Способ питания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1975 года по МПК F02M21/00 F02M27/02 F02B43/08 

ском составе, в количестве, меньшем, чем на режиме нормального холостого хода.

При понижении температуры в реакторе ниже реакционной способности катализатора и превышении рабочей температуры катализатора на нормальном и принудительном холостом ходу прекрашают подачу отработавших газов и увеличивают подачу топлива и воздуха, обеспечивая общий состав смеси, близкий к стехиометрическому.

При увеличении нагрузки двигателя увеличивают подачу вторичного воздуха и смеси от реа;ктора с одновременным обогаш,ением заряда, а при уменьшении нагрузки подачу вторичного воздуха и смеси от реактора уменьшают с одновременным обеднением поступающего в двигатель заряда.

Смесь, поступающую в реактор, перед обогревом теплом отработавших газов подогревают теплом смеси, выходящей из реактора.

Все это позволяет улучшить эксплуатацию двигателя.

На фиг. 1 приведена схема системы питания двигателя, работающей по предложенному способу; на фиг. 2--график температуры каталитического реактора при пуске и работе двигателя.

Система питания автомобильного двигателя 1 внутреннего сгорания содержит каталитический реактор 2, в рабочей камере которого установлен катализатор в виде спеченных элементов 3 и воспламенительное устройство 4, питаемое от батареи 5. Устройство 4 должно быть расположено по потоку смеси не менее, чем перед одним элементом 3. Реактор 2 снабжен теплообменниками 6 и 7, Реактор при помощи трубопровода 8, в котором установлена дроссельная заслонка 9, связанная с педалью акселератора 10, соединен с двигателем 1 внутреннего сгорания. Трубопровод 8 связан также с трубопроводом 11 вторичного воздуха, в котором установлен регулирующий клапан 12. К реактору 2 жидкое топливо подводится от насоса по трубопроводу 13 с дозирующим клапаном 14, а шервичный воздух - по трубопроводу 15 с дозирующим клапаном 16. Трубопровод 15 соединен при помощи трубопровода 17 с дозирующим клапаном 18 с выхлопным трубопроводом 19, связанным с теплообменником 6. Первичный воздух и жидкое топливо поступают в дозатор 20, который трубопроводом 21 соединен с теплообменником 7 реактора 2. Теплообменник 6 реактора 2 соединен также с выхлопным трубопроводом 22 двигателя 1 и с теплообменником 7 - при помощи трубопровода 23. В реакторе 2 установлен датчик температуры 24. Все дозирующие клапаны 12, 14, 16 и 18, дозатор 20 и датчик температуры 24 управляются блоком 25.

При пуске двигателя одновременно с работой стартера включается воспламенительное устройство 4. От дозатора 20 в реактор 2 подается смесь жидкого топлива и первичного воздуха в составе, немного ниже стехиометрического. Эта смесь проходит теплообменники

7 и 6 и воспламеняется внутри реактора 2 при помощи устройства 4. Вследствие сгорания смеси элементы 3 нагреваются, и в реакторе образуется смесь газов, имеющая окись углерода и метан. Эта смесь после реактора 2 смешивается со вторичным воздухом и в двигатель поступает заряд, обеспечивающий нормальный холостой ход. Стартер после этого выключается. Отработавший газ от двигателя по трубе 22 поступает через теплообменник 6 в трубопровод 19. Смесь, состав которой немного ниже стехиометрического, поступает в реактор 2 до тех пор, пока температура в реакторе не достигнет температуры реакционной способности катализатора, т. е. такой температуры, при которой из смеси топлива, воздуха и отработавших газов образуется смесь окиси углерода, метан и в зависимости от реакции - водорода. В связи с тем, что от реактора 2 поступает все больше смеси для смешивания со вторичным воздухом, подача последнего увеличивается при помоши дозируюшего клапана 12, который в начальный момент пуска сильно дросселировал поток вторичного

возхдуха.

После достижения в реакторе температуры реакционной способности катализатора обогащают смесь, поступающую в реактор 2, или увеличением подачи топлива или уменьшением подачи первичного воздуха. Уменьшение подачи первичного воздуха замедляет разогрев реактора, а увеличение подачи топлива- ускоряет его. Вследствие инерции системы температура в реакторе может превысить рабочую, и путем регулирования подачи топлива и первичного воздуха можно плавно перейти на рабочую температуру.

Для перевода двигателя в нагрузочный режим в смеси перед реактором 2 первичный

воздух замешается отработавшими газами, так как температура смеси перед реактором 2 повышается теплом отработавших газов. Первичный воздух может замещаться отработавшим газом до соотношения 1:1, в то время

как подача топлива уменьшается на 1/3 доли уменьшения подачи первичного воздуха. Так, например, если сначала подают 12 м первичного воздуха и 3 кг топлива, а после замещения- 6 м отработавших газов, то подачу топлива уменьшают на 1/3 от 1/2, т. е. на 1/6, таким образом топлива требуется 3 кг - 0,5 кг 2,5 кг. Для регулирования двигателя на нагрузочных режимах и поддержания подачи требуемого количества смеси от реактора 2 и

рабочей температуры в нем увеличивают подачу топлива и первичного воздуха в стехиометрическом составе. А при уменьшении нагрузки и повышении температуры в реакторе соответственно уменьшают нодачу первичного

воздуха и топлива.

Для улучшения работы реактора нужно при понижении температуры замещать отработавшие газы первичным воздухом в соотношении 1:1, а топливо увеличивать на 1/3 от доли

замещения подачи -воздуха. При повышении

температуры в реакторе этот процесс осуществляют в обратном порядке.

Для увеличения нагрузки двигателя увеличивают открытие дроссельной заслонки 9, одновременно дозатор 20 увеличивает подачу смеси к реактору 2, что обеспечивается блоком 25. Соответственно с уменьшением нагрузки уменьшается подача смеси в реактор 2. Одновременно обогащается или обедняется заряд, поступающий в цилиндры.

Теплообменник 7 обеспечивает снижение температуры смеси, выходящей из -реактора 2, что предотвращает -самовоспламенение ори смешивании со вторичным воздухом и детонацию в двигателе, одновременно увеличивая наполнение. Теплообменник 7 способствует таКже повышению температуры смеси перед реактором.

Блок 25 по сигналам датчика температуры 24 включает воспламенительное устройство 4, если температура в реакторе ниже температуры реакниоппой способности катализатора, а после достижения последней отключает воспламенительное устройство 4 и увеличивает подачу вторичного воздуха, одновременно увеличивая подачу топлива клапаном 14. При достижении рабочей температуры открывается кла-пан 18 для подачи отработавших газов и уменьшается подача топлива и первичного воздуха. Можно выполнять систему со связанными между собой дозатором 20 и дроссельной заслонкой 9. Для плавного перехода в реакторе на рабочую температуру необходимо пропорционально превышению температуры ренкционной способности катализатора увеличение подачи вторичного воздуха и соответствуюил,ее уменьп1еиие подачи первичного воздуха.

Снеченные элементы 3 изготавливают перфорированными из АЬОз в качестве наполнителя и платины в качестве катализатора, при этом 5 мг платины приходится на 1 см наполнителя. Температура реакционной способности катализатора 120°С. При 420°С достигается полное преобразование смеси в реакторе 2, а рабочая температура реактора равна 480°С.

При спекании элементов 3 образуются параллельные каналы с пористой поверхностью стенок. Объем пор составляет 20-60% объема элемента, предпочтительно 40-50%. Диаметр каналов 0,1-2 мм, число каналов на см зависит от их диаметра, например при диаметре 1 мм каналов должно быть о-коло сорока.

Если при пуске стартером в двигатель всасывается около 10 м первичного воздуха на 1 кг жидкого топлива CsHie, что соответствует 50 молям воздуха на 1 моль топлива, то для достижения 120°С начала реакционной способности катализатора необходимо сгорание в течение 10 сек. В процессе разогрева реактора 2 уменьшают подачу, например, на 1 кг топлива CsHie до 4 м воздуха. Тогда на 1 моль горючего приходится 20 молей воздуха. При

этом в реакторе 2 происходят следуюицге реакции;

4 (О, + 4N,) + С,Н,. -. 4СН, + 4СО, + 16N,.

После смешения смеси из реактора со вторичным воздухом в двигателе протекает реакция:

(4СН, + 4СО, + leNj) + 8(0, + N,) - 8СО, + 8Н,О + 48N,.

При работе двигателя на нагрузочных режимах с замещением первичного воздуха отработавшими газами в реакторе при рабочей температуре происходят реакции:

2 (О, + 4N,) + 2 (СО, + Н,0 + 6N,) + + C,16u - 5СН4 + 5СО., + 20Мг,

а в двигателе:

5СН4 + 5СОа + 20N, + 10 (О + 4N,)

- ЮСО, + 10Н,0 + 60N.,.

В графике на фиг. 2 по осп абсцнсс отложено время t, а по оси ординат - температура в реакторе 2. График показывает неравномерность роста температуры. При этом Гр- температура реакпионпой способности катализатора, Т - температура начала полного преобразования в реакторе, Г„ - предпочтительная температура начала подачи отработавших газов, Грр - рабочая температура реактора 2. Непрямолинейность возрастания температуры в реакторе после температуры Гр обусловлена тем, что энергия на разогрев и преобразование расходуется параллельно, поэтому при увеличении подачи топлива при повышающейся температуре выделение тепла снижается.

Для быстрого нарастания температуры в реакторе от температуры реакционой способности катализатора до рабочей уменьшение подачи воздуха и топлива и подвод отрабатывших газов осуществляют в зоне, близкой к температуре реакционной способности, а для медленного - в зоне, близкой к рабочей температуре.

Если на режиме принудительного холостого

хода температура в реакторе падает, прекращают подачу отработавшего газа в реактор, а первичный воздух и топливо подают в составе, близком к стехиометрическому.

55

Предмет изобретения

1. Способ питания двигателя внутреннего сгорания путем смешения жидкого топлива по

меньшей мере с одним воздухом и получения в каталитическом реакторе смеси газов, имеющей окись углерода и метан, е последующим смешением ее с вторичным воздухом и подачей образовавшегося заряда в двигатель для

сжигания и совершения работы, отличающ и и с я тем, что, с целью улучшения эксплуатации двигателя, в начальиый момент пуска в реактор подают смесь топлива и воздуха с составом, близким к стехиометрическому, воспламеняют перед ним, и подают смесь такого состава до достижения в реакторе такой температуры, при которой возни:кает реакционная способность катализатора, после чего смесь обогащают, например, увеличением подачи топлива (Зменьшением подачи воздуха), обеспечивая ускорение прогрева катализатора, а по достижении в реакторе рабочей температуры количество подаваемого воздуха уменьшают и к смеси перед реактором подводят отработавшие газы двигателя с одновременным снижением подачи топлива.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при быстром нарастании температуры в реакторе от температуры реакционной способности катализатора до рабочей уменьшение подачи воздуха и подвода отработавших газов производят в зоне, близкой к температуре реакционной способности, а при медленном росте- в зоне, прилежащей к рабочей температуре.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при пуске вторичный воздух дросселируют, а при разогреве реактора дросселирование уменьшают по мере уменьщения подачи воздуха перед реактором и увеличения подачи отработавших газов.

4.Способ по пп. 1 -3, отличающийся тем, что воздух перед реактором замещают отработавшими газами до соотнощения 1 : 1, а количество топлива уменьшают от стехиометрического состава на 1/3 от доли замещенного количества воздуха, и при обратном замещении отработавших газов воздухом увеличивают в той же пропорции подачу топлива.

5.Способ по пп. 1-4, отличающийся

тем, что, с целью регулирования температуры катализатора на нагрузочных режимах, при понижении температуры реактора уменьшают подачу отработавших газов и увеличивают подачу воздуха и топлива, а при повышении температуры реактора соответственно уменьшают подачу воздуха и топлива и увеличивают подачу отработавших газов.

6.Способ по пп. 1 -5, отличаю од ийся тем, что при увеличении нагрузки двигателя

увеличивают подачу воздуха и топлива в стехиометрическом соотношении.

7.Способ по пп. 1-5, отличающийся тем, что на режиме принудительного холостого

хода подачу отработавшего газа прекращают, а воздух и топливо подают в стехиометрическом составе в количестве, меньщем чем на режиме нормального холостого хода.

8.Способ по пп. 1 -6, отличающийся тем, что при понижении температуры в реакторе ниже температуры реакционной способности катализатора и превышении рабочей температуры катализатора на нормальном и принудительном холостом ходу прекращают

подачу отработавших газов и увеличивают подачу топлива и воздуха, обеспечивая общий состав смеси, блиЗКий к стехиометрическому.

9.Способ по пп. 1-8, отличающийся тем, что при увеличении нагрузки двигателя

увеличивают подачу вторичного воздуха и смеси от реактора с одновременным обогащением поступающего в двигатель заряда, а при уменьщении нагрузки подачу вторичного воздуха и смеси от реактора уменьшают с одновременным обеднением поступающего в двигатель заряда.

10.Способ по пп. 1-9, отличающийся тем, что смесь, поступающую в реактор, перед обогревом теплом отработавших газов подогревают теплом смеси, выходящей из реактора.

/7

22