Способ работы газобаллонной установки двигателя внутреннего сгорания и газобалонная установка Советский патент 1993 года по МПК F02M21/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам работы газобаллонных установок двигателя внутреннего сгорания и устройствам для его осуществления и позволяет улучшить топливную экономичность газобаллонных установок.

Уже известен способ работы газобаллонной установки двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в заправке баллонов газом, подачи газа в двигатель с по- Следуюгщй м бго сжиганием. Известно также, устройство для осуществления этого способа работы газобаллонной установки, содержащее по меньшей мере один газовый баллон с рубашкой, днищем и горловиной, дренажный, входной и выходной вентили.

Недостатком известного технического решения являются большие эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью снабжения газобаллонных заправочных станций дорогостоящими установками сжатия газа до высокого давления или глубокого охлаждения, и сжижения газа, что обуславливает высокие капитальные и энергетические затраты.

Цель изобретения - повышение экономичности газобаллонной установки двигателя внутреннего сгорания.

Указанная цель достигается тем, что заправляемый в баллоны газ переводят в состояние газовых гидратов путем контактирования этого газа при давлении 1,0-5,0 МПа с водой при температуре 273- 293 К, а пОдачу газа в двигатель осуществляют при плавлении гидратов непосредственно в баллоне за счет подвода тепла.

Газобаллонная установка двигателя внутреннего сгорания гильза баллона выполнена теплопроводной, горловина-съемной, рубашка снабжена перегородками, расположенными с шагом 20-30 мм, входным и выходным вентилями и подключена через последние к системе охлаждения двигателя, дренажный вентиль размещен на днище баллона и сообщен с атмосферой, а рубашка части баллонов сообщена с системой выпуска продуктов сгорания двигателя или системой охлаждения.

На фиг.1 изображена принципиальная схема конструктивного выполнения газового баллона; на фиг,2 - схема подключения газовых баллонов к двигателю автомобиля.

Газовый баллон состоит из теплопроводной гильзы 1, с одной стороны которой расположена съемная горловина 2, а с другой днище 3, снабженное дренажным вентилем 4. Съемная горловина 2 связана с редуктором 5 и вентилем 6. Гильза 1 помещена в рубашку 7, снабженную спиральными перегородками 8 и входным и выходным вентилями 9 и 10 соответственно. Кроме того, баллон снабжают манометрами 11 и 12.

Двигатель внутреннего сгорания 13 соединен трубопроводом 14 через вентили 6 и редукторы 5 с баллонами 1, трубопроводом 15 и вентилями 9 и 10 через трубопровод 16 и выводом продуктов сгорания, а трубопроводом 17, вентилями 9, трубопроводом 18, вентилями 10 с системой охлаждения двига- . теля параллельно радиатору 19, подключен- ному через вентили 20 и 21, Трубопровод 15 через вентиль 22 соединен с трубопроводом

16. В разрыв трубопровода 14 установлен карбюратор 23.

Для примера рассмотрен случай снабжения газобаллонной установки двигателя внутреннего сгорания четырьмя баллонами

таким образом, что два баллона через рубашку подключены к системе вывода продуктов сгорания, а два других к водяной системе охлаждения двигателя.

Газобаллонная установка двигателя

внутреннего сгорания, автомобиля работает следующим образом.

На заправочной станции природный газ смешивают с водой и при давлении 1-5,0 МПа и температуре 273...293 К образуют .

газовые гидраты. Теплоту образования газовых гидратов отводят с помощью холодильной машины, производящей холод на температурном уровне 265-283 К, либохоло- , дом окружающей среды - холодной водой,

воздухом {в холодное время года). Затем газогидратную суспензию прессуют, выжи- . мают воду из гидратной массы и спрессованный гидратный блок цилиндрической формы, соответствующий внутреннему диаметру гильзы баллона 1, помещают и баллон, после чего закрывают дренажный вентиль 4 и баллон 1 герметизируют съемной горловиной 2. Заправленные таким образом баллоны 1 ставят на автомобиль,

соединив всасывающую полость камер сгорания двигателя через трубопровод 14 с баллонами 1 через вентили 6, а с помощью вентилей 9 и 10 часть баллонов (в рассматриваемом примере два нижних) соединяют

с системой охлаждения двигателя трубопроводами 17 и 18, а остальные баллоны (верхние) через трубопровод 15, вентили 9 и 10 соединяют с трубопроводом 16 вывода продуктов сгорания и воду, циркулирующую в

контуре охлаждения двигателя, направляют в рубашку .7 через вентиль 9 (в верхние баллоны направляют продукты сгорания, для чего открывают вентили 9 и 10 соответствующего баллона 1 и закрывают вентиль 22, в

нижние баллоны направляют воду,

циркулирующую в системе охлаждения двигателя, для чего открывают вентили 9 и 10 соответствующего баллона и закрывают вентили 20 и 21. отключая тем самым радиатор 19 из си- сТемы охлаждения двигателя, при этом гильзы баллонов нагревают до 293-303 К, гидраты в баллоне разлагают на газ и воду, давление в баллоне повышается до 3-10 МПа (в зависимости от состава природного газа, переведенного в гидраты, и температуры гильзы) и газ через редуктор 5. вентиль 6 и карбюратор 23 подают в цилиндры двигатели 13 для сгорания. Количество газа, пода- в емого в двигатель, регулируется мЬщностью теплоподвода к гильзам баллону. При малых нагрузках двигателя лродук- тф сгорания можно сбрасывать в атмосферу, минуя баллон, для чего закрывают вентиль 9 и открывают вентиль 22, либо часть циркулирующей в системе охлаждения двигателя направляют в радиатор 19, открывая вентили 20 и 21 и сбрасывают тепле} охлаждения двигателя в окружающую среду. Регулируя величину открытия венти- лбй 20 и 9, перераспределяют расходы во- дУ, циркулирующей через радиатор 19 и че рез рубашку 7 баллона.

Спиральные перегородки 8 обеспечивают более высокий коэффициент теплоотда- чй вследствие высоких скоростей циркуляции теплоносителя. Шаг их выбран с учетом противоречивых требований достаточно длительного времени циркуляции теплоносителя, его высокой скорости и не слишком значительного гидравлического сопротивления щели.

После плавления всех гидратов и расходования всего газа в баллоне остается вода, которую сливают через дренажный вентиль 4, .обычно на станции заправки. На место пустого баллона 1 на газобаллонной станций ставят новый заряженный гидратами баллон.При отсутствии газобаллонной станции зайравку части, либо всех баллонов осуществляют непосредственно на автомобиле,

не снимая пустых баллонов и не выливая воду плавления предыдущей порции гидратов. Для этой операции вентиль 4 подсоединяют к источнику газа .имеющего давление величиной 1,0-5,0 МПа. Вентилями 9 и 10 соединяют баллон 1 с системой циркуляции холодной воды с температурой 273-293 К. Закономерность заправки такова: чем выше имеющееся давление заправляемого газа и чем больше тяжелых компонентов в газе - пропана, этана, бутана, тем теплее может быть вода. При закрытом вентиле 6 через дренажный вентиль 4 подают газ, а через вентили 9 и 10 прокачивают охлажденную воду. При контакте газа с водой, находящейся в баллоне, образуются газовые гидраты. Теплота образования отводится холодной водой, циркулирующей между гильзой и рубашкой баллона. Баллон в этом случае работает как кристаллизатор гидратов на заправочной станции. Через некоторое время. (5-20 мин) баллон заполняется гидратной массой (причем, чем ниже температура холодной воды, чем выше давление газа и чем больше в газе тяжелых компонентов - этана, пропана, тем время заправки меньше). Затем вентиль 4 закрывают, рубашку 7 отсоединяют от линии холодной воды и подсоединяют к линии теплоносителя (продуктов сгорания или водяной системе охлаждения двигателя) вентиль б открывают и установка продолжает работать как описано выше.

Единственное отличие заправки на газобаллонной станции и вне ее состоит в том, что во втором случае в баллоне находится не спрессованная гидратная масса, содержащая в межкристаллических пустотах до 50,0% воды (спрессованные гидраты имеют воду между кристаллами 5-10%), что приводит к меньшей (в два раза) массе аккумулированного газа. Однако, несмотря на этот недостаток, можно производить дозаправку не на газобаллонной станции, а практически при наличии любого источника газа среднего давления (1,0-5,0 МПа) и холодной воды (273-293 К).

Использование: машиностроение, в ча- CTJHOC™ газобаллонные установки двигате- лН внутреннего сгорания, позволяющие повысить экономичность их эксплуатации. Сущность изобретения: установка содержит газовый баллон из теплопроводной гильзы 1, горловины 2, днища 3, снабженного дре- нфкным вентилем 4. Съемная горловина 2 связана с редуктором 5 и вентилем 6. Гильза помещена в рубашку, снабженную спиральными перегородками, входным и выходным вентилями 9 и 10 соответственно. Двигатель 13 соединен трубопроводом 14 через вентили 6 и редукторы 5. с баллонами, трубопроводом 15 и вентилями 9 и 10 через трубопровод 16 - с выводом продуктов сгорания, а трубопроводом 17 вентилями 9, трубопроводом 18, вентилями 10 - с системой охлаждения двигателя. В разрыв трубопровода 14 установлен карбюратор 23. Заправляемый в баллоны газ переводят в состояние газов ых гидратов. При работе газобаллонной установки подводят тепло от охлаждения двигателя пли продуктов сгорания к гидратам, проводят разложение их и используют выделяющийся при этом газ в качестве топлива для привода двигателя. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Г5 ел

Формула изобретения 1, Способ работы газобаллонной уста- но$ки двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в заправке баллонов газом, подаче газа в двигатель с последующим его сжиганием, отличающийся тем, что, с цел|ью повышения экономичности эксплуатации, заправляемый в баллоны газ переводят в состояние газовых гидратов путем контактирования этого газа при давлении

1 %5 МПа с водой при температуре 273-293 К, а подачу газа в двигатель осуществляют при плавлении гидратов непосредственно в баллоне за счет подвода к нему тепла.

а дринажный вентиль размещен на днище баллонам сообщен с атмосферой,

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что рубашка части баллонов сообщена с системой выпуска продуктов сгорания двигателя или системой охлаждения.