических показателей достигается за счет снижения запасов воды, уменьшения геометрических размеров и массы аппаратов. При этом предложенный способ нейтрализации ОГ ДВС имеет большую сферу применения. 1 ил.

Способ нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, при котором продукты сгорания - отработавшие газы поступают в выхлопной тракт, куда при помощи форсунок распыливают воду, подаваемую насосом из бака, взаимодействуя с высокотемпературными отработавшими газами вода превращается в водяные пары, связывающие продукты неполного сгорания топлива в комплексные соединения, далее отработавшие газы поступают в охладитель-конденсатор, где происходит конденсация паров, после чего конденсат поступает в емкость, а очищенные отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, отличающийся тем, что расход воды распыливаемой при помощи форсунок в поток отработавших газов, регулируют в зависимости от изменения относительной нагрузки на двигатель внутреннего сгорания с помощью регулирующего органа, который изменяет расход по управляющему сигналу от автоматического блока управления, формируемому в зависимости от сигнала датчика нагрузки на двигатель в диапазоне изменения относительной нагрузки от 0 (холостой ход) до 1 (номинальная нагрузка) по соотношениям