Комбинированный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B43/10 F02D9/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к комбинированным двигателям, использующим в качестве топлива конвертированное топливо.

Цель изобретения - повышение эффективности путем повышения экономичности, снижения токсичности и расширения номенклатуры применяемых топлив.

На фиг. 1 изображена схема двигателя; на фиг. 2 - принципиальная схема блока управления.

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 2, снабженный рубашкой 3 охлаждения, впускным и выпускным трубопроводами 4 и 5, магистраль 6 подачи топлива в цилиндр 2, турбокомпрессор 7. подключенный к трубопроводам 4 и 5, термохимический реактор 8, снабженный входным и выходным каналами 9 и 10, насосом 11 подачи конвертируемого топлива и форсункой 12 для его распыливания. Смеситель 13 размещен во впускном трубопроводе 4 и связан с выходным каналом 10 реактора 8. Двигатель содержит систему 14 согласования режимов работы двигателя 1 и термохимического реактора 8, систему 15 подачи воды в термохимический реактор 8 и нагнетатель 16 с приводом 17. Система 15 подачи воды подключена к рубашке 3 охлаждения и выполнена в виде распылителя 18. размещенного в реакторе 8, водяного насоса 19 и подогреватепя 20, тепловоспринима- ющие поверхности лоторого размещены на выпускном трубопроводе 5. Нагнетатель 16 выполнен в виде лопаточного компрессора, вход которого соед1жен с входным канаИ

ю со j

лом 9, и газовой турбины 21, а реактор 8 выполнен с полостью 22 подогрева конвертируемого топлива. Кроме того, система 14 согласования режимов работы двигателя 1 и реактора 8 может содержать дроссельную заслонку 23 с приводом 24, ресивер 25, пусковой электродвигатель 26, датчики 27 и 28 соответственно подачи топлива и частоты вращения и блок 29 управления

Термохимический реактор 8 состоит из двух основных частей: форсуночной головки 30 и реакционной камеры 31. На выходе форс-уночной головки 30 установлена свеча 32 и для улучшения смесеобразования в этой же головке размещен завихритель 33.

Электронный блок управления 29(фиг 2) состоит из знало о-цифрового преобразователя 34, зздатчика 35 программы, микропроцессора 36 и цифроаналогового преобрззоватепя 37

Двигатель работает следующим образом.

Запуск реактора 8 осуществляется подачей топлива насосом 11 и воздуха нагнетателем 16, приводимых в действие пусковым электродвигателем 26 который после достижения определенной частоты вращения насоса 11 и нагнетателя 16 отключается. Воспламенение обеспечивается свечой 32. При работе топливо вначале по- дается в межрубашечную полость 22 реактора 8. где подогревается и затем поступает в форсунку 12, в которой происходит распыл топлива воздухом повышенных давления и температуры который отбирается из маги- страли подачи воздуха в реактор 8 нагнетателем 16.

Для улучшения смесеобразования распыленное топливо дополнительно перемешивается в завихрителе 33 основным потоком горячего воздуха, подаваемою нагнетателем 16.

Предварительный подогрев топлива и его распыливание в форсунке 2 воздухом позволяют использовать для конверсии практически любое моторное топливо При этом воздушный распьп. и смеси в завихрителе 33 обеспечивают эффективное смесеобразовзни и хорошее перемешивание топливовоздушной смеси в реакционной камере 31

Пуск реактора осуществляется при ко эффициенте избытка воздуха а 0,6 - 0,7 что предотвращает сажеобразование в условиях холодны компонентов и позволяет быстро разогреть реактор 8.

При достижении необходимой рабочей темпераутры синтез-газа на выходе из pea, - тора 8, расход топлива выводится на посi янный режим работы с коэффициентом

избытка воздуха а - 0,348, который обеспечивает достаточно высокий выход водорода при сравнительно низком процессе смесеобразования.

Получаемый в этом случае в реакционной камере 31 в результате термической конверсии углеводородного топлива синтез-газ поступает к турбине 21 низкого давления, в которой, расширяясь, охлаждается и направляется в ресивер-накопитель 25 и через регулируемую дроссельную заслонку

23с управляемым электрическим приводом

24поступает в смеситель 13, где смешивается с воздухом, поступающим в двигатель 1. Полученная смесь воздуха с синтез-газом сжимается в турбокомпрессоре 7 и через впускпой трубопровод 4 поступает в камеру сгорания двига1еля 1.

Работа реактора 8 при некаталитиче- скои конверсии характеризуется высокой температурой процесса и высокой тепло- напряженностью, вызывает необходимость введения охлаждения реактора 8. Топлизо, поступающее в межрубашечную полость 22, нагреваясь снижает теплонап- ряженность реактора 8

Реактор 8 может работать как в режиме термической конверсии, так и в режиме паровоздушной конверсии углеводородного топлива. В этом случае & реакционную камеру 31 через форсунку 18 впрыскивается водяной пар, что позволяет снизит J значение (L от 0,348 до 0 263 значительно повысить водорсда и практически исключить процессы сажеобразования При этом горя чая рода подаете насосом 19 из системы С охлаждения двигателя л превращается Е пар за счет геплсты выпускных |Эзов двига теля 1 в подогревателе 20 При указанны) условиях в зоне реакции Б реакционной ка мере 31 водяной nsp и у(лекислота замет не реагируют с углеродом образуя водород (дс 50 60%) и окись уг 1ерода

Работа реактора 8 прекращается путег- отключения ПОДРЧИ топлива и воды насоса пи i 1 л 19 с последующей продувкой возду ом реакционной камеры 31 от остаточны; газов В реакторе 8 не используются катали заторы, что значительно уменьшает габари т ь упрошар конструкцию и удешевляет ег стоимость,

Кром j того, расширение синт ез-газа по еле реактора 8 в турбине 2 I позволяет уст ранить охладитель синтез-газа когорьи необходим в имеющихся конст циях, чт го юлчительно позволяет уменьшить габз рчго1 реак1чрз 8 и всей -ановки в ЦР/ЮМ

Система 14 согласования режимов работы двигателя 1 и термохимического реактора 8 работает следующим образом.

Аналоговые сигналы от датчиков 27 и 28 соответственно подачи топлива в двигатель и частоты его вращения поступают в аналого-цифровой преобразователь 34, откуда далее в цифровом виде поступают в микропроцессор 36. В последнем происходят сравнение этих сигналов с сигналами, поступающими из задатчика 35 программы, и выработка управляющих сигналов в цифровой форме, которые подаются в цифроана- логовый преобразователь 37. Далее управляющие сигналы в аналоговом виде поступают на исполнительный механизм электрического привода 24, управляемого дросселем 23, и электродвигателя 26 термохимического реактора 8. В зависимости от величины подачи топлива в двигатель 1 и частоты его вращения осуществляются регулирование положения управляемого дросселя 23 включение и выключение электродвигателя 26 реактора 8.

Формула изобретения

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, снабженный рубашкой охлаждения и впускным и выпускным трубопроводами, магистраль подачи топлива в цилиндр, турбокомпрессор, подключенный к трубопроводам, термохимический реактор, снабженный входным и выходным каналами, насосом подачи конвертируемого топлива и форсункой для его распыливания, смеситель, размещенный во впускном трубопроводе и связанный с выходным каналом реактора, и систему согласования режимов работы двигателя и термохимического реактора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем повышения экономичности, снижения токсичности и расширения номенклатуры применяемых топлив, двигатель дополнительно содержит систему подачи воды в термохимический реактор и нагнетатель с

приводом, причем система подачи воды подключена к рубашке охлаждения и выполнена в виде распылителя, размещенного в реакторе водяного насоса, и подогревателя, тепловоспринимающие поверхности которого размещены на выпускном трубопроводе, нагреватель выполнен в виде лопаточного компрессора, выход которого соединен с входным каналом реактора, и газовой турбины, подключенной входным

патрубком к выходному каналу реактора, а выходным патрубком - к смесителю, реактор выпопнен с полостью подогрева конвертируемого топлива, а насос подачи конвертируемого топлива и водяной насос

выполнены с приводом от газовой турбины

2. Двигатель по п. 1,отличающийс я тем что система согласования режимов

работы двигателя и реактора выполнена в

виде дроссельной заслонки с приводом, ресивером, размещенным во впускном трубопроводе, пускового электродвигагел: кинематически связанного с лопаточные компрессором, датчиков подачи топлива и частоты вращения вала и блока управления.

связанною с датчиками, с приводом дроссельной заслонки и с пусковым электродвигателем

8 22 31

Ч-J-f

Г

А

ю

ТрГС

ю

Ю

Изобретение позволяет повысить эффективность комбинированных двигателей внутреннего сгорания, использующих в качестве топлива конвертированное топливо, путем повышения экономичности, снижения токсичности и расширения номенклатуры применяемых топлив. При работе реактора топливо вначале подается в межрубашечную полость, а затем в форсунку. Распыленное топливо дополнительно перемешивается в завихрителе основным потоком горячего воздуха, подаваемого нагнетателем. Получаемый в результате конверсии углеводородного топлива синтез-газ поступает к турбине низкого давления, в которой, расширяясь, охлаждается и направляется в ресивер-накопитель, и которого поступает в смеситель, где смешивается с воздухом. Полученная смесь воздуха и синтез-газа сжимается в турбокомпрессоре и через впускной трубопровод поступает в камеру сгорания двигателя 1. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ь4 (Л С

Воздих 19 шнтез-газ

23

ФИ2.1

Фиг. 2