Автоматизированная система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда Российский патент 2025 года по МПК F01N3/04 F01N9/00 F02B79/00 

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 усовершенствовать известные конструкции автоматизированных систем очистки отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда и разработать систему очистки отработавших газов, технически реализуемую на основе радиотехнических изделий отечественного производства.

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

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 повышенная температура выпускных клапанов механизма газораспределения ДВС и интенсификация образования нагарных отложений на их рабочих поверхностях по причине создания избыточного противодавления на выпуске отработавших газов при отводе отработавших газов из ДВС через камеру с щелочным раствором.

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.

Известна 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 невозможность получения в процессе орошения отработавших газов туманообразного мелкодисперсного состава капель оросительной воды механическими гидрораспылителями с малым расходом потребляемой воды и ее орошением отработавших газов именно в такте выпуска ДВС, а также необходимость ручного подключения электронного блока управления автоматизированной системы к источнику питания постоянным током.

Наиболее близкой по технической сущности и взятой за прототип является автоматизированная система выпуска отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда [Патент РФ № 2819975, МПК F02B 79/00, F01N 3/04, F01N 9/00. Автоматизированная система очистки отработавших газов в составе тормозного испытательного стенда / А.П. Уханов, А.Д. Уханов. - Заявка № 2023129433 от 14.11.2023; Опубл. 28.05.2024, Бюл. № 16], содержащая систему очистки отработавших газов, включающей выпускной трубопровод для отвода отработавших газов из двигателя, сообщенный с ресивером, перед которым установлена электромагнитная форсунка, гидравлически сообщенная с электронасосом подачи раствора из бака источника оросительного раствора (дистиллированная вода с добавлением 1…2% тосола) и с механическим запорным вентилем, и электрически соединенная с источником питания постоянным током через электронный блок управления, оснащенный регуляторами длительности и паузы электрического сигнала, к входам которого подключены датчики нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя. При этом электромагнитная форсунка впрыскивает оросительный раствор в поток отработавших газов, движущегося по внутренней полости выпускного трубопровода, в соответствии с настройкой электронного блока управления без согласования с требуемой фазой газораспределения.

Недостатком системы очистки отработавших газов ДВС по прототипу является необходимость ручного подключения электронного блока управления автоматизированной системы к источнику питания постоянным током и пониженная эффективность воздействия оросительного раствора на отработавшие газы для уменьшения дымности отработавших газов (сажи) и других вредных выбросов в атмосферу до допустимых значений за счет несоответствия впрыска раствора в выпускной трубопровод электромагнитной форсункой с тактом выпуска отработавших газов из двигателя.

Технический результат изобретения - автоматическое подключение электронного блока управления автоматизированной системы очистки отработавших газов ДВС к источнику питания постоянным током в момент полного прогрева двигателя и повышение эффективности воздействия оросительного раствора на отработавшие газы для уменьшения дымности отработавших газов (сажи) и других вредных выбросов в атмосферу до допустимых значений за счет впрыска раствора в выпускной трубопровод электромагнитной форсункой в такте выпуска отработавших газов из двигателя.

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, перед которым установлена электромагнитная форсунка, гидравлически сообщенная с электронасосом подачи раствора из бака источника оросительного раствора и с механическим запорным вентилем, и электрически соединенная с источником питания постоянным током через электронный блок управления, оснащенный регуляторами длительности и паузы электрического сигнала, к входам которого подключены датчики нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, согласно изобретению, подключение электронного блока управления к источнику питания происходит автоматически по электрическому сигналу при замыкании контактов температурного датчика после прогрева двигателя внутреннего сгорания до температуры охлаждающей жидкости в его системе охлаждения, равной 85±2°С, а для синхронизации момента впрыска электромагнитной форсункой оросительного раствора в выпускной трубопровод с тактом выпуска отработавших газов из двигателя к электронному блоку управления электрически подключен датчик согласования фаз газораспределения.

На фиг. 1 представлена 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, перед которым установлена электромагнитная форсунка 3, гидравлически сообщенная с электронасосом 4 подачи раствора из бака 5 источника оросительного раствора и с механическим запорным вентилем 6, и электрически соединенная с источником питания 7 постоянным током через электронный блок управления 8, оснащенный регуляторами 9 и 10 длительности и паузы электрического сигнала, к входам которого подключены датчики 11 и 12 нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, причем подключение электронного блока управления 8 к источнику питания 7 происходит автоматически по электрическому сигналу при замыкании контактов температурного датчика 13 после прогрева двигателя внутреннего сгорания до температуры охлаждающей жидкости в его системе охлаждения, равной 85±2°С, а для синхронизации момента впрыска электромагнитной форсункой 3 оросительного раствора в выпускной трубопровод 1 с тактом выпуска отработавших газов из двигателя к электронному блоку управления 8 электрически подключен датчик согласования фаз газораспределения 14.

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

Перед началом работы автоматизированной системы запускают ДВС и осуществляют его прогрев. При достижении температуры охлаждающей жидкости 85±2°С контакты температурного датчика 13 замкнутся и электрический ток от источника питания 7 поступит в цепь электронного блока управления 8, датчиков 11 и 12 нагрузочного и скоростного режимов работы ДВС, электронасоса 4 и датчика согласования фаз газораспределения 14.

При работе ДВС в режиме перегрузок по информативным сигналам датчиков 11 и 12 нагрузочного и скоростного режимов включается электронасос 4 с обратным клапаном, который при открытом запорном вентиле 6 подает под избыточным давлением (0,2…0,3 МПа) оросительный раствор из бака 5 по гибкому трубопроводу к электромагнитной форсунке 3. Одновременно информативный импульс напряжения от датчика фаз 14 поступает в электронный блок управления 8, который сформировав командный импульс подает его в цепь форсунки 3, впрыскивающей в такте выпуска ДВС оросительный раствор в виде туманообразного конуса в поток отработавших газов, движущегося по внутренней полости выпускного трубопровода 1 двигателя.

Электронасос 4 подает требуемое количество раствора к форсунке 3 в соответствии с первоначальной настройкой электронного блока управления 8 с помощью регуляторов 9 и 10 длительности и паузы электрического сигнала. При подаче сигнала низкого уровня напряжения в электрическую цепь электромагнитной форсунки 3 ее обмотка обесточится, игла перекроет канал распылителя форсунки 3 и подача раствора прекратится. При подаче сигнала высокого уровня напряжения игла форсунки 3 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 3, тем больше оросительного раствора поступит в поток отработавших газов.

При температуре охлаждающей жидкости ниже 85±2°С контакты температурного датчика 13 разомкнутся и электронный блок управления 8 автоматически отключится от источника питания 7 и впрыск оросительного раствора в выпускной трубопровод 1 ДВС прекратится.

Предлагаемая автоматизированная система очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в составе тормозного испытательного стенда (фиг. 2) промышленно применима и технически реализуема. Для ее изготовления используются отечественные комплектующие изделия: электромагнитная форсунка 5 и электронасос (бензонасос) 3 с фильтром 1, соединительные трубопроводы 4, температурный датчик системы охлаждения 6 и датчик согласования фаз газораспределения 7 от автомобильной техники с инжекторными двигателями, а радиотехнические элементы электронного блока управления (генератор прямоугольных импульсов, регуляторы настройки - потенциометры, диоды, резисторы и др.) доступны в приобретении.

Изобретение может быть использовано при испытания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на тормозных стендах. Автоматизированная система очистки отработавших газов ДВС в составе тормозного испытательного стенда содержит выпускной трубопровод (1) для отвода отработавших газов из ДВС, сообщенный с ресивером (2), перед которым установлена электромагнитная форсунка (3), гидравлически сообщенная с электронасосом (4) подачи оросительного раствора из бака (5) и с механическим запорным вентилем (6), и электрически соединенная с источником питания (7) постоянным током через электронный блок управления (8), оснащенный регуляторами (9) и (10) длительности и паузы электрического сигнала, к входам которого подключены датчики (11) и (12) нагрузочного и скоростного режимов работы ДВС и датчик фаз газораспределения (14) для синхронизации момента впрыска форсункой (3) оросительного раствора в выпускной трубопровод (1) ДВС с тактом выпуска отработавших газов из ДВС. В электрическую цепь между источником питания (7) и электронным блоком управления (8) установлен температурный датчик (13), по электрическому сигналу которого после полного прогрева ДВС происходит автоматическое подключение электронного блока (8) к источнику питания (7). Технический результат: автоматическое подключение электронного блока управления к источнику питания в момент полного прогрева двигателя и повышение эффективности воздействия оросительного раствора на отработавшие газы для уменьшения вредных выбросов отработавших газов в атмосферу за счет впрыска раствора в выпускной трубопровод в такте выпуска отработавших газов из ДВС. 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, перед которым установлена электромагнитная форсунка, гидравлически сообщенная с электронасосом подачи раствора из бака источника оросительного раствора и с механическим запорным вентилем, и электрически соединенная с источником питания постоянным током через электронный блок управления, оснащенный регуляторами длительности и паузы электрического сигнала, к входам которого подключены датчики нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, отличающаяся тем, что подключение электронного блока управления к источнику питания происходит автоматически по электрическому сигналу при замыкании контактов температурного датчика после прогрева двигателя внутреннего сгорания до температуры охлаждающей жидкости в его системе охлаждения, равной 85±2°С, а для синхронизации момента впрыска электромагнитной форсункой оросительного раствора в выпускной трубопровод с тактом выпуска отработавших газов из двигателя к электронному блоку управления электрически подключен датчик согласования фаз газораспределения.