ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F02B43/12 F02M25/10 

Изобретение относится к конструкции двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в двигателестроении и энергетике.

Известно, что добавки водорода, водородсодержащих газовых смесей или синтез-газа к топливу позволяют двигателю внутреннего сгорания устойчиво работать на обедненных топливных смесях, что приводит к снижению расхода топлива, повышению энергоэффективности двигателя и уменьшает выбросы СО и оксидов азота [US 6397790, опубл. 04.06.2002, МПК F02B 43/08].

Однако получение указанных добавок требует оснащения двигателя внутреннего сгорания внешним генератором добавок, что препятствует широкому распространению подобных энергоагрегатов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ работы многоцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания [RU 2204727, опубл. 20.05.2003, МПК F02B 43/12, F02B 9/06] с блоком цилиндров, оснащенных калильными свечами и устройствами регулировки нагрева, оборудованного теплообменником, генератором и агрегатом турбонаддува с компрессором. Двигатель работает или в режиме химического реактора сжатия для получения водородсодержащего газа (синтез-газа) из обогащенной топливной смеси или в режиме энергетического агрегата на обедненной топливной смеси.

Однако при работе в режиме энергетического агрегата данный двигатель характеризуется низкой энергоэффективностью и плохими экологическими характеристиками из-за невозможности устойчивой работы на сильно обедненной топливной смеси и, вследствие этого, неполного сгорания топлива, образования СО и оксидов азота.

Задачей изобретения является повышение энергоэффективности и улучшение экологических характеристик двигателя.

Техническим результатом является повышение энергоэффективности и улучшение экологических характеристик за счет оснащения двигателя двумя группами цилиндров, соединенными линией подачи водородсодержащего газа, одна из которых работает в режиме химического реактора сжатия, а другая - в режиме энергетического агрегата, что обеспечивает устойчивую работу двигателя на сильно обедненных топливных смесях.

Предложено пять вариантов двигателя.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемом двигателе, включающем блок цилиндров с линиями ввода воздуха и топлива и вывода отработанного газа, особенностью является то, что блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных и основных цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, при этом группа вспомогательных цилиндров оснащена линией подачи водородсодержащего газа с ресивером в линию подачи обедненной топливной смеси, а группа основных цилиндров оснащена линией вывода отработанного газа.

Отличие второго варианта двигателя заключается в соединении ресивера с линией подачи обогащенной топливной смеси с целью интенсификации процесса конверсии последней.

Отличие третьего варианта двигателя состоит в установке холодильника на линии ввода воздуха с целью повышения мощности двигателя. В третьем варианте двигателя ресивер также может быть соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси.

Четвертый вариант двигателя отличается тем, что с целью повышения энергоэффективности двигателя на линии вывода отработанного газа установлено устройство для отбора тепла и сепарации водного конденсата, а линия подачи обогащенной топливной смеси оснащена линией ввода воды в виде пара или жидкости со стороны или из устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата. В четвертом варианте ресивер может быть соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси, а на линии ввода воздуха может быть установлен холодильник.

Пятый вариант двигателя отличается тем, что с целью расширения ассортимента жидких топлив на линии ввода топлива установлен испаритель, оснащенный линией подачи паров топлива в группу вспомогательных цилиндров и линией подачи жидкой части топлива в группу основных цилиндров. В пятом варианте ресивер может быть соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси, на линии ввода воздуха может быть установлен холодильник, а линия подачи обогащенной топливной смеси может быть оснащена линией ввода воды в виде пара или жидкости со стороны или из устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата, расположенного на линии вывода отработанного газа.

Во всех вариантах двигателя на линии ввода воздуха может быть установлен агрегат турбонаддува.

В качестве устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата может быть установлены котел-утилизатор для экспорта тепла отработанного газа сторонним потребителям, холодильник и сепаратор. Испаритель может быть выполнен в виде емкости с устройством для барботажа части отработанного газа. Группы цилиндров могут работать по циклу Отто или Дизеля. В качестве остальных элементов двигателя используют любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Оборудование двигателя группами вспомогательных и основных цилиндров, включающих по меньшей мере один цилиндр каждая, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, соединенных линией подачи водородсодержащего газа, позволяет получать водородсодержащую топливную смесь и потреблять ее в одном двигателе, за счет чего обеспечить его устойчивую работу и полное сгорание топлива на сильно обедненных топливных смесях, повышение энергоэффективности и улучшение экологических характеристик благодаря минимизации выбросов СО и оксидов азота.

Предложенные варианты двигателя со вспомогательной 1 и основной 2 группами цилиндров (на фиг. 1-5 условно показано по одному цилиндру) оснащены ресивером 3. Вариант 3 дополнительно включает холодильник 4, вариант 4 - сепарационное устройство 5, вариант 5 - испаритель 6.

При работе двигателя по варианту 1 (фиг. 1) по меньшей мере часть топлива, подаваемого по линии 7, смешивают с частью воздуха, подаваемого по линии 8, полученную обогащенную топливную смесь по линии 9 подают в цилиндр 1, где подвергают конверсии с получением водородсодержащего газа, подаваемого затем по линии 10 через ресивер 3 в линию 11 подачи в цилиндр 2 обедненной топливной смеси, образованную линиями подачи оставшихся частей топлива и воздуха из линий 7 и 8, соответственно. Отработанный газ выводят из цилиндра 2 по линии 12. Работа по варианту 2 (фиг. 2) отличается тем, что часть водородсодержащего газа по линии 13 подают в линию 9. При работе по варианту 3 (фиг. 3) воздух, подаваемый по линии 8, охлаждают в холодильнике 4. В варианте 4 (фиг. 4) в линию 9 дополнительно подают воду в виде пара или жидкости, либо по линии 14 со стороны, либо по линии 15 из сепарационного устройства 5, расположенного на линии 12 и оснащенного линией вывода отходящего газа 16. При работе по варианту 5 (фиг. 5) по линии 7 жидкое топливо подают в испаритель 6, из которого в цилиндр 1 по линии 17 подают пары, а в цилиндр 2 по линии 18 - жидкую часть топлива.

В вариантах 3-5 часть продуктов конверсии по линии 13 может подаваться в линию 9. В вариантах 4-5 на линии 8 может быть установлен холодильник 4, а в варианте 5 на линии 12 - сепарационное устройство 5, оснащенное линиями вывода отходящего газа 16 и подачи конденсата 15 в линию 17, в которую также может подаваться вода со стороны по линии 14 (показано пунктиром).

Таким образом, предлагаемый двигатель характеризуется повышенной энергоэффективностью, улучшенными экологическими характеристиками и может быть использован в промышленности.

Настоящее изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям двигателей внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает блок цилиндров с линиями ввода воздуха (8) и топлива (7) и вывода (12) отработанного газа. Блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных (1) и основных (2) цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной (9) и обедненной (11) топливной смеси. Группа вспомогательных (1) цилиндров оснащена линией подачи (10) водородсодержащего газа с ресивером (3) в линию подачи обедненной (11) топливной смеси. Группа основных (2) цилиндров оснащена линией вывода (12) отработанного газа. Также раскрыты варианты двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в обеспечении устойчивой работы двигателя на сильно обедненных топливных смесях. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров с линиями ввода воздуха и топлива и вывода отработанного газа, отличающийся тем, что блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных и основных цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, при этом группа вспомогательных цилиндров оснащена линией подачи водородсодержащего газа с ресивером в линию подачи обедненной топливной смеси, а группа основных цилиндров оснащена линией вывода отработанного газа.

2. Двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров с линиями ввода воздуха и топлива и вывода отработанного газа, отличающийся тем, что блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных и основных цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, при этом группа вспомогательных цилиндров оснащена линией подачи водородсодержащего газа с ресивером, соединенным с линией подачи обогащенной топливной смеси, в линию подачи обедненной топливной смеси, а группа основных цилиндров оснащена линией вывода отработанного газа.

3. Двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров с линиями ввода воздуха и топлива и вывода отработанного газа, отличающийся тем, что блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных и основных цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, при этом группа вспомогательных цилиндров оснащена линией подачи водородсодержащего газа с ресивером в линию подачи обедненной топливной смеси, группа основных цилиндров оснащена линией вывода отработанного газа, а на линии ввода воздуха установлен холодильник.

4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что ресивер соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси.

5. Двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров с линиями ввода воздуха и топлива и вывода отработанного газа, отличающийся тем, что блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных и основных цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, при этом группа вспомогательных цилиндров оснащена линией подачи водородсодержащего газа с ресивером в линию подачи обедненной топливной смеси, группа основных цилиндров оснащена линией вывода отработанного газа, на которой установлено устройство для отбора тепла и сепарации водного конденсата, а линия подачи обогащенной топливной смеси оснащена линией ввода воды в виде пара или жидкости со стороны или из устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата.

6. Двигатель по п. 5, отличающийся тем, что ресивер соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси.

7. Двигатель по п. 5, отличающийся тем, что на линии ввода воздуха установлен холодильник.

8. Двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров с линиями ввода воздуха и топлива и вывода отработанного газа, отличающийся тем, что блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных и основных цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, при этом группа вспомогательных цилиндров оснащена линией подачи водородсодержащего газа с ресивером в линию подачи обедненной топливной смеси, группа основных цилиндров оснащена линией вывода отработанного газа, а на линии ввода топлива установлен испаритель, оснащенный линией подачи паров топлива в группу вспомогательных цилиндров и линией подачи жидкой части топлива в группу основных цилиндров.

9. Двигатель по п. 8, отличающийся тем, что ресивер соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси.

10. Двигатель по п. 8, отличающийся тем, что на линии ввода воздуха установлен холодильник.

11. Двигатель по п. 8, отличающийся тем, что линия подачи обогащенной топливной смеси оснащена линией ввода воды в виде пара или жидкости со стороны или из устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата, расположенного на линии вывода отработанного газа.