ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК F02M25/12 F02N17/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве дизельных двигателей и подготовке водотопливных смесей.

Известен двигатель внутреннего сгорания с топливной системой, которая дополнительно содержит предпусковой подогреватель [1]. Недостатком известного устройства является неполное сгорание топлива при больших расходах и форсированных режимах, а также трудности запуска двигателя при низких температурах.

Наиболее близким к заявленному решению является известная топливная система дизельного двигателя [2], содержащая топливный бак, фильтр, насос, трубопровод, предпусковой подогреватель двигателя, форсунку, которая закреплена на головке блока цилиндров, и активаторы дизельного топлива, топливопровод с байпасной линией, регулирующим клапаном на участке перед форсункой, с дополнительной байпасной линией, содержащей обратный клапан и вставку с высоковольтными электродами, причем внутренняя геометрия вставки спрофилирована в виде параболоида вращения.

Недостатком известного устройства является малая эффективность нагрева топливной смеси при запуске дизельного двигателя.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение гарантированного запуска дизельного двигателя при низких температурах окружающей среды за счет эффективного нагрева топливной смеси при впрыске в момент запуска.

Поставленная задача решается следующим образом: в топливную систему дизельного двигателя, которая содержит топливный бак, фильтр, насос, предпусковой подогреватель двигателя, форсунку, которая закреплена на головке блока цилиндров, активаторы дизельного топлива топлипровода с байпасной линией, дополнительную байпасную линию с вставкой, имеющей внутреннюю геометрию в виде параболоида вращения, содержащей высоковольтные электроды, и регулирующим клапаном на участке перед форсункой, в дополнительную байпасную линию входят дозирующий клапан, выполненный совместно с вставкой, которая закреплена на головке блока, причем на внешней стороне клапана размещено устройство, выполненное в виде герметичной оболочки, разделенной перегородкой на две секции, в одной секции размещен гидрид металла, а в другой секции - насос для подачи водорода в зону впрыска, при этом перегородка имеет окно из палладиевого сплава, в первой секции у гидрида металла и окна в перегородке размещены нагреватели, во второй - установлен насос, снабженный трубопроводом для подачи водорода, оканчивающимся в зоне впрыска дозирующего клапана и герметизируемым в паузах между впрысками дизельного топлива иглой, имеющей кинематическую связь с насосом для подачи водорода в зону впрыска.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в гарантированном запуске дизельного двигателя при низких температурах окружающей среды за счет образования при электрическом взрыве в топливной смеси атомарного водорода, который при рекомбинации и образовании молекулярного водорода обеспечивает эффективный разогрев паров дизельного топлива по всем рабочем объеме цилиндра по уравнению:

2Н→Н₂+22×10⁵ кДж/кг.

При рекомбинации атомарного водорода выделяется в 17 раз больше тепла, чем при сжигании молекулярного водорода [3, стр.88]

На фиг.1 представлена топливная система дизельного двигателя, на фиг.2 представлен дозирующий клапан.

Предлагаемая топливная система дизельного двигателя содержит топливный бак, фильтр, насос, предпусковой подогреватель двигателя, активаторы дизельного топлива, которые на фиг.1 и 2 не показаны. Кроме этого, система содержит форсунку 1, которая закреплена на головке блока 2 цилиндров, активатор 3, топливопровод 4, который снабжен на участке перед форсункой основной байпасной линией 5 и дополнительной байпасной линией 6, в месте включения которых в топливопровод 4 установлен регулирующий клапан 7. В дополнительную байпасную линию 6 включена вставка с высоковольтными электродами 19, которая закреплена на головке блоке 2 цилиндров и примыкает к камере сгорания 9, в дополнительную байпасную линию встроен дозирующий клапан 10, соединенный с вставкой 8 последовательно. На внешней стороне дозирующего клапана 10 размещают устройство, которое выполнено в виде герметичной оболочки 11, разделенной перегородкой 12 на две секции, в первой секции размещен гидрид металла 13, а во второй секции - насос 14 для подачи водорода в зону впрыска, причем перегородка 12 имеет окно 15, закрытое пластиной из палладиевого сплава, для функционирования устройства в оболочке 11 размещаются нагреватели 16, один - в зоне у гидрида металла 13, другой - в зоне пластины окна 15. Во второй секции размещен насос 14 с трубопроводом 17 для подачи водорода, оканчивающимся в зоне впрыска дозирующего клапана 10 и герметизируемым иглой 18 в паузах между впрысками дизельного топлива. Игла 18 имеет кинематическую связь с насосом 14 для подачи водорода в зону впрыска. Вставка 8 снабжена высоковольтными электродами 19 (фиг.1).

Топливная система дизельного двигателя работает следующим образом. В месте включения дополнительной байпасной линии 6 к основному топливопроводу 4 находится регулирующий клапан 7, который устанавливают в положение "открыто" для дополнительной байпасной линии 6 и "закрыто" для всех остальных магистралей (топливопровода 4 и основной байпасной линии 5). Затем нагревателем 16 герметичный объем с гидридом металла 13 и окно 15 с пластиной из палладиевого сплава нагревают до температуры 400-420°С, при которой происходит эффективное выделение водорода и транспортировка его из герметичного объема 11 с гидридом металла 13 (из первой секции) в герметичную оболочку (во вторую секцию) с насосом 14 для подачи водорода в зону впрыска. При этом разность давлений водорода в них должна составить не менее 0,13 МПа для осуществления эффективной диффузии водорода сквозь пластину из палладиевого сплава [3, стр.505]. До запуска дизельного двигателя давление в секции с насосом 14 для подачи водорода должно составлять около 0,15 МПа, так как при меньшем давлении при расходе водорода при запуске происходит диффузионное насыщение герметичной оболочки (секция 2) парами дизельного топлива. Через трубопровод 17, оканчивающийся в зоне впрыска дозирующего клапана 10, осуществляется подача водорода при открытой игле 18 дозирующего клапана 10 в зону впрыска, что также снимает диффузионное насыщение герметичной оболочки (секция 2) парами дизельного топлива. При этом при достижении рабочего давления в дизельном топливе игла 18 дозирующего клапана 10 разгерметизирует зону впрыска, обеспечивая при этом впрыск дизельного топлива, его перемешивание с водородом и подачу горючей смеси на вставку с высоковольтными электродами 8. Далее подают постоянное высокое напряжение на высоковольтные электроды 19 вставки 8 синхронно с впрыском дизельного топлива. Согласно устройству вставки 8 на основе (при электрическом взрыве) эффекта Юткина, в месте соединения топливопровода 4 с байпасными линиями 5 и 6 непосредственно перед форсункой создается регулируемый электрогидравлический удар, резко повышающий давление в топливе. На этом участке топливопровода формируется кумулятивная струя за счет внутренней геометрии вставки 8 (параболоид вращения), обеспечивающая эффективное распыление дизельного топлива. Для эффективной работы вставки 8 функцию обратного клапана выполняет дозирующий клапан 10, обеспечивающий эффективную подачу дизельного топлива и герметизацию внутренней полости вставки 8 при электрогидравлическом ударе. После запуска двигателя регулирующий клапан 7 ставится в положение "открыто" для топливопровода 4 и "закрыто" для байпасных линий 5 и 6.

Величина электрогидравлического удара может быть регулирована и зависит, в частности, от площади электродов, расстояния между ними, величины длительности и формы импульса подаваемого на них напряжения и т.д. В реальной конструкции целесообразно варьировать величиной длительности и формой импульса подаваемого на них напряжения. Блок электроники на фиг.1 условно не показан и может быть выполнен, например, в виде различных типовых электронных устройств, преобразующих в момент запуска двигателя постоянное напряжение требуемой величины и формы.

Согласно предлагаемому устройству гарантированный запуск дизельного двигателя при низких температурах окружающей среды осуществляют за счет образования при электрическом взрыве в топливной смеси атомарного водорода при диссоциации молекулярного водорода в атомарный, и разогрев продуктов впрыска при рекомбинации атомарного водорода в молекулярный по уравнению

2H→H₂+22×10⁵ кДж/кг.

Это позволяет сделать вывод о том, что заявленное устройство^{соответствует критерию новизны и изобретательскому уровню.}

Отметим, что гидриды металлов являются эффективными аккумуляторами водорода. В частности, гидрид лития, 1 см которого содержит 6100 см³ водорода [3], что позволяет использовать его при запуске дизельных двигателей с возможностью периодической замены используемых объемов гидрида металла на новые.

Существенным преимуществом заявленного устройства является наличие окна, закрытого пластиной из палладиевого сплава, расположенного на перегородке между первой и второй секциями герметичного объема. Пластина из палладиевого сплава обеспечивает подачу водорода из первой секции во вторую секцию герметичного объема без посторонних примесей (например, кислорода), одновременно повышая пожаробезопасность всего устройства и препятствуя диффузионному насыщению парами дизельного топлива гидрида металла.

Техническая возможность применения гидрида металла в качестве источника водорода как топлива для двигателей внутреннего сгорания известна [3, стр.536]. Недостатком однако является утяжеление конструкции автомашины примерно на 200 кг. В заявленном техническом решении предлагается использовать водород только при запуске двигателя, для этого достаточно использовать 200-250 г гидрида лития для запуска дизельного двигателя при отрицательных температурах окружающей среды.

Источники информации

Патент РФ №2172424. Топливная система дизельного двигателя,

по заявке №990127841, дата поступления 30.12.1999 г., приоритет от 30.12.1999 г., зарегистрирован в гос. реестре изобретений РФ г. Москва, 20 августа 2001 г. Авторы: А.А.Скрипкин, В.П.Шумарин, А.И.Коблов.

Патент РФ №2216643. Топливная система дизельного двигателя, по заявке №2002102517, дата поступления 28.01.2002 г., приоритет от 28.01.2002 г., зарегистрирован в гос. реестре изобретений РФ г.Москва, 20 ноября 2003 г. Авторы: А.А.Скрипкин, В.П.Шумарин, А.И.Коблов.

Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справ. Изд. / Д.Ю.Гамбурга, к.т.н., Н.Ф.Дубовкина и др; Под редакцией Д.Ю.Гамбурга, к.т.н., Н.Ф.Дубовкина - М.: Химия, 1989.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливным системам дизелей. Изобретение позволяет обеспечить гарантированный запуск дизельного двигателя при низких температурах окружающей среды. Топливная система дизельного двигателя содержит топливный бак, фильтр, насос, предпусковой подогреватель двигателя, форсунку, закрепленную на головке блока цилиндров, активаторы дизельного топлива, топливопровод с байпасной линией, дополнительную байпасную линию с вставкой, имеющей внутреннюю геометрию в виде параболоида вращения, и регулирующим клапаном, расположенным на участке перед форсункой. В дополнительную байпасную линию вводят дозирующий клапан, выполненный совместно с вставкой, которая закреплена на головке блока. На внешней стороне дозирующего клапана размещено устройство, выполненное в виде герметичной оболочки, разделенной перегородкой на две секции. В одной секции размещают гидрид металла, а в другой секции - насос для подачи водорода в зону впрыска. Перегородка имеет окно из палладиевого сплава. В первой секции у гидрида металла и окна в перегородке размещены нагреватели. Во второй секции установлен насос, снабженный трубопроводом для подачи водорода, оканчивающимся в зоне впрыска дозирующего клапана и герметизируемым в паузах между впрысками дизельного топлива иглой, имеющей кинематическую связь с насосом для подачи водорода в зону впрыска. 2 ил.

Топливная система дизельного двигателя, содержащая топливный бак, фильтр, насос, предпусковой подогреватель двигателя, форсунку, которая закреплена на головке блока цилиндров, активаторы дизельного топлива, топливопровод с байпасной линией, дополнительную байпасную линию с вставкой, имеющей внутреннюю геометрию в виде параболоида вращения, и регулирующим клапаном, расположенным на участке перед форсункой, отличающаяся тем, что в дополнительную байпасную линию вводят дозирующий клапан, выполненный совместно с вставкой, которая закреплена на головке блока, причем на внешней стороне дозирующего клапана размещено устройство, выполненное в виде герметичной оболочки, разделенной перегородкой на две секции, в одной секции размещают гидрид металла, а в другой секции - насос для подачи водорода в зону впрыска, при этом перегородка имеет окно из палладиевого сплава, у гидрида металла и окна в перегородке размещены нагреватели, а во второй секции установлен насос, снабженный трубопроводом для подачи водорода, оканчивающимся в зоне впрыска дозирующего клапана и герметизируемым в паузах между впрысками дизельного топлива иглой, имеющей кинематическую связь с насосом для подачи водорода в зону впрыска.