Способ подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и система с парогенератором для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК F02B43/00 F02B19/12 F02M31/18 F02M27/02 

Группа изобретений относится к двигателестроению, в частности, для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Может использоваться для двигателей внутреннего сгорания, а также для газово поршневых генераторов.

Назначением предложенного способа является его применение в системе подачи топлива в ДВС для использования в бензиновых и дизельных двигателей с искровым зажиганием непосредственно в камере зажигания или камеры зажигания совместно с форкамерой, а также для газовых поршневых двигателей с форкамерно-факельным зажиганием или с форкамерами со встроенными камерами искрового зажигания, а также для дизельных поршневых двигателей и двигателей с форкамерно-факельным зажиганием.

Известно изобретение «Способ зажигания топливовоздушных, преимущественно бедных, смесей в двигателе внутреннего сгорания и устройство для его осуществления» патент RU 2099549, опубл. 20.12.1997, МПК F02B 19/08, F02B 19/16, F02B 19/18, в котором осуществляют ввод в такт сжатия в камеру зажигания топливовоздушной смеси из основной камеры сгорания и последующее зажигание топливовоздушной смеси. Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от электрической искры и применяется для бедных горючих смесей. Изобретение решает задачу обеспечения устойчивой работы двигателя на бедных смесях, ускоряет и стабилизирует горение бедных смесей. Однако для этого требуется перейти от штатных систем зажигания к форкамерно-факельным системам зажигания, что намного усложняет конструкцию и при этом возможно использование лишь одного вида топлива. Двигатель может перегреваться, а иногда может возникнуть детонация. Кроме того, такое техническое решение усложняет конструкцию и повышает требования к точности изготовления и обработке ее элементов. Также получают невысокую эффективность работы двигателя на бедных смесях.

Известно изобретение «Автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания», патент RU 2120556, опубл. 20.10.1998, МПК F02B 43/00, F02B 37/00, содержащей топливную емкость, заполненную жидким углеводородным топливом, и на топливной линии установленный испарительный агрегат. Изобретение относится к автономным системам питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания, а именно к таким системам, в которых газообразное топливо получают из жидкого. Задачей является создание экономичной автономной системы питания газообразным топливом двигателя, получаемого из дешевого жидкого топлива и преобразуемого в газообразное топливо с высоким октановым числом. Достигается повышение экономичности двигателя путем обеспечения преобразования жидкого углеводородного топлива в газообразное с высоким октановым числом порядка 100. Для получения газообразного топлива из жидкого топлива в устройстве для наддува двигателя внутреннего сгорания, воздушная линия нагнетания соединена с камерами сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха и реактор, который является теплообменником. Однако система требует специального устройства для наддува, сложна и требует дополнительного наддува ДВС. Использует продукты пиролиза и воздух, которые поступают через воздушную линию нагнетания из камер сгорания двигателя. Может применяться только для поршневых двигателей с регулируемым объемом, у которых камеры сгорания, обеспечивают постоянство температурного режима горения в рабочем диапазоне мощностей, а также для роторно-поршневых и газотурбинных двигателей с регулируемым составом топливной смеси, обеспечивающей стехиометрическое соотношение топлива и воздуха. Не позволяет использовать штатные топливные системы ДВС с искровым зажиганием. Не решает вопрос экономии топлива и получения более равномерной смеси высокотемпературных паров топлива и воздуха.

Известно изобретение «Система двигателя», патент RU 153202. 07.05.2013, US 13/889, 103, опубл.: 10.07.2015, МПК F02B 43/00, F02M 25/07, в которой используют в качестве источника газового топлива источник, присоединенный к одному или более цилиндрам двигателя, и впуск природного газа вместе с природным газом из системы рециркуляции выхлопных газов. Изобретение относится к способам преодоления перегрева и детонации в двигателях с газовым топливо снабжением. Однако, поскольку сжиженный природный газ обладает предельной воспламеняемостью и узким пределом обогащения по сравнению с бензином и другими традиционными видами топлива, то увеличивается предельная температура двигателя, которая может достигать очень высоких температур для полного сгорания топлива или воздуха. Поэтому приходится снижать процент обогащения. Так в пиковом режиме, работающие с обогащением бензиновые двигатели могут работать вплоть до 40% обогащения, чтобы уменьшать перегрев. Предложенная система в сравнении с двигателями на жидком топливе работают при около 10% обогащения в пиковых условиях. Поэтому двигатели на сжиженном природном газе испытывают повышенный износ клапанов. Для охлаждения приходится добавлять жидкое топливо. Для более стабильной работы двигателя источником газового топлива служат выхлопные газу из присоединенного одного или более цилиндрам двигателя. При этом используют систему рециркуляции выхлопных газов, при которой систему выпуска присоединяют к системе впуска с содержащимся катализатором риформинга. Однако этот способ очень сложен, т.к. требуется наличие двух разных видов топлива, причем второй вид топлива представляет собой водород, подающийся извне в виде водородно-воздушной смеси через управляемый клапан. Кроме того, реформинг обедненной газовоздушной смеси непосредственно в форкамере за счет применения катализатора с электрическим подогревом невозможен, т.к. нагреваемая структура, состоящая из подложки-электронагревателя и сетки-катализатора, расположена внутри форкамеры и не способна выдержать разрушительное действие циклических резкопеременных изменений давления и температуры.

Наиболее близким техническим решением, которое взято за прототип является изобретение «Способ организации рабочего процесса газового поршневого двигателя с искровым зажиганием», патент RU 2535308, опубл. 10.12.201, МПК Р02В 19/12, F02B 43/00, в соответствии с которым в камере зажигания обеспечивают газовоздушную смесь заданной температуры, инициируют запуск реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода, при этом обеспечивают реакцию комбинированной конверсии за счет давления и соответственно температуры подаваемой газовоздушной смеси. Назначением данного изобретения является его применение в двигателестроении в газовых поршневых двигателях с искровым зажиганием, работающих, преимущественно, на бедных смесях углеводородных газов. Данное техническое решение позволяет организовать рабочий процесс газового поршневого двигателя с искровым зажиганием при минимальных изменениях в конструкции дизельных двигателей. Позволяет при поступлении в процессе сжатия бедной газовоздушной смеси из камеры сгорания в камеру зажигания, содержащую остаточные газы, формируют в камере зажигания водородно-воздушной смесь за счет реакций комбинированной конверсии компонентов газовоздушной смеси в водород и окись углерода, осуществляют искровое зажигание водородно-воздушной смеси и выброс горящего факела в камеру сгорания с воспламенением основной бедной газовоздушной смеси. Однако доработки все равно приходится осуществлять существенные. Так к двигателю предъявляют повышенные эксплуатационные характеристики. В дизельном двигателе в посадочное место форсунки устанавливают адаптер в виде цилиндра, в верхней части которого расположена свеча зажигания, а нижняя часть образует камеру зажигания, при этом соединительным каналом является отверстие под распылитель форсунки. Однако это решение не может быть применено для жидких топлив, а также для бензиновых двигателей. Кроме того, для того, чтобы добиться облегчения вспышки в цилиндрах ДВС, а также обеспечения полноты сгорания смеси, необходимо точно подбирать параметры форсунки и каналов под распылитель, что не обеспечивает высокой топливной экономичности. Кроме того, используют только углеводородные газы.

В основном во всех типах двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием используют способ подачи жидкого топлива в виде впрыска, с использованием различных устройств, относящихся к штатным топливным системам. В эти штатные системы входит так называемая топливная аппаратура, например, карбюратор, инжектор, форсунка. Функциональное назначение топливной аппаратуры - это распыление под давлением топлива до мельчайших капель в составе воздушно-топливной смеси, при этом от размера капель топлива зависит качество воздушно топливной смеси подаваемой в цилиндр двигателя. Для дизельных двигателей смесеобразование происходит непосредственно в камере сгорания, а не в карбюраторе (воздух может нагнетаться турбиной), для них также необходимо подавать горячий пар дизельного топлива и воздух.

Если заменить подачу топлива не путем распыления, а путем подачи паро газо воздушной смеси, тогда можно добиться для штатных бензиновых, дизельных двигателей и двигателей, предназначенных для работы на природном или сжиженном газе большей энергоэффективности и экологичности. Тогда можно получить из смеси жидких топлив паровоздушную смесь, которая является эффективным заменителем сжиженного или природного газа. Таким образом, возможно создать также условия для независимой автономной работы ДВС, рассчитанного для работы от сжиженного или природного газа, например, газово поршневых генераторов, поскольку в противном случае для работы таких генераторов необходимо зависимое подключение к источникам газа, например, к газопроводу или же к баллонам со сжиженным или сжатым газом.

При этом достигается улучшение качества топливной смеси, подаваемой в ДВС с искровым зажиганием, за счет подачи вырабатываемого пара из различных видов жидких топлив и их смесей, таких как бензиновый, дизельный, керосиновый, спиртовой в различных объемных пропорциях. В результате получают новый вид газообразного топлива, который представляет собой высокотемпературную паро-газовоздушную смесь.

Паро-газовоздушная смесь это топливо, состоящее из высокотемпературных паров одного вида топлива или из смесей различных видов жидкого топлива и воздуха, как составного газа.

За счет применения паро-газовоздушной смеси для питания ДВС с искровым зажиганием достигают следующего технического результата:

- получение более равномерной смеси высокотемпературных паров топлива и воздуха;

- облегчение вспышки в цилиндрах ДВС с искровым зажиганием, что обеспечивает полноту сгорания смеси;

- полнота сгорания, в свою очередь, обеспечивает более высокую топливную экономичность ДВС с искровым зажиганием;

- поскольку высокотемпературная паро-газовоздушная смесь является более энергонасыщенным топливнымо зарядом для ДВС с искровым зажиганием, то это дает возможность получить экономию топлива от 20 до 30%, а также более экологически чистый выхлоп по сравнению с системами впрыска жидкого топлива.

Технический результат достигается за счет того, что применяют способ подачи топлива в ДВС, включающий подогрев газовоздушной смеси до заданной температуры, и инициацию запуска реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода (синтез-газ). При этом реакцию комбинированной конверсии обеспечивают за счет давления и соответствующей температуры подаваемой газовоздушной смеси в камеру зажигания. Новый способ подачи топлива отличается тем, что жидкое топливо или смесь топлив из, по меньшей мере одной, топливной емкости через штатную топливную систему автомобиля подают в парогенератор, получают в парогенераторе с расчетной производительностью газовоздушную смесь заданной температуры в расчетной объемной пропорции смеси, которую подают в камеру сгорания через впускной воздушный коллектор и далее в цилиндры двигателя на такте всасывания, а на такте сжатия обеспечивают воспламенение газовоздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искрообразования при достижении заданного давления. В частном случае применяют газовоздушную смесь, которая представляет собой газообразное топливо из комбинации низших алканов, состоящую из высокотемпературных паров, по меньшей мере, одного вида углеводородного жидкого топлива и воздуха. При этом в качестве топливной емкости используют по меньшей мере один топливный бак или топливную емкость. Например, в качестве штатной системы зажигания могут использовать свечи зажигания для подачи искры в камеру сгорания, расположенную в головке цилиндра бензинового двигателя; или в качестве штатной системы зажигания могут использовать используют форкамеру с камерой зажигания для дизельных двигателей. В частном случае газовоздушная смесь используется в виде смеси паров жидких топлив легких бензиновых фракций или в виде смеси паров жидких топлив тяжелых дизельных фракций или смесь из смесей различных видов жидкого углеводородного топлива и воздуха.

Например, при подаче смеси в камеру сгорания газовоздушная смесь в ней соприкасается с катализатором для более уверенной инициации запуска реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси. При этом при подаче смеси в камеру сгорания, газовоздушная смесь вступает при участии катализатора в реакцию конвертации низшах алканов в водород и окись углеровда. При этом для использования катализатора на стенки камеры сгорания предварительно может быть нанесен слой комбинированного катализатора толщиной 20 мкм путем порошкового напыления из комбинации катализаторов реакций Тропша-Фишера. Например, порошковое покрытие для комбинированного катализатора может иметь в составе, по меньшей мере, кобальт, железо и медь. Топливных емкостей может быть несколько. Поэтому жидкое топливо или их смесь из, по меньшей мере, одной топливной емкости через штатную топливную систему автомобиля и впускной коллектор подают в камеру сгорания.

При использовании паро газо воздушной смеси, полученной в парогенераторе, получают смесь в расчетной объемной пропорции. Необходимый нагрев смеси на этапе сжатия до температуры не менее -500-700°С, поскольку температура начала конверсии содержащихся в бензине низших алканов от 200 до 400 градусов.

Расчетная объемная пропорция метана этана пропана бутана и прочих компонентов жидкого топлива может составлять, например: от 10/90 до 50/50.

Эту смесь подают в штатную камеру сгорания через впускной воздушный коллектор и далее в цилиндры двигателя на такте всасывания. При этом температуры паро газовой смеси может быть менее 500 градусов С, но при сжатии и повышении давления температура увеличивается, давление и соответственно температура в камерах сгорания и зажигания возрастают до 5-5,5 МПа и 500-600°С. В предложенном способе температура может достигать до 900°С, при степени сжатия в пределах 18:1 до 22:1. Эти величины устойчиво обеспечивают воспламенение газовоздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искрообразования. Если стенки камеры покрыты катализатором то конверсия алканов в синтез-газ увеличивается, что обеспечивает наивысшую энергоемкость такого топлива. Необходимая степень сжатия и требуемое давление в цилиндре двигателя определяется исходя из штатных настроек двигателя конкретного типа. При этом двигатель с искровым зажиганием устойчиво работает без детонации со степенью сжатия, например, дизельного двигателя во всем диапазоне частот вращения, нагрузок и при переходных режимах. Коэффициент избытка воздуха от 1,7 до 2,0 достигается на этапе получения паро газо воздушной смеси. При этом эффективный коэффициент полезного действия в предложенном способе подаче топлива для двигателя с искровым зажиганием превысил 40%.

Поскольку в дизельных двигателях воспламенение в цилиндрах происходит за счет сжатия, то подаваемая газопаро воздушная смесь также при заданных температуре и давлении будет воспламеняться. Однако в этом способе питания дизельного двигателя не надо применять высокое давление. В предложенном техническом решении паро газо воздушная смесь подается на такте впуска высокотемпературная паро-воздушная смесь, т.е. горячий пар дизельного топлива от парогенератора и воздух смешиваются уже во впускном коллекторе.

Известно изобретение «Внутреннее устройство зажигания двигателя внутреннего сгорания», патент US 5611307, опубл. 18.03.1997, МПК F02B 19/1014; F02B 19/108; F02B 43/10 F02M 25/10; F02M 27/02, F02B 1/04, F02P 9/007, предназначенное для газовых двигателей. Устройство содержит устройство зажигания для объединения с двигателем внутреннего сгорания, имеющего камеру сгорания заданного объема, состоящую из небольшой форкамеры, и предварительной камеры, имеющей по меньшей мере одно выходное отверстие в камеру сгорания; средства для создания в предварительной камере высоко горючей богатой водородом смеси в стехиометрическом соотношении, и средство для воспламенения горючей смеси в форкамере. Однако смесь обогащена водородом, а водород является высоко горючим и высокотемпературным газом, что пагубно воздействует на поршни двигателя. Клапаны двигателя и катализаторы испытывают изменения давления и температуры от 0,1 до 11 МПа и от 50 до 1700°С соответственно каждые 80 мс при частоте вращения двигателя 1500 мин. При этом двигатель может перегреваться, а иногда может возникнуть детонация. Приходится применять управляемый клапан, который имеет очень сложную и дорогую конструкцию. Не применяется паро-газовоздушная смесь, полученная из жидких топлив.

Одновременно в патенте RU 2099549, опубл. 20.12.1997, ссылка на который имеет выше, устройство двигателя внутреннего сгорания, содержит основную камеру сгорания с рабочим цилиндром, камеру зажигания, выполненную симметрично относительно оси цилиндра, и снабженную устройством зажигания с кольцевым искровым промежутком и сообщенную с основной камерой сгорания соединительными каналами. Однако требуется очень сложная конфигурация сопел каналов выходом оси периферийных сопел таким образом, чтобы они были ориентированы касательно к условной окружности центра масс топливовоздушного заряда для заданного объема основной камеры сгорания. Для этого требуется большая точность изготовления сопел и очень сложные, точные расчеты, что не всегда представляется возможным, а, следовательно, значительные доработки двигателя.

Известно изобретение «Газовый двигатель с форкамерно-факельным воспламенением», патент RU 2080471, опубл. 27.05.1997, МПК F02M 21/04, в котором основная свеча зажигания поджигает рабочую смесь лишь в ближайшей к ней зоне, поэтому устанавливают дополнительную свечу зажигания. Но при этом основным инициатором сжигания цилиндровой газовоздушной смеси является факел горящих газов, выбрасываемый из форкамеры. Применяется только для газовых двигателей с форкамерно-факельным воспламенением. Имеет преимущество перед дизельными двигателями при использовании природного газа, двигатель по сравнению с дизелями этого класса имеет безусловное преимущество в отношении износа деталей, расхода смазочного масла, межремонтных сроков и других эксплуатационных показателей. Однако приходится продувать форкамеру чистым газом через газовый клапан, очищаясь от продуктов сгорания и использовать в крышке цилиндра форкамеру с дополнительной свечой зажигания и газовпускным клапаном. Что приводит к сложностям и высокой стоимости топливной системы.

Наиболее близким техническим решением, которое взято за прототип является изобретение «Бензогазогенератор для совместной работы на двигателе со штатной системой питания », патент RU 18840, опубл. 20.07.2001, МПК Р02В 43/00, в котором за счет подаваемой теплоты жидкий бензин образует газовую гомогенную горючую смесь и устанавливают в качестве основного источника смесеобразования параллельно штатной системе. В данном устройстве применяют механизм привода дросселей и бензогазогенератор, которые управляются с помощью электронного блока, а серийная система смесеобразования двигателя (карбюратор) включается в работу позже. Устройство позволяет адаптирорвать бензогазогенератор к серийным и широко эксплуатируемым автомобильным двигателям для перевода их на экологически чистый процесс сгорания без изменения конструкции и регулировок.

Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности работы при минимальных изменениях в конструкции. Однако все равно необходимо вносить изменения в конструкцию двигателя, в отличие от предложенного технического решения. Кроме того, в данной конструкции не используют топливно-воздушная смесь, состоящую из высокотемпературных паров одного вида топлива или из смесей различных видов жидкого топлива и воздуха, как составного газа. В прототипе используют в качестве условия для формирования водородно-воздушной смеси нагрев исходной газовоздушной смеси. Однако не используется подача высокотемпературного паро-газа как газовоздушной смеси из различных компонентов группы алканов, определяющих наилучшие условия для начала протекания реакции конверсии алканов в водород и окись углерода. Недостаточно повышена энергия разряда.

Необходимо улучшить качество смеси подаваемой в ДВС как с искровым зажиганием, так и с форкамерно-факельным зажиганием за счет применения принципиально новой топливной аппаратуры. Для этих целей предлагается применить парогенератор. Функциональным назначением парогенератора является выработка пара из различных жидких топлив и их смесей. В качестве смесей жидких топлив необходимо использовать жидкие топлива легких бензиновых фракций или жидкие топлива тяжелых дизельных фракций или керосин, спирт, которые образуют смесь для паро-газовой фракции, состоящей из низших алканов в различных объемных пропорциях.

Тогда возможно достичь улучшения качества топливной смеси, подаваемой в ДВС с искровым зажиганием, за счет применения принципиально новой топливной аппаратуры в виде парогенератора.

При этом решается задача инициации запуска реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода, называемой синтез-газом, не за счет пропускания паровоздушной смеси через катализатор, а за счет покрытия катализатором стенок камеры сгорания ДВС, При этом следует учитывать, что камера сгорания - это объем или выемка в головке цилиндров, закрытая снизу головкой поршня или отдельная камера сгорания, присоединяемая к форкамере.

В предложенном конструктивном решении не требуется вносить никаких изменений в конструкцию двигателя, который уже приспособлен для работы на газе. В штатных дизельных двигателях на такте впуска открывается впускной клапан и цилиндр заполняется воздухом, в предложенном способе заполняется паро газовоздушной смесью. Если же используют бензиновый или дизельный двигатели, то штатные системы впрыска топлива, такие как карбюратор, форсунки, инжекторы, просто заменяют на предложенную систему подачи топлива. За счет этого достигают наибольшей энергии разряда за счет подачи высокотемпературной паро-газовоздушной смеси. При этом обеспечивается разряд, намного превышающий 200 мДж, который обеспечивает уверенное воспламенение водородно-воздушной смеси при высокой степени сжатия и, соответственно, высоком давлении.

Таким образом, достигаемым техническим результатом предложенной конструкции является:

- получение более равномерной смеси высокотемпературных паров топлива и воздуха;

- облегчение вспышки в цилиндрах ДВС с искровым зажиганием, что обеспечивает полноту сгорания смеси;

- полнота сгорания, в свою очередь, обеспечивает более высокую топливную экономичность ДВС с искровым зажиганием;

Технический результат достигается за счет того, что для способа применяют парогенератор. Парогенератор для ДВС представляет собой автономную топливную аппаратуру для подачи топлива в ДВС, и содержит испаритель с медным змеевиком, который получает тепло от внешнего источника. При этом в частном случае внешним источником тепла служит выпускной коллектор двигателя. Впускной воздушный коллектор ДВС на входе может быть снабжен редуктором, обеспечивающим подачу от парогенератора смеси высокотемпературных паров жидкого топлива (сжиженного газа) под расчетным давлением в смесительную камеру. Для дизельных двигателей может быть применен турбонаддув. В частном случае смесительную камеру устанавливают дополнительно перед впускным воздушным коллектором для образования смеси высокотемпературных паров смеси жидких топлив и атмосферного воздуха. Парогенератор может быть выполнен электрическим и запитан от генератора или выполнен электрическим и запитан от двух источников энергии: аккумуляторной батареи для запуска и генератора для постоянной работы. В частном случае парогенератор может быть выполнен двухступенчатым, в первую ступень встроен медный змеевик, посредством которого осуществляют начальный подогрев жидкого топлива в теплообменнике-испарителе посредством отбора тепла от выхлопных газов, а во второй ступени встроен электрический парогенератор-испаритель для получения высокотемпературных паров из смеси жидких топлив с заданными (расчетными) параметрами. Также, например, в систему подачи топлива могут устанавливать на выпускном коллекторе ДВС дополнительно утилизационный парогенератор, который последовательно соединен с электропарогенератором.

Парогенератор - это устройство по заявке, обеспечивающее способ подачи топлива в ДВС как для двигателей с искровым зажиганием, так и для дизелей, через впускной коллектор (аналогично подачи газа в ДВС, работающих на природном газе и газовых смесях) и может быть исполнен конструктивно в виде трех конструкций:

1. Парогенератора утилизационного типа: встроенный в выхлопной коллектор ДВС с искровым зажиганием змеевик из медной трубки - теплообменник отбирает тепло выхлопных газов и вырабатывает из жидкого топлива пар и подает через впускной коллектор в цилиндры ДВС.

В данной конструкции используется тепловая положительная обратная связь: с выхода (выпускной коллектор ДВС) на вход (впускной коллектор ДВС) за счет процесса рекуперации части тепла выхлопных газов в виде теплоты испарения топлива, содержащегося в объеме паро-газовоздушной смеси.

2. Электрического парогенератора, данная конструкция удобна для газового поршневого генератора, в котором достаточно электрической мощности для питания парогенератора.

3. Объединенной конструкции: когда в утилизационном парогенераторе производят начальный подогрев топлива, затем испаряют в электрическом парогенераторе, что уменьшает рассчетную мощность электрического парогенератора для окончательной выработки паро-газовоздушной смеси необходимых параметров.

Устройство иллюстрируется чертежом, который не охватывает всех возможных вариантов исполнения подачи жидкого топлива в двигатель.

На Фиг. 1 показана схема подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием с использованием парогенератора и характеризующая принцип работы парогенератора.

Представленный пример описывает схему двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и подключением последовательно двух парогенераторов, исполняющих функцию топливной аппаратуры для ДВС.

Схема состоит из следующих рабочих элементов на фиг. 1: двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (1), впускной коллектор (2), смесительная камера (3), воздушный фильтр двигателя (4), газовый редуктор (5), синхронный электрогенератор (6), электрический парогенератор (7), пусковая аккумуляторная батарея(8), парогенератор утилизационного типа, встроенный в глушитель двигателя (9), топливный насос (10), топливный бак (11), выпускной коллектор двигателя (12), камера сгорания двигателя (13).

Запуск в работу топливной аппаратуры осуществляется в следующем порядке: при подключении ключом аккумуляторной батареи (8) к электрическому парогенератору(7) происходит нагрев от постоянного тока тепловыделяющих ТЭНов, далее подключается топливный насос (10), который подает топливо или смесь из различных видов жидкого топлива под давлением по топливопроводу из топливного бака (11) через змеевик утилизационного парогенератора (9) в электрический парогенератор впрыском в разогретый объем электрического парогенератора (7), где происходит впрыснутых капель испарение топлива с получением высокотемпературного топливного пара далее оно поступает через газовый редуктор (5) в камеру смешения (3), где воздух, поступающий от воздушного фильтра двигателя (4), смешивается с высокотемпературным топливным паром с получением паровоздушной топливной смеси, которая поступает на цикле впуска по впускному коллектору двигателя (2) в камеру сгорания двигателя (1), где в конце цикла сжатия происходит зажигание паровоздушной смеси.

Работа после запуска осуществляется в следующем порядке: после того как двигатель и выхлопная система нагреется до рабочей температуры, топливо или топливная смесь предварительно подогревается в змеевике утилизационного парогенератора (9), питание электрического парогенератора (7) от аккумуляторной батареи (8) отключается и подключается питание переменным током электрического парогенератора (7) от штатного синхронного электрогенератора. Предварительный подогрев топлива или топливной смеси в утилизационном парогенераторе (9) облегчает впрыск в рабочий объем электрического парогенератора (7), где получается более высокотемпературный топливный пар, который обеспечивает полноту сгорания, следовательно топливную экономичность двигателя.

Таким образом, данным техническим решением достигается технический результат, обеспечивающий при использовании в качестве топливной аппаратуры парогенераторов утилизационного и электрического следующие особенности:

- отпадает необходимость применения штатной топливной аппаратуры в виде карбюратора, инжектора, форсунки или форкамеры;

- облегчается запуск двигателя за счет подачи высокотемпературной газовоздушной топливной смеси, особенно для дизельных двигателей;

- обеспечивается процесс получения в камере сгорания вторичного объема топлива за счет реакций комбинированной конверсии в виде синтез-газа, сжигание которого обеспечивает топливную экономичность двигателя.

Группа изобретений относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Предложен способ подачи топлива в ДВС, в котором жидкое топливо или смесь топлив из топливной емкости 11 через штатную топливную систему автомобиля подают в парогенератор 9 и 7, получают в парогенераторе с расчетной производительностью газовоздушную смесь заданной температуры в расчетной объемной пропорции смеси, которую подают в камеру сгорания 13 через впускной воздушный коллектор 2 на такте всасывания. В камере сгорания, стенки которой покрыты катализатором, за счет давления и температуры подаваемой газовоздушной смеси, инициируется реакция комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода (синтез-газ). На такте сжатия обеспечивается воспламенение газовоздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания. Технический результат – улучшение топливной экономичности и снижение токсичности двигателя. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), включающий подогрев газовоздушной смеси до заданной температуры, инициацию запуска реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода (синтез-газ), при этом реакцию комбинированной конверсии обеспечивают за счет давления и соответствующей температуры подаваемой газовоздушной смеси в камеру зажигания, отличающийся тем, что жидкое топливо или смесь топлив из по меньшей мере одной топливной емкости через штатную топливную систему автомобиля подают в парогенератор, получают в парогенераторе с расчетной производительностью газовоздушную смесь заданной температуры в расчетной объемной пропорции смеси, которую подают в камеру сгорания через впускной воздушный коллектор и далее в цилиндры двигателя на такте всасывания, а на такте сжатия обеспечивают воспламенение газовоздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искрообразования при достижении заданного давления.

2. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что применяют газовоздушную смесь, которая представляет собой газообразное топливо из комбинации низших алканов, состоящую из высокотемпературных паров по меньшей мере одного вида углеводородного жидкого топлива и воздуха.

3. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что в качестве топливной емкости используют по меньшей мере один топливный бак.

4. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что в качестве штатной системы зажигания используют свечи зажигания для подачи искры в камеру сгорания, расположенную в головке цилиндра бензинового двигателя.

5. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что в качестве штатной системы зажигания используют форкамеру с камерой зажигания для дизельных двигателей.

6. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что используют газовоздушную смесь в виде смеси паров жидких топлив легких бензиновых фракций.

7. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что используют газовоздушную смесь в виде смеси паров жидких топлив тяжелых дизельных фракций.

8. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что используют газовоздушную смесь из смесей различных видов жидкого углеводородного топлива и воздуха.

9. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что при подаче смеси в камеру сгорания газовоздушная смесь вступает при участии катализатора в реакцию конвертации низших алканов в водород и окись углерода.

10. Способ подачи топлива в ДВС по п. 9, отличающийся тем, что для использования катализатора на стенки камеры сгорания предварительно нанесен слой комбинированного катализатора толщиной 20 мкм путем порошкового напыления из комбинации катализаторов реакций Тропша-Фишера.

11. Способ подачи топлива в ДВС по п. 10, отличающийся тем, что порошковое покрытие для комбинированного катализатора имеет в составе, по меньшей мере, кобальт, железо и медь.

12. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что жидкое топливо или их смесь из по меньшей мере одной топливной емкости через штатную топливную систему автомобиля и впускной коллектор подают в камеру сгорания.

13. Способ подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что парогазовоздушную смесь получают путем соединения смеси, полученной в парогенераторе, и выхлопных газов.

14. Парогенератор для использования в способе подачи топлива в ДВС по п. 1, отличающийся тем, что содержит испаритель с медным змеевиком, который получает тепло от внешнего источника.

15. Парогенератор для ДВС по п. 14, отличающийся тем, что впускной воздушный коллектор ДВС на входе снабжен редуктором, обеспечивающим подачу от парогенератора смеси высокотемпературных паров жидкого топлива или сжиженного газа под расчетным давлением в смесительную камеру.

16. Парогенератор для ДВС по п. 15, отличающийся тем, что смесительную камеру устанавливают дополнительно перед впускным воздушным коллектором для образования смеси высокотемпературных паров смеси жидких топлив и атмосферного воздуха.

17. Парогенератор для ДВС по п. 14, отличающийся тем, что парогенератор выполнен двухступенчатым, в первую ступень встроен медный змеевик, посредством которого осуществляют начальный подогрев жидкого топлива в теплообменнике-испарителе, который последовательно соединен с электропарогенератором-испарителем для получения высокотемпературных паров из смеси жидких топлив с заданными (расчетными) параметрами.