Автоматизированная система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда Российский патент 2024 года по МПК F02B79/00 F01N3/04 F01N9/00 

Изобретение относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на тормозных стендах с использованием системы очистки отработавших газов для снижения выбросов сажи (дымности) и других вредных веществ в атмосферу.

В процессе испытаний ДВС на тормозном стенде на режимах перегрузок (режим максимального крутящего момента при срабатывании корректора цикловой подачи топлива) в отработавших газах увеличивается количество сажевых частиц и других вредных веществ, что сопровождается повышенным дымлением двигателя, изменением цвета выхлопного дыма с сизого до черного и ухудшением экологической безопасности.

Перед авторами стояла задача разработать простую в исполнении, технически реализуемую на основе радиотехнических элементов отечественного производства, надежную и эффективную в работе автоматизированную систему очистки отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда, обеспечивающую проведение моторных испытаний в широком диапазоне нагрузочно-скоростных и температурных режимов работы автотракторных двигателей, в том числе и на режимах перегрузок.

При просмотре источников патентной и научно-технической информации были выявлены технические решения, позволяющие оценить возможность использования их в разрабатываемой системе.

Известна система очистки отработавших газов ДВС [Патент РФ № 2027464, МПК B01D 3/04, B01D 47/00, B01D 53/34. Система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / В.В. Дыбок, В.А. Бахенский, С.Г. Егорова. - Заявка № 5021473 от 10.01.1992; Опубл. 27.01.1995], содержащая цилиндрическую камеру (бак) с щелочным раствором (вода с добавлением щелочи) и насос для подачи данного раствора.

Недостатком этой системы является ограниченное применение при повышенных значениях нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя, так как при отводе отработавших газов из ДВС через камеру с щелочным раствором создается избыточное противодавление на выпуске отработавших газов и, как следствие, это приводит к повышению температуры выпускных клапанов механизма газораспределения ДВС и интенсификации образования нагарных отложений на их рабочих поверхностях.

Известна система очистки отработавших газов ДВС [Одноцилиндровые установки типа ИТ / И.А. Панков, В.В. Щеголь, И.Я. Безносиков, Б.И. Шапиро. - М.: Оборонгиз, 1962. - С.119-121], содержащая выпускной трубопровод для отвода отработавших газов из двигателя, сообщенный трубкой с ресивером и источником оросительной воды для орошения отработавших газов.

Недостатком этой системы является ограниченное применение из-за невозможности автоматического регулирования количества и тонкости распыливания воды при орошении отработавших газов в зависимости от изменения нагрузочно-скоростного режима работы ДВС, что не обеспечивает снижение сажевых и других вредных выбросов, содержащихся в отработавших газах, до допустимых значений.

Наиболее близкой по технической сущности и взятой за прототип является автоматизированная система выпуска отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда [Патент РФ № 2806705, МПК F02B 79/00, F01N 3/04, F01N 9/00. Автоматизированная система очистки отработавших газов моторного испытательного стенда / Р.И. Алибеков, Д.А. Уханов, И.Д. Глазунов, К.В. Шаталов. - Заявка № 2023110919 от 27.04.2023; Опубл. 03.11.2023, Бюл. № 31], содержащая выпускной трубопровод для отвода отработавших газов из двигателя, сообщенный патрубком с сажеотделителем, в боковых стенках которого установлены, как минимум, два механических гидрораспределителя, подключенных к источнику оросительной воды для орошения отработавших газов через запорный клапан, исполнительный механизм которого связан с соответствующим входом электронного блока управления, к входам которого подключены датчики нагрузочного (датчик максимального крутящего момента) и скоростного (датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя) режимов работы ДВС.

Недостатком этой системы очистки отработавших газов является ограниченное применение из-за сложности конструкции и не возможность получения в процессе орошения отработавших газов туманообразного мелкодисперсного состава капель оросительной воды механическими гидрораспылителями с малым расходом потребляемой воды. Данная система уменьшает количество сажевых частиц и вредных выбросов отработавших газов до допустимых значений с большими материальными затратами, связанными со сложностью конструкции системы очистки отработавших газов ДВС в составе моторного испытательного стенда и повышенным расходом оросительной воды. Кроме того, использование воды в системе для орошения отработавших газов снижает надежность отдельных её элементов (сопрягаемых деталей гидрораспылителей и запорного клапана) по причине их повышенного износа из-за отсутствия в воде веществ, обладающих свойствами противоизносных присадок.

Система очистки отработавших газов по прототипу не в полной мере справляется с отделением сажевых частиц несмотря на то, что количество подаваемой воды на входе в механические гидрораспылители автоматически регулируется запорным клапаном в зависимости от изменения величины дымности, определяемой дымомером, с помощью электронного блока управления по сигналам оптического датчика, установленного в выпускном трубопроводе ДВС. Если дымность отработавших газов превышает допустимые значения, приводящие к образованию сажевых частиц, то количество подаваемой воды к гидрораспылителям увеличивают. Однако технический результат у прототипа (снижение дымности отработавших газов) при работе двигателя на режиме максимального крутящего момента (на режиме перегрузок) получен за счет усложнения конструкции системы очистки отработавших газов путем введения дополнительных элементов (сажеотделителя с двумя, как минимум, механическими гидрораспылителями, оптического датчика с дымомером, запорного клапана с исполнительным механизмом). Кроме того, для обеспечения качественного распыливания воды механические гидрораспылители расходуют большой объем оросительной воды. Причем из прототипа не ясно, какими техническими средствами обеспечивается подача воды к гидрораспылителям от источника оросительной воды (насосом или под напором воды от центральной сети водоснабжения помещения, в котором размещен тормозной испытательный стенд).

Технический результат изобретения - повышение эффективности использования и надежности автоматизированной системы очистки отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда за счет упрощения её конструкции и создания условий для уменьшения дымности отработавших газов (сажи) и других вредных выбросов в атмосферу до допустимых значений при работе двигателя на различных нагрузочно-скоростных режимах, включая и режим перегрузок, с малыми материальными затратами.

Указанный технический результат достигается за счет того, что автоматизированная система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда, содержащая систему очистки отработавших газов, включающей выпускной трубопровод для отвода отработавших газов из двигателя, сообщенный с ресивером, электронный блок управления, к входам которого подключены датчики нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, согласно изобретению в выпускном трубопроводе двигателя непосредственно перед ресивером установлена электромагнитная форсунка, гидравлически сообщенная с электронасосом подачи воды из бака источника оросительной воды и с механическим запорным вентилем, причем форсунка электрически соединена через электронный блок управления, оснащенный регуляторами длительности и паузы электрического сигнала, с источником питания постоянным током, датчиками нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, а в качестве оросительной воды является раствор дистиллированной воды с добавкой 1…2% тосола по объему.

На фиг. 1 представлена блок-схема автоматизированной системы очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда.

Автоматизированная система очистки отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда содержит систему очистки отработавших газов, включающей выпускной трубопровод 1 для отвода отработавших газов из двигателя, сообщенный с ресивером 2, электронный блок 3 управления, к входам которого подключены датчики 4 и 5 нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, при этом в выпускном трубопроводе 1 двигателя непосредственно перед ресивером 2 установлена электромагнитная форсунка 6, гидравлически сообщенная с электронасосом 7 подачи воды из бака 8 источника оросительной воды и с механическим запорным вентилем 9, причем форсунка 6 электрически соединена через электронный блок 3 управления, оснащенный регуляторами 10 и 11 длительности и паузы электрического сигнала, с источником питания 12 постоянным током, датчиками 4 и 5 нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя а в качестве оросительной воды является раствор дистиллированной воды с добавкой 1…2% тосола по объему.

Автоматизированная система очистки отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда работает следующим образом.

При работе дизеля в режиме перегрузок по информативным сигналам датчиков 4 и 5 нагрузочного и скоростного режимов включается электронасос 7 с обратным клапаном, который при открытом запорном вентиле 9 подает под избыточным давлением (0,2…0,3 МПа) оросительный раствор из бака 8 по гибкому трубопроводу к электромагнитной форсунке 6, впрыскивающей оросительный раствор в виде туманообразного конуса в поток отработавших газов, движущегося по внутренней полости выпускного трубопровода 1 двигателя. Электронасос 7 подает требуемое количество раствора к форсунке 6 в соответствии с первоначальной настройкой блока 3 управления с помощью регуляторов 10 и 11 длительности и паузы электрического сигнала. При подаче сигнала низкого уровня напряжения в электрическую цепь электромагнитной форсунки 6 её обмотка обесточится, игла перекроет канал распылителя форсунки 6 и подача раствора прекратится. При подаче сигнала высокого уровня напряжения игла форсунки 6 откроет канал и подача оросительного раствора возобновится. С изменением нагрузочно-скоростного режима работы ДВС параметры управляющих импульсов напряжения (длительность и пауза между ними) изменяются оператором вручную. Чем не продолжительнее время открытия иглы форсунки 6, тем больше оросительного раствора поступит в поток отработавших газов. Питание электрических цепей системы осуществляется от источника постоянного тока 12 напряжением 12 В. Добавление к дистиллированной воде 1…2% тосола по объему, содержащего противоизносные присадки, способствует снижению износа сопрягаемых деталей электронасоса 7 и электромагнитной форсунки 6 и, как следствие, повышению надежности всей системы очистки отработавших газов ДВС.

Предлагаемая автоматизированная система очистки отработавших газов ДВС может устанавливаться не только на тормозные испытательные стенды, но и на автотракторную технику (кормораздатчики, автопогрузчики, карьерные автосамосвалы и пр.), работающую в закрытых помещениях (теплицах, коровниках, бройлерных цехах и пр.) и в глубоких карьерах по добыче ископаемых, где наблюдается повышенная задымленность и загазованность атмосферного воздуха.

Автоматизированная система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда (фиг.2) технически реализуема. Для её изготовления используются отечественные комплектующие изделия: электромагнитная форсунка 6 и электронасос (бензонасос) 7 от автомобильной техники с инжекторными двигателями, а радиотехнические элементы электронного блока 3 управления (генератор прямоугольных импульсов, регуляторы настройки - потенциометры и др.) доступны в приобретении.

Изобретение может быть использовано при испытания двигателей внутреннего сгорания на тормозных стендах. Автоматизированная система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда содержит систему очистки отработавших газов, включающую выпускной трубопровод (1) для отвода отработавших газов из двигателя, сообщенный с ресивером (2), электронный блок (3) управления, к входам которого подключены датчики (4) и (5) нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя. В выпускном трубопроводе (1) двигателя непосредственно перед ресивером (2) установлена электромагнитная форсунка (6), гидравлически сообщенная с электронасосом (7) подачи воды из бака (8) источника оросительной воды и с механическим запорным вентилем (9). Форсунка (6) электрически соединена через электронный блок (3) управления, оснащенный регуляторами (11) и (12) длительности и паузы электрического сигнала, с источником (12) питания постоянным током и датчиками (4) и (5) нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя. В качестве оросительной воды используется раствор дистиллированной воды с добавкой 1…2% тосола по объему. Технический результат заключается в упрощения конструкции системы и в уменьшении дымности отработавших газов. 2 ил.

Автоматизированная система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда, содержащая систему очистки отработавших газов, включающую выпускной трубопровод для отвода отработавших газов из двигателя, сообщенный с ресивером, электронный блок управления, к входам которого подключены датчики нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, отличающаяся тем, что в выпускном трубопроводе двигателя непосредственно перед ресивером установлена электромагнитная форсунка, гидравлически сообщенная с электронасосом подачи воды из бака источника оросительной воды и с механическим запорным вентилем, причем форсунка электрически соединена через электронный блок управления, оснащенный регуляторами длительности и паузы электрического сигнала, с источником питания постоянным током, датчиками нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, а в качестве оросительной воды используется раствор дистиллированной воды с добавкой 1…2% тосола по объему.