Электронно-управляемое устройство холодного пуска дизеля с плазмохимическим конвертором Российский патент 2024 года по МПК F02N19/08 F02M31/13 

Изобретение относится к области транспортного двигателестроения, в частности, к устройствам облегчения пуска дизельного двигателя при отрицательных температурах холодного климата.

Известно электрофакельное устройство, которое состоит из факельной штифтовой свечи, электромагнитного топливного клапана, добавочного резистора с электротермическим реле, кнопочного выключателя, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора, контрольной лампы и топливопроводов.

Основным элементом, обеспечивающим получение факела для нагрева поступающего в цилиндры воздуха, является факельная штифтовая свеча, которая подключена топливопроводом к топливной магистрали низкого давления системы питания двигателя. Факельная штифтовая свеча имеет корпус, внутри которого расположен нагревательный элемент, выполненный в виде однопроводной свечи закрытого типа. Спираль факельной штифтовой свечи помещена в тонкий металлический кожух, заполненный периклазом. На корпусе факельной штифтовой свечи расположен штуцер для подсоединения ее к топливопроводу, а в нижней части имеется резьба для крепления ее на впускном трубопроводе. В нужном положении факельная штифтовая свеча фиксируется контргайкой. В топливном штуцере располагается фильтр и дозирующий жиклер [1].

Недостатками такой конструкции являются:

изменение проходного сечения дозирующего жиклера электрофакельного устройства вследствие осаждения смол дизельного топлива;

дополнительный расход электрической энергии на перевод применяемого дизельного топлива из жидкого в газообразное состояние;

неполное сгорание дизельного топлива, сопровождающееся выделением и отложением продуктов горения на сетке и экране факельной штифтовой свечи, что в свою очередь приводит к затруднению воспламенения топлива (возможности его затухания) и неустойчивости пламени;

продукты неполного сгорания загрязняют окружающую среду;

дизельное топливо имеет относительно узкие концентрационные пределы воспламенения, которые составляют 1 – 8 % в объёмных долях, в смеси с газами атмосферного воздуха, чем объясняется низкая устойчивость пламени;

пульсирующий характер пламени, определяемый поршневой конструкцией топливного насоса.

Известно газоэлектрофакельное устройство, которое состоит из кнопочного выключателя, контрольной лампы, добавочного резистора с электротермическим реле, регулировочного крана, факельных штифтовых свечей, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора, выключателя массы, замка зажигания, редуктора с манометром и газового баллона [2]. Применение газоэлектрофакельного устройства позволяет избежать вышеуказанных недостатков, так как газовое топливо имеет лёгкий фракционный состав, не требует дополнительных затрат электроэнергии на перевод топлива в газообразное состояние (испарение), стабильность давления подаваемого газа определяет стабильность пламени, а полнота сгорания отсутствие характерного чёрного дыма. Продукты горения не осаждаются на поверхностях системы питания воздухом. Работу устройства отличает низкое содержание токсичных и канцерогенных соединений в продуктах горения.

Недостатками такого устройства являются:

установка на автомобиль дополнительного газового оборудования;

применение газового топлива требует дополнительного контроля со стороны оператора, с целью обеспечения мер пожарной безопасности;

газовое топливо, при определённых условиях отрицательных температур, имеет свойство сжижаться и его воспламенение становится затруднительным.

Цель изобретения – повышение эффективности роботы пламенного подогревателя впускного воздуха, за счет обработки и расширения компонентного состава конечных продуктов топлива, применяемого в нём, а также дискретной подачи топлива, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Технический результат заявленного изобретения достигается применением в существующем пламенном подогревателе плазмохимического конвертора (фиг. 1), содержащем каналы подачи топлива (1), присоединенного к топливной магистрали низкого давления двигателя, и воздуха (2), присоединенного к воздушному ресиверу автомобиля, и последовательно соединенные дуговой плазматрон (3), плазмохимический реактор (4), закалочное устройство (5), канал подачи воздуха выполнен в виде металлического штуцера, ввинченного по оси в верхнюю часть корпуса, дуговой плазматрон представляет собой электроизолированные катод (7) и анод (8), катод прикреплен к нижнему торцу штуцера подачи воздуха, анод установлен посадкой с натягом на внутренней образующей корпуса (6), в центре анода выполнено отверстие, плазмохимический реактор представляет собой цилиндр в боковой поверхности которого в нижней его части перпендикулярно продольной оси установлен штуцер, в нижней части устройства, в торце, с помощью резьбового соединения закреплено закалочное устройство, в которое, в свою очередь, ввинчен дополнительный реактор (9), представляющий собой трубку определенного размера с установленными в неё свечами зажигания и вкрученной во впускной коллектор двигателя. А также применением электронного блока управления с широтно-импульсным модулятором, электрически соединенным с датчиком частоты вращения коленчатого вала, датчиком температуры охлаждающей жидкости, с электромагнитным топливным клапаном, электрическим пневмоклапаном и свечами зажигания.

Предложение поясняется (фиг.2), где изображена схема электронно-управляемого устройства холодного пуска дизеля с плазмохимическим конвертором.

Электронно-управляемое устройство холодного пуска дизеля с плазмохимическим конвертором представляет собой плазмохимический конвертор (1), установленный во впускной коллектор (2), канал подачи топлива которого соединен с электромагнитным топливным клапаном (3), соединенным через магистраль низкого давления (4) и фильтры тонкой очистки (5) с топливоподкачивающим насосом (6), который через фильтр грубой очистки (7) соединен с топливным баком (8). Штуцер подачи воздуха плазмохимического конвертора через электрический пневмоклапан (20) соединен с воздушным ресивером автомобиля (21). Анод, катод и свечи зажигания плазмохимического конвертора (1) электрически соединены с электронным блоком управления (9), соединенным через выключатель (10) с аккумуляторной батареей (11), датчиками температуры масла (12), температуры охлаждающей жидкости (13), температуры топлива (14), частоты вращения коленчатого вала (15). Электронный блок управления (9) дополнительно соединен с реле блокировки генератора (16), через ключ зажигания (17), с реле стартера (18), электрическим пневмоклапаном (20) и с лампой контроля работы (19).

Заявленное электронно-управляемое устройство холодного пуска дизеля с плазмохимическим конвертором работает следующим образом:

до пуска двигателя при повороте ключа замка зажигания (17) в первое положение напряжение от аккумуляторной батареи (11), через электронный блок управления (9) поступает на электромагнитный клапан (3), через который в свою очередь топливо из магистрали низкого давления поступает по каналу подачи топлива в плазмохимический конвертор, и на электрический пневмоклапан (20), через который воздух из ресивера автомобиля по каналу подачи воздуха поступает в плазмохимический конвертор, а также на электроизолированные катод и анод конвертора.

В плазмохимическом конверторе по каналу подаётся воздух, который обтекает катод, обеспечивает его охлаждение, затем воздух проходит через электрическую дугу межэлектродного зазора (между катодом и анодом) где происходит его переход в плазматическое состояние. Далее под воздействием газодинамических сил токопроводящий канал вытягивается вдоль оси анода, трансформируясь в дуговой разряд с заданными параметрами. Топливо по каналу поступает в корпус плазмохимического реактора, обеспечивая охлаждение анода и закалочного устройства. В реакторе происходит интенсивное перемешивание низкотемпературной воздушной плазмы и углеводородного топлива. От воздействия высокой температуры изменяется физико-химическая структура молекул топлива. Далее высокотемпературная деструктурированная смесь топлива и воздуха проходит через закалочное устройство, в котором охлаждается и приобретает отличные от исходных физико-химические свойства. При переходе из закалочного устройства в дополнительный реактор структурированная смесь продуктов плазмохимической конверсии вновь охлаждается, что ведет к закреплению её молекулярной структуры. В это время подается сигнал на лампу контроля работы устройства (19). В зависимости от геометрических размеров дополнительного реактора можно получать необходимые свойства топливо-воздушной смеси, прошедшей через него.

Далее ключ замка зажигания (17) переводится во второе нефиксированное положение. В это время подаётся напряжение на свечи зажигания, искровой разряд свечей воспламеняет топливовоздушную смесь, которая поступает во впускной коллектор, подхватывается потоком атмосферного воздуха, всасываемого в цилиндры двигателя. Таким образом обеспечивается прогрев воздушного заряда, поступающего в цилиндры двигателя.

После пуска двигателя освобожденный ключ замка зажигания (20) под действием пружины возвращается в фиксированное положение; цепь обмотки реле стартера выключается, и его контакты размыкают цепи обмоток тягового реле, выключая при этом стартер.

Эффективность применения предлагаемого устройства заключается в уменьшении износа двигателей за счет повышения надежности их пуска, сокращении времени прогрева и выхода на нагрузочные режимы. Надёжность пуска обеспечивается лёгким фракционным составом топлива, полнотой сгорания, чем и объясняется большее тепловыделение относительно применения дизельного топлива. Кроме того, внедрение нового электронно-управляемого устройства холодного пуска дизеля с плазмохимическим конвертором устройства ведет к улучшению экологических характеристик двигателей, долговечности работы устройства и повышению его эффективности. Не представляет значительных затрат унифицировать конструкцию двигателей разных типов. Технико-экономическая эффективность устройства для приготовления топливовоздушной смеси повышается за счет применения дополнительных реакторов различных геометрических размеров, что позволяет существенно расширить диапазон варьирования компонентным составом конечных продуктов плазмохимической конверсии.

1. Патент RU 2382230, 2007

2. Патент RU 2763960, 2022

Изобретение относится к области транспортного двигателестроения, в частности к устройствам облегчения пуска дизельного двигателя при отрицательных температурах холодного климата. Техническим результатом является уменьшение износа двигателя за счет повышения надежности пуска, сокращения времени прогрева и выхода на нагрузочные режимы. Предложено электронно-управляемое устройство холодного пуска дизеля с плазмохимическим конвертором, которое повышает эффективность работы пламенного подогревателя впускного воздуха за счет обработки и расширения компонентного состава конечных продуктов топлива, а также дискретной подачи топлива, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, и содержит плазмохимический конвертор, установленный во впускной коллектор, канал подачи топлива которого соединен с электромагнитным топливным клапаном, соединенным через магистраль низкого давления и фильтры тонкой очистки с топливоподкачивающим насосом, который через фильтр грубой очистки соединен с топливным баком, штуцер подачи воздуха плазмохимического конвертора через электрический пневмоклапан соединен с воздушным резистором автомобиля, анод, катод и свечи зажигания плазмохимического конвертора электрически соединены с электронным блоком управления, соединенным через выключатель с аккумуляторной батареей, датчиками температуры масла, температуры охлаждающей жидкости, температуры топлива, частоты вращения коленчатого вала. Электронный блок управления также соединен с реле блокировки генератора, через ключ зажигания, с реле стартера, электрическим пневмоклапаном и с лампой контроля работы. Внедрение изобретения в транспортные средства обеспечит сокращение времени на тепловую подготовку и исключение нарушений рабочих процессов двигателя низкотемпературного состояния. 2 ил.

Электронно-управляемое устройство холодного пуска дизеля с плазмохимическим конвертором, установленным в впускной коллектор, содержащее: канал подачи топлива, который соединен с электромагнитным топливным клапаном, соединенным через магистраль низкого давления и фильтры тонкой очистки с топливоподкачивающим насосом, который через фильтр грубой очистки соединен с топливным баком, штуцер подачи воздуха плазмохимического конвертора через электрический пневмоклапан соединен с воздушным ресивером автомобиля, анод, катод и свечи зажигания плазмохимического конвертора электрически соединены с электронным блоком управления, соединенным через выключатель с аккумуляторной батареей, датчиками температуры масла, температуры охлаждающей жидкости, температуры топлива, частоты вращения коленчатого вала, где электронный блок управления дополнительно соединен с реле блокировки генератора, через ключ зажигания, с реле стартера, электрическим пневмоклапаном и с лампой контроля работы, при этом плазмохимический конвертор содержит каналы подачи топлива, присоединенные к топливной магистрали низкого давления двигателя, и воздуха, присоединенной к воздушному ресиверу автомобиля, и последовательно соединенные дуговой плазматрон, плазмохимический конвектор, закалочное устройство, канал подачи воздуха выполнен в виде металлического штуцера, ввинченного по оси в верхнюю часть корпуса, где дуговой плазматрон представляет собой электроизолированные катод и анод, катод прикреплен к нижнему торцу штуцера подачи воздуха, анод установлен на внутренней образующей корпуса, в центре анода выполнено отверстие, а плазмохимический конвектор представляет собой цилиндр, в боковой поверхности которого в нижней его части перпендикулярно продольной оси установлен штуцер, в нижней части устройства, в торце, с помощью резьбового соединения закреплено закалочное устройство, в которое ввинчен дополнительный реактор, представляющий собой трубку определенного размера с установленными в неё свечами зажигания и вкрученной в впускной коллектор двигателя.