КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ТОПЛИВА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2011 года по МПК F02M27/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ. К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к каталитическому подогревателю топлива для использования в топливной системе транспортного средства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Транспортные средства с инжекторным двигателем по сравнению с транспортными средствами с карбюраторным двигателем отличаются более низким расходом топлива и более низкой эмиссией вредных выбросов с выхлопными газами. Тем не менее расход топлива у инжекторных транспортных средств все еще остается очень большим, среднее значение теплового к.п.д. составляет только 26%, а уровень содержания вредных выбросов в выхлопных газах не соответствует все возрастающим требованиям норм защиты окружающей среды. С целью повышения теплового к.п.д. и уменьшения содержания вредных выбросов в выхлопных газах патент № ZL96106780.2 от 10 июля 1996 г. раскрывает способ и устройство, которое обеспечивает более полное сгорание топлива в карбюраторном бензиновом или газовом двигателе, но отличается следующими недостатками: во-первых, использование восстановленного отработанного газа и охлаждающей жидкости для нагрева каталитического пакета не обеспечивает постоянную температуру, что приводит к нестабильности процесса в каталитическом пакете и, как следствие, к неравномерной скорости вращения двигателя; во-вторых, поскольку передняя часть каталитического пакета не имеет контура возврата топлива, трудно отрегулировать пропорцию газовой смеси, подходящую для двигателя внутреннего сгорания; и в-третьих, конструкция этого устройства сложна, и устройство не может быть использовано в транспортных средствах с инжекторным двигателем, в транспортных средствах с дизельным двигателем и в транспортных средствах с карбюраторным двигателем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

(1) ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание каталитического подогревателя топлива для использования в топливной системе транспортного средства, который не усложняет конструкцию транспортного средства, а лишь добавляет в нее шланг и патрубок тройника, соединенные с топливной системой инжекторного или карбюраторного двигателя, благодаря которым в обоих случаях экономия расхода топлива составляет 35,1% или 40-50%.

(2) ПРЕДЛАГАЕМОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Каталитический подогреватель топлива для использования в топливной системе транспортного средства согласно настоящему изобретению содержит четыре части: каталитический пакет, нагреватель, компоненты блока регулирования температуры электрического подогрева и регулирующие компоненты контура возврата топлива. Входы каталитического пакета сообщаются с отверстием в герметизированном металлическом корпусе этого пакета, входы каталитического подогревателя топлива являются также входами каталитического пакета, сообщающимися с главной подающей топливной магистралью карбюраторного двигателя, на одном конце каталитического реактора каталитического подогревателя топлива середина каталитического пакета соединена с входным патрубком тройника, а на другом конце она соединена со средним патрубком тройника трубопровода топливного контура двигателя с образованием контура возврата топлива каталитического подогревателя топлива. Указанный подогреватель использует каталитический реактор с электрическим подогревом и терморегулятор для поддержания постоянной температуры в выбранных контрольных точках, а также управляющий клапан для управления потоком для подачи требуемого количества возвратного топлива, при этом топливо сначала проходит через зазор в каталитическом пакете в каталитическом реакторе, прежде чем оно поступает в рабочий цилиндр, где под действием катализатора и тепловой энергии преобразуется в топливный газ, который затем выпускается из каталитического реактора для смешивания с воздухом и сжигания при поступлении в рабочий цилиндр двигателя.

В предлагаемом каталитическом подогревателе топлива для использования в топливной системе транспортного средства каталитический реактор содержит каталитический пакет, металлический корпус, входной патрубок и выходной патрубок. Каталитический пакет герметично закрыт в металлическом корпусе, а входной и выходной патрубки соединены с подогревателем топлива.

В предлагаемом каталитическом подогревателе топлива каталитический пакет изготовлен из сложенных вместе каталитических тонких пластин, зазоры между которыми составляют от 30 мкм до 180 мкм.

В предлагаемом каталитическом подогревателе топлива каталитические тонкие пластины имеют подложку, изготовленную спеканием из SiO₂, SiO или Al₂O₃, с последующим нанесением слоя порошка из соединения (Ru+Pd+Ag) толщиной приблизительно 1 нанометр или слоя порошка из соединения (CuO+MnO₂+Au) толщиной приблизительно 1 нанометр с последующим спеканием.

В предлагаемом каталитическом подогревателе топлива нагреватель, который содержит металлический или неметаллический корпус, клеммы для соединения проводов и воздушный клапан на корпусе, при этом нагреватель жестко скреплен с подогревателем топлива. Нагреватель заполнен масляным теплоносителем. Нагреватель может быть объединен с подогревателем топлива или выполнен отдельно от него. Нагреватель полностью охватывает подогреватель топлива.

В предлагаемом каталитическом подогревателе топлива блок регулирования температуры электроподогрева содержит электрический нагревательный элемент, изолирующий кронштейн, термодатчик, регулятор температуры и электрические провода. Электрический нагревательный элемент закреплен на изолирующем кронштейне, а электрический нагревательный элемент и термодатчик установлены в корпусе нагревателя вблизи внешней стенки подогревателя топлива, причем два провода термодатчика и электрического нагревательного элемента подсоединены к четырем клеммам снаружи корпуса нагревателя, а также соединены с клеммами блока регулирования температуры и с клеммами термодатчика. Блок регулирования температуры содержит два провода: отрицательный провод, соединенный с корпусом двигателя, и положительный провод, соединенный с пусковым устройством транспортного средства.

В предлагаемом каталитическом подогревателе топлива регулятор температуры выполнен с диапазоном регулирования температуры от 50 до 200°С.

В предлагаемом каталитическом подогревателе топлива регулирующие компоненты топливного контура включают управляющие клапаны для управления потоком, электромагнитный клапан, реле, трубопровод, сквозное соединение, тройник и провода, причем входной патрубок управляющего клапана соединен шлангом со средним патрубком тройника каталитического реактора, выходной патрубок управляющего клапана соединен с входным патрубком электромагнитного клапана, выходной патрубок электромагнитного клапана соединен со средним патрубком тройника контура возврата топлива двигателя с образованием контура возврата топлива каталитического подогревателя топлива между входом каталитического реактора и каталитическим подогревателем топлива, один провод электромагнитного клапана соединен с корпусом двигателя, а другой провод подсоединен к нормально разомкнутым клеммам реле и через него соединен с пусковым устройством транспортного средства. При работающем двигателе электромагнитный клапан открыт, избыточное топливо от входного патрубка топливопровода каталитического реактора поступает в контур возврата топлива двигателя, затем поступает в топливный бак, один провод контура реле соединен с корпусом двигателя, а другой провод соединен с пусковым устройством двигателя. При запуске двигателя транспортного средства реле создает электромагнитное поле, притягивающее пружинную нормально разомкнутую клемму реле, что приводит к ее размыканию и тем самым к закрытию электромагнитного клапана с блокированием контура возврата топлива каталитического подогревателя топлива. При работающем двигателе транспортного средства ключ зажигания возвращается в рабочее положение двигателя, реле выключается, пружинная клемма возвращается в нормально разомкнутое положение, в котором цепь разомкнута, электромагнитный клапан формирует электрическую цепь и приводится в действие, тем самым позволяя каталитическому подогревателю топлива сформировать топливный канал и далее управлять управляющим клапаном для управления потоком и регулировать возвратный поток топлива.

Предлагаемый каталитический подогреватель топлива наиболее подходит для транспортных средств с бензиновым двигателем.

(3) ПРЕИМУЩЕСТВА

Каталитический подогреватель топлива для использования в топливной системе транспортного средства согласно настоящему изобретению обладает следующими достоинствами и преимуществами. После его присоединения к топливной системе транспортного средства при работающем двигателе цепь нагревательного элемента в нагревателе включена, температура внутри нагревателя непрерывно растет, термодатчик внутри нагревателя передает информацию в блок регулирования температуры, и когда он сообщает в блок регулирования температуры о высокой температуре, блок регулирования температуры посылает команду, электрическая цепь нагревательного элемента немедленно разрывается и нагрев прекращается. Когда температура понижена, блок регулирования температуры посылает команду включить электрическую цепь нагревательного элемента и нагрев начинается, и таким образом система циклично функционирует, поддерживая постоянную температуру; тепловая энергия из нагревателя передается в каталитический пакет через металлический корпус каталитического реактора, и таким образом регулятор температуры управляет температурой каталитического реактора. Топливо в зазоре каталитического пакета непрерывно поглощает тепловую энергию, и когда энергия активации катализатора достигает уровня дегидрогенизации топлива или разложения-дегидрогенизации или разложения, топливо в зазорах каталитического пакета не просто распыляется, а разлагается с образованием микромолекулярного топливного газа, так что при этом может быть улучшен к.п.д. его сгорания. Такой макромолекулярный топливный газ может смешиваться с кислородом и полностью сжигается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертеже показана конструкция и проиллюстрирован способ установки предлагаемого каталитического подогревателя топлива для использования в топливной системе транспортного средства.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее следует подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, который не ограничивает объема изобретения.

В каталитическом подогревателе топлива для использования в топливной системе транспортного средства согласно настоящему изобретению, как показано на чертеже, направление потока топлива обозначено стрелками. Двойная стрелка показывает направление главной топливной магистрали, а одиночная стрелка показывает направление контура возврата топлива. Каталитический подогреватель топлива состоит из четырех частей, а именно: каталитический реактор I, нагреватель II, блок III регулирования температуры электрического подогрева и регулирующие компоненты IV контура возврата топлива. Каталитический реактор I содержит металлический корпус 6, герметизированный каталитический пакет 7, входной топливный патрубок 5 и выходной топливный патрубок 8, сообщающиеся с зазором каталитического реактора, который изготовлен из нескольких каталитических тонких пластин, установленных с зазорами от 30 до 180 мкм. Преимущественно эти пластины изготовлены спеканием спеченных металлокерамических изделий из SiO₂, или SiC, или Al₂O₃ в качестве подложки, покрытых слоем порошка толщиной примерно 1 нанометр из соединения (Ru+Pd+Ag) или из соединения (CuO+MnO₂+Au). Очевидно, что каталитические пластинки могут иметь любую другую известную конструкцию и быть выполнены из любого другого известного материала.

Нагреватель II содержит металлический или неметаллический корпус 9, охватывающий внешнюю стенку каталитических пакетов, клеммы 10, 11 подсоединения проводов электрического нагревателя, клеммы 12, 13 подсоединения проводов термодатчика и воздушный клапан 14 на стенке корпуса. Блок III регулирования температуры электроподогрева содержит электрический нагревательный элемент 15, провода 16, 17 электрического нагревательного элемента, термодатчик 18, провода 19, 20 термодатчика и регулятор 21 температуры. Отрицательный провод 22 блока регулирования температуры соединен с корпусом и аккумуляторной батареей транспортного средства, а положительный провод 23 соединен с пусковым устройством транспортного средства и через него с полюсом "+" аккумуляторной батареи. Регулятор IV контура возврата топлива содержит управляющий клапан 27 для управления потоком, топливный входной патрубок 26 и топливный выходной патрубок 28 управляющего клапана, электромагнитный клапан 31, топливный входной патрубок 30 и топливный выходной патрубок 32 электромагнитного клапана, провода 33, 34 электромагнитного клапана, реле 36, провода 37, 38 реле и провода 34, 35 реле, выполненные с возможностью замыкания-размыкания. Направление главной топливной магистрали: топливный входной патрубок 5 каталитического реактора соединен шлангом 4 с выходным патрубком тройника 3 на выходе топливного насоса, другой входной патрубок тройника 3 соединен шлангом 2 с выходным патрубком 1 топливного насоса, выходной патрубок 8 каталитического реактора соединен шлангом 44 с главным выпускным топливопроводом 45 двигателя транспортного средства, выход главного топливопровода 45 соединен с входными патрубками 47 рабочих цилиндров, так что топливо поступает через элементы 1, 2, 3, 4, 5 в зазор каталитического реактора 7 и затем после циркуляции в зазоре из топливного выходного патрубка 8 каталитического реактора поступает в выходной топливопровод, изначально присущий двигателю транспортного средства, и далее в каждый рабочий цилиндр для сжигания. Направление контура возврата топлива: входной патрубок 26 клапана 27 подсоединен шлангом 25 к среднему патрубку 24 тройника и соединен с входным топливным патрубком каталитического реактора, выходной патрубок 28 управляющего клапана шлангом 29 соединен с входным патрубком 30 магнитного клапана, выходной патрубок 32 управляющего клапана шлангом 39 соединен со средним патрубком тройника 40 в средней части трубопровода возврата топлива, изначально присущего двигателю транспортного средства, причем элементы 41, 42, 46 составляют контур возврата топлива, изначально присущий двигателю транспортного средства. Направление потока топлива в контуре возврата топлива на чертеже обозначено одинарной стрелкой.

ПРИМЕР 1

Каталитический подогреватель топлива согласно настоящему изобретению установлен в карбюраторном транспортном средстве так, что вход тройника 3 соединен выходным патрубком топливного насоса, выходной патрубок 8 каталитического подогревателя топлива подсоединен к входному патрубку поплавковой камеры карбюратора, а выходной патрубок 32 электромагнитного клапана соединен со средним патрубком тройника контура возврата топлива двигателя, при этом провод 33 электромагнитного клапана, провод 37 реле и провод 22 блока регулирования температуры соединены с корпусом двигателя, другой провод 35 электромагнитного клапана и провод 23 блока регулирования температуры соединены с пусковым устройством транспортного средства в рабочем положении, и еще один провод 38 реле соединен с пусковым устройством транспортного средства в положении запуска двигателя. Когда двигатель транспортного средства начинает работать, каталитический подогреватель топлива согласно изобретению тоже начинает работать. Каталитический подогреватель топлива согласно настоящему изобретению прошел испытания на транспортных средствах с карбюраторным двигателем, таких как: Jetta, Santana, Hongqi, и может уменьшить расход топлива карбюраторного транспортного средства до 48-52% на 100 километров пути.

ПРИМЕР 2

Каталитический подогреватель топлива согласно настоящему изобретению установлен в инжекторном транспортном средстве так, что вход тройника 3 соединен с главным выходным патрубком топливного насоса, выходной патрубок 8 шлангом 44 соединен с концом главной топливной магистрали, а выходной патрубок 32 контура возврата топлива шлангом 39 соединен со средним патрубком тройника контура возврата топлива двигателя, при этом провод 33 электромагнитного клапана, провод 37 реле и провод 22 блока регулирования температуры соединены с корпусом двигателя, провод 35 электромагнитного клапана и провод 23 блока регулирования температуры соединены с пусковым устройством транспортного средства в рабочем положении, провод 38 реле соединен с пусковым устройством транспортного средства в положении запуска двигателя. При работающем двигателе транспортного средства каталитический подогреватель топлива согласно изобретению тоже начинает работать.

Каталитический подогреватель топлива согласно настоящему изобретению прошел испытания на транспортных средствах с инжекторным двигателем, таких как Jetta, Santana, Hongqi, и может уменьшить расход топлива транспортного средства с инжекторным двигателем на 40-42% на 100 километров пути.

Хотя выше описаны преимущественные способы осуществления настоящего изобретения, другие примеры, очевидные для специалистов, также входят в объем настоящего изобретения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Каталитический подогреватель топлива для использования в топливной системе транспортного средства согласно настоящему изобретению может быть использован в транспортных средствах с карбюраторным, инжекторным или дизельным двигателями. Когда каталитический подогреватель топлива согласно настоящему изобретению соединен с топливной системой транспортного средства, каталитический пакет в каталитическом реакторе нагревается от аккумуляторной батареи транспортного средства. Под действием катализатора и тепловой энергии при прохождении через полость каталитического пакета топливо преобразуется в микромолекулярный топливный газ и после этого поступает в рабочий цилиндр для сжигания. Каталитический подогреватель топлива не только обеспечивает полное сгорание топлива и улучшает тепловую эффективность двигателя, но также позволяет уменьшить расход топлива транспортного средства с инжекторным двигателем на 40-42% на 100 километров пути и уменьшить расход топлива транспортного средства с карбюраторным двигателем на 48-52% на 100 километров пути и к тому же устраняет вредные выбросы в выхлопных газах транспортного средства.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности системам обработки топлива в двигателях внутреннего сгорания. Технический результат - каталитический подогреватель топлива не только обеспечивает полное сжигание топлива и улучшает тепловую эффективность двигателя, но также позволяет уменьшить расход топлива инжекторного транспортного средства на 40-42% на 100 километров пути и уменьшить расход топлива карбюраторного транспортного средства на 48-52% на 100 километров пути и к тому же приводит к снижению содержания вредных выбросов в выхлопных газах транспортного средства. Каталитический подогреватель топлива для использования в топливной системе транспортного средства содержит каталитический реактор, нагреватель, охватывающий этот реактор, блок регулирования температуры электрического подогрева, регулирующие компоненты, регулирующие количество возвратного топлива, и возвратный трубопровод подогретого топлива. Каталитический реактор содержит металлический корпус, каталитический пакет, герметизированный в металлическом корпусе, входной патрубок и выходной патрубок, соединенные с внутренней полостью каталитического пакета. Входной топливный патрубок соединен со шлангом на выходе топливного насоса, а выходной топливный патрубок соединен с главным топливопроводом двигателя. Возвратный трубопровод подогретого топлива присоединен между входным патрубком каталитического реактора и возвратным трубопроводом, изначально присущим двигателю транспортного средства. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Каталитический подогреватель топлива для использования в топливной системе транспортного средства, содержащий:
каталитический реактор (I), нагреватель (II), охватывающий каталитический реактор (I), блок (III) регулирования температуры электрического подогрева, регулирующие компоненты (IV) контура возврата топлива и возвратный трубопровод подогретого топлива, причем указанный каталитический реактор (I) содержит металлический корпус (6), каталитический пакет (7), герметизированный в этом корпусе (6), входной патрубок (5) и выходной патрубок (8), оба сообщающиеся с зазорами каталитического пакета (7), указанный входной патрубок каталитического реактора (I) соединен с выходом топливного насоса, выходной патрубок каталитического реактора (I) соединен с главным топливопроводом двигателя, указанный возвратный трубопровод подогретого топлива присоединен на участке между входным патрубком каталитического реактора (I) и возвратным трубопроводом, изначально присущим двигателю транспортного средства, указанные регулирующие компоненты (IV), регулирующие количество возвратного топлива, установлены на возвратном трубопроводе подогретого топлива для обеспечения требуемого потока, а указанный блок (III) регулирования температуры электрического подогрева представляет собой терморегулятор, используемый для поддержания постоянной температуры в выбранной контрольной точке, при этом нагреватель (II) использует для нагрева аккумуляторную батарею транспортного средства.

2. Каталитический подогреватель по п.1, отличающийся тем, что
нагреватель (II), включающий металлический или неметаллический корпус (9), электрические клеммы для подсоединения проводов (10, 11, 12, 13), установленные на указанном корпусе, и воздушный клапан (14), изолирован от каталитического реактора (I), заполнен масляным теплоносителем и выполнен совместно с интегрированным каталитическим реактором (I) или отдельно от него.

3. Каталитический подогреватель по п.1, отличающийся тем, что
указанный блок (III) регулирования температуры электрического подогрева включает электрические нагревательные элементы (15), изолирующий кронштейн, термодатчик (18), регулятор (21) температуры и провода, причем электрические нагревательные элементы (15) закреплены на изолирующем кронштейне, электрические нагревательные элементы (15) и термодатчик размещены в корпусе нагревателя (II) вблизи внешней стенки каталитического реактора (I), две пары электрических проводов (16, 17, 19, 20) электрического нагревательного элемента (15) и термодатчика (18) в нагревателе подсоединены к четырем электрическим клеммам (10, 11, 12, 13), расположенным снаружи корпуса нагревателя, электрические провода (16, 17) и регулятор температуры соединены с проводами (19, 20) термодатчика, блок регулирования температуры содержит два провода: отрицательный провод (22) с маркировкой "-", соединенный с корпусом двигателя, и положительный провод (23) с маркировкой "+", соединенный с пусковым устройством транспортного средства.

4. Каталитический подогреватель по п.1, отличающийся тем, что
указанные регулирующие компоненты (IV) контура возврата топлива включают управляющий клапан (27) для управления потоком, электромагнитный клапан (31), реле (36), трубопровод, сквозной патрубок, тройник и провод, причем входной патрубок управляющего клапана соединен с входом патрубка каталитического реактора, выходной патрубок управляющего клапана соединен с входным патрубком электромагнитного клапана, выходной патрубок электромагнитного клапана соединен с возвратными трубопроводами, изначально присущими двигателю; так что возвратный трубопровод подогретого топлива сформирован между входом каталитического реактора и возвратными трубопроводами двигателя, один провод (33) электромагнитного клапана соединен с корпусом двигателя, а другой его провод (34) соединен с нормально разомкнутыми клеммами (35) реле и через него соединен с пусковым устройством транспортного средства, при заведенном двигателе электромагнитный клапан (31) открыт, излишек топлива от всасывающего патрубка каталитического реактора сначала поступает в возвратные трубопроводы двигателя транспортного средства, а затем в топливный бак, один провод (37) обмотки реле соединен с корпусом двигателя, а другой ее провод (38) соединен с пусковым устройством транспортного средства, при запуске двигателя реле создает электромагнитное поле, притягивающее пружинную нормально разомкнутую клемму (35) реле, что приводит к ее размыканию и тем самым к закрытию электромагнитного клапана (31) с блокированием возвратного трубопровода каталитического подогревателя топлива, при работающем двигателе пусковое устройство возвращается в рабочее положение двигателя, реле (36) выключается, пружинная клемма возвращается в нормально разомкнутое положение, электромагнитный клапан формирует электрическую цепь и приводится в действие, тем самым позволяя каталитическому подогревателю топлива сформировать топливный канал и далее управлять потоком и регулировать возвратный поток топлива.

5. Каталитический подогреватель по п.1, отличающийся тем, что
указанный каталитический пакет (7) изготовлен из сложенных вместе каталитических тонких пластин, зазоры между которыми составляют от 30 до 180 мкм.

6. Каталитический подогреватель по п.5, отличающийся тем, что
указанные каталитические тонкие пластины изготовлены спеканием металлокерамических изделий из SiO₂, SiC или Al₂O₃ в качестве подложки с нанесением слоя порошка из соединения (Ru+Pd+Ag) толщиной 1 нм или нанесением на подложку слоя порошка из соединения (CuO+MnO₂+Au) толщиной 1 нм с последующим спеканием подложки.

7. Каталитический подогреватель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что
диапазон регулирования температуры указанного регулятора температуры в нагревателе (II) составляет от 50 до 200°С.