СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ОТ НАГАРА Российский патент 2023 года по МПК F02B77/04 F02M25/22 F02B47/02 F02D19/12 

Изобретение относится к техническому обслуживанию двигателей внутреннего сгорания (ДВС) различного назначения, в частности к очистке деталей цилиндро-поршневой группы от нагара, вследствие неполного сгорания топлива, и может быть использовано для восстановления рабочих параметров ДВС.

Известен способ очистки деталей цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания [см. патент RU 2433289 С1 МПК F02B 77/04] в котором во впускной коллектор двигателя подается вода при его работе в режиме свободный разгон - частичный выбег, пропорционально часовому расходу топлива.

Недостатком способа является низкая степень очистки застарелых смолисто-лако-коксовых отложений, в частности, на поршнях и канавках под поршневыми кольцами цилиндропоршневой группы.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ, реализованный устройством по патенту RU 2708000 С1 МПК F02B 77/04, основанный на смешивании топлива с водой, диспергации полученной смеси и подачи в камеру сгорания.

Недостаток этого способа заключается в низкой степени очистки деталей цилиндро-поршневой группы из-за некачественного размягчения твердых смолисто-лако-коксовых отложений, в частности на поршнях и гильзах, поэтому отколовшиеся на начальном этапе твердые частички нагара частично попадают между поршнем, поршневыми кольцами и гильзой цилиндра, приводя в процессе очистки к задирам на этих деталях. Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки деталей двигателя за счет первоначального размягчения нагара.

Указанный технический результат предлагаемого способа достигается тем, что в известном способе безразборной очистки деталей двигателя внутреннего сгорания от нагара, включающем подачу топлива и воды и обеспечивающем забор водно-топливной эмульсии из бака в зависимости от температурного режима работы двигателя отличающееся тем, что в предлагаемом способе подачу смеси топлива и воды в камеру сгорания осуществляют при превышении температуры топлива заданной величины, и в зависимости от температуры и количества оборотов двигателя из разных уровней смесительного бака.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что подачу смеси топлива и воды в камеру сгорания осуществляют при превышении температуры топлива заданной величины, и в зависимости от температуры и количества оборотов двигателя из разных уровней смесительного бака. Температура застывания получаемой водно-топливной эмульсии является важной эксплуатационной характеристикой, которую необходимо учитывать при работе двигателя в холодное время, в связи с этим для сохранения регламентированного ресурса двигателя целесообразно реализацию способа осуществлять при температуре топлива и соответственно окружающей среды выше плюс 10°С [Водотопливная эмульсия - альтернативное топливо XXI века: монография / Г.Б. Горелик. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2019. - 202 с., С. 40-41], при этом осуществляется забор из смесительной емкости с уровня 0,85h водно-топливной эмульсии, где воды содержится менее 5%, а размеры ее капель менее 2 мкм в режиме пуска и прогрева двигателя при t_дв.≤90°С и n_дв≤1000 мин^-1, где h - высота уровня топлива от дна бака, n_дв - обороты двигателя, t_дв - температура двигателя внутреннего сгорания, с уровня 0,5h водно-топливной эмульсии, где воды содержится около 10%, а размеры ее капель 5…10 мкм в режиме средних нагрузок двигателя при t_дв≥90°С и 1500 мин^-1≤n_дв≥1000 мин^-1, со дна смесительной емкости водно-топливной эмульсии, где воды содержится около 20%, а размеры ее капель более 10 мкм [Борисов, С.В. Совершенствование технологии и технических средств приготовления водно-дизельной смеси для двигателей автотракторной техники: диссертация … кандидата технических наук: 05.20.01 / Борисов С.В. - Мичуринск-Наукоград РФ, 2021. - 179 с.: ил.] в режиме максимальных нагрузок двигателя при t_дв.≥90°С и n_дв≥1500 мин^-1 в штатную систему питания двигателя через управляемые клапаны, регулируемые блоком управления.

Способ очистки ДВС, заключается в том, что в смесительной емкости происходит процесс ее коагуляции, то есть процесс разрушения коллоидной системы за счет объединения мелких капель воды в более крупные и их последующего оседания на дно емкости из-за физико-химических свойств жидкости и избыточного давления в ее объеме. Поэтому в верхней части смесительной емкости, находится вода с размерами капель менее 2 мкм, а ее содержание в объеме топлива составляет до 5%, затем по мере опускания на дно образуются капли воды 10…50 мкм, а содержание увеличивается до 20% по отношению к объему топлива. Дальнейшее увеличение подачи воды (например, до 30%) возможно путем изменения регулировок в смесителе дозаторе, но не целесообразно, так как вода может негативно повлиять на топливную аппаратуру системы питания, в результате снижения активности жидкости, что обусловлено уменьшением эффективности диспергирования [см., например, патент RU 2690474, С1, МПК В02С 19/18 (2018.08). Опубл. 03.06.2019]. Приготовленная водно-топливная эмульсия с использованием, например, роторно-пульсационного аппарата [см. патент RU 25009602 С2 МПК B01F 7/14] разная по составу и качеству в зависимости от режимов работы двигателя поступает о камеру сгорания, где из-за высокой температуры (более 500°С) происходит нагрев внутренней части капли воды, которая превращается в пар, при котором микро-капли воды (пара) с большой скоростью ударяются о поверхность нагара, вначале размягчая его, а затем постепенно разрушая его до мелких частичек. Разрушенные микрочастицы нагара, настолько малы, что без последствий для деталей удаляются из камеры сгорания через выпускную систему ДВС.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, схема которого представлена на фигуре, где обозначены: 1 - смесительная емкость; 2 - деспиргатор; 3 - смеситель-дозатор, 4 - двухканальный управляемый клапан с датчиком температуры топлива; 5 - блок управления; 6 - датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя; 7, 8, 9, 10 - управляемые клапаны; 11 - датчик оборотов двигателя; 12 - емкость с водой.

Управляемые клапаны 4, 7, 8, 9, 10 предназначены для закрытия и открытия каналов подачи топлива и водно-топливной эмульсии, могут быть выполнены в виде электромагнитных клапанов [см. https://www.1688.rumms.ru\index.php?route=product\product&product_id=ot567794894428], при этом клапан 4 имеет датчик температуры [см. https://akak7.ru/termostaticheskij-klapan-vidy-osobennosti-ustanovki-i-ispolzovaniya.html]; блок управления 5 предназначен для управления управляемыми клапанами 4, 7, 8, 9, 10 и деспиргатором 2, может быть выполнен в виде контролера Atmega8 [см. https://www.chipdip.ru\product\atmega8-16pu]; датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя предназначен для подачи сигнала о рабочей температуре охлаждающей жидкости двигателя в блок управления 5, может использоваться штатный датчик температуры двигателя [см. https://www.elm3.ru/wiki/datchik-temperatury-ohlazhdayushhej-zhidkosti-dvigatelya]; датчик оборотов двигателя предназначен для подачи информации об оборотах двигателя в блок управления 5, может быть использован штатный датчик оборотов двигателя [см. https://www.osensorax.ru/dvizhenie/datchik-oborotov-dvigatelya#i]; емкость с водой 12 назначение понятно из названия и может быть выполнена в виде пластикового бака [см. https://www.autoopt.ru/articles/products/14297114/].

Устройство работает следующим образом.

При условии, что температура топлива и окружающей среды выше заданного значения, физика процессов взаимодействия смеси разной концентрации при других параметрах двигателя приводит к необходимости регулировать уровень забора водно-топливной эмульсии.

Когда двигатель работает в режиме пуска и прогрева до достижения температуры t_дв.=90°С и оборотах двигателя n_дв≤1000 мин^-1, при этом исходное топливо из топливного бака подается через двухканальный управляемый клапан 4 в смеситель 3, в котором происходит дозировка необходимого количества воды, из емкости с водой 12, в струю проходящего топлива. Одновременно с датчика температуры топлива двухканального управляемого клапана 4, датчика температуры охлаждающей жидкости 6 и датчика оборотов 11 двигателя сигнал поступает в блок управления 5, который закрывает канал подачи исходного топлива в ДВС, открывает двухканальный клапан 4 на подачу топлива в устройство только при заданном значении температуры топлива (>10°С), в смеситель-дозатор 3 и одновременно открывает управляемый клапан 9 и 7, а также включает деспиргатор 2, который циклично перемешивает топливо и воду до получения водно-топливной эмульсии высокой дисперсности, где размеры капель воды менее 2 мкм и которые равномерно распределены по всему объему топлива. Затем из смесительной емкости 1 осуществляется забор водно-топливной эмульсии с уровня 0,85h, где воды содержится менее 5% в топливе, а размеры ее капель менее 2 мкм, через управляемый клапан 9 штатным топливным насосом (на фиг. 1 не показан) и дальнейшая подача такого топлива в систему питания ДВС. На таком топливе двигатель работает пока не прогреется до рабочей температуры 90°С.

Когда двигатель прогрелся до рабочей температуры t_дв.≥90°С и при оборотах двигателя 1500 мин^-1≤n_дв≥1000 мин^-1, целесообразно производить процесс очистки при движении (эксплуатации) транспортного средства. При этом сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости 6 и датчика оборотов 11 двигателя поступает в блок управления 5, который закрывает управляемый клапан 7 и одновременно открывает управляемый клапан 8, деспиргатор 2 продолжает постоянно работать и циклично перемешивать топливо и воду до получения водно-топливной эмульсии высокой дисперсности (2 мкм). Затем из смесительной емкости 1 осуществляется забор водно-топливной эмульсии штатным топливным насосом и дальнейшая подача ее в систему питания ДВС, в которой воды содержится около 10% в топливе, а размеры ее капель составляют 5…10 мкм, уже с уровня 0,5h, через управляемый клапан 8. На таком топливе двигатель работает в режиме средних нагрузок.

При увеличении оборотов ДВС выше n_дв≥1500 мин^-1, то есть перейти в режим максимальных нагрузок и повысить скорость движения транспортного средства. При этом сигнал от датчика оборотов 11 двигателя поступает в блок управления 5, который закрывает управляемый клапан 8 и одновременно открывает управляемый клапан 10. При этом из смесительной емкости 1 осуществляется забор водно-топливной эмульсии со дна штатным топливным насосом и дальнейшая подача ее в систему питания ДВС в которой уже воды содержится около 20% в топливе, а размеры ее капель составляют более 10 мкм, через управляемый клапан 10. На таком топливе двигатель работает в режиме максимальных нагрузок.

При дальнейшей эксплуатации ДВС, с установленным на нем устройством для очистки деталей двигателя от нагара, с помощью датчика оборотов 11 двигателя и блока управления 5 происходит автоматическое изменение забора водно-топливной эмульсии на уровень 0,5h, как только обороты двигателя уменьшаются, а при дальнейшем снижении оборотов на уровень 0,85h, и наоборот.

Режим очистки продолжается до тех пор, пока не будет полностью удален нагар с деталей ДВС, который можно контролировать, например с помощью видеоэндоскопа, через отверстие под свечу зажигания или под форсунку.

Предлагаемый способ обеспечивает эффективное удаление нагара за счет взаимодействия раскаленных частиц нагара с каплями воды (пара), а устройство для его реализации является универсальным, так как может устанавливаться параллельно штатной системы питания как бензинового, так и дизельного двигателя.

Предлагаемый способ безразборной очистки деталей ДВС от нагара является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ, состоящий из последовательных этапов подачи водно-топливной эмульсии из одной емкости, учитывающий физико-химические свойства двух не смешиваемых жидкостей (воды и топлива) и процесс их коагуляции. Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Предлагаемый способ имеет изобретательский уровень, так как сочетает в себе совокупность не сложных и технически подобранных этапов, которые позволяют реализовать предложенный способ для получения максимального эффекта.

Предлагаемый способ безразборной очистки деталей ДВС от нагара промышленно применим, так как для его реализации могут быть частично использованы промышленно выпускаемые и общедоступные элементы.

Изобретение относится к техническому обслуживанию двигателей внутреннего сгорания. Способ безразборной очистки деталей двигателя внутреннего сгорания от нагара основан на смешивании топлива с водой в смесительном баке, диспергации полученной смеси и подаче ее в камеру сгорания. Подачу смеси топлива и воды в камеру сгорания осуществляют при превышении температуры топлива выше +10°С. Забор смеси топлива и воды из смесительной емкости осуществляют с разных уровней смесительной емкости в зависимости от определенных датчиками температуры и оборотов двигателя, а именно с уровня 0,85h, где h - высота уровня топлива от дна смесительной емкости, подают при температуре двигателя меньше 90°С и оборотах меньше 1000 мин^-1, с уровня 0,5h при температуре двигателя больше 90°С и оборотах от 1000 до 1500 мин^-1, а со дна смесительной емкости - при оборотах двигателя больше 1500 мин^-1. Технический результат заключается в повышении степени очистки деталей двигателя за счет первоначального размягчения нагара. 1 ил.

Способ безразборной очистки деталей двигателя внутреннего сгорания от нагара, основанный на смешивании топлива с водой в смесительном баке, диспергации полученной смеси и подаче ее в камеру сгорания, отличающийся тем, что подачу смеси топлива и воды в камеру сгорания осуществляют при превышении температуры топлива выше +10°С, при этом забор смеси топлива и воды из смесительной емкости осуществляют с разных уровней смесительной емкости в зависимости от определенных датчиками температуры и оборотов двигателя, а именно с уровня 0,85h, где h - высота уровня топлива от дна смесительной емкости, подают при температуре двигателя меньше 90°С и оборотах меньше 1000 мин^-1, с уровня 0,5h при температуре двигателя больше 90°С и оборотах от 1000 до 1500 мин^-1, а со дна смесительной емкости - при оборотах двигателя больше 1500 мин^-1.