Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является ускорение подогрева двигателя внутреннего сгорания путем повышения устойчивости горения топлива в камере сгорания подогревателя в условиях резко отрицательных температур окружающей среды, сокращение времени пуска двигателя при температуре воздуха ниже плюс 5°С, с возможностью регулирования процесса подготовки рабочей смеси в зависимости от температуры окружающего воздуха плазменным конвертором топлива, обеспечение работы подогревателя на различных сортах моторного топлива, повышение эффективности сгорания топлива и снижения выброса вредных веществ (например NO _x). Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания содержит камеру сгорания 1 с форсунками 2 и отверстиями для подвода воздуха 3, теплообменник 4 типа "газ-жидкость", камера сгорания 1 снабжена предкамерой 5 с закрытым фронтовым устройством и отверстиями 6 подвода воздуха в первичную зону предкамеры 5. Камера сгорания 1 и предкамера 5 снабжены корпусом 7 с образованием общей воздушной полости 8. Патрубок 9 подвода воздуха в полость 8 расположен на корпусе 7 между камерой сгорания 1 и предкамерой 5. Форсунки 2 камеры сгорания 1 расположены на переднем диффузорном участке камеры сгорания 1 и выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45° к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры 5 на входе в камеру сгорания 1 установлен стабилизатор пламени 10. В передней глухой стенке предкамеры 5 с помощью резьбового соединения установлен плазменный конвертор топлива 11.

Данная полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к предпусковым подогревателям двигателя внутреннего сгорания.

Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания с установленными в ней форсункой, запальной свечой и газонагревателем топлива, нагнетатель воздуха в камеру сгорания с электроприводом, топливный бак и шестеренчатый топливный насос, всасывающий патрубок которого подсоединен к баку, а нагнетательный - через полость постоянного давления перепускного канала, снабженного полостью слива, электронагреватель топлива, электромагнитный топливный клапан и топливный канал - к форсунке, полость слива перепускного клапана сообщена с топливным баком, вход газонагревателя топлива подключен к нагнетательному патрубку насоса, а выход газонагревателя - к полости постоянного давления перепускного клапана (патент СССР №1023130, F02N 17/02).

Однако, при температуре окружающей среды ниже -50°С вследствие ухудшения условий прокачки топлива по системам этого подогревателя его надежность недостаточно высока, а также для его эксплуатации требуется высокая энерговооруженность автомобиля.

Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №3410388, F02N 17/02), содержащий камеру сгорания с установленными в ней форсункой и запальной свечой, и насосный агрегат, снабженный нагнетателем воздуха в камеру сгорания, насосом прокачки охлаждающей жидкости и топливным насосом, подключенным к форсунке при помощи топливного трубопровода с размещенным в нем запорным органом.

Однако во время запуска топливный насос подогревателя не обеспечивает достаточно качественное распыливание топлива, что снижает надежность запуска подогревателя.

Прототипом полезной модели является предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2122138, F02N 17/06), включающий камеру сгорания с форсунками, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости

и топлива, электронагреватель топлива, а камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями подвода воздуха в первичную зону предкамеры, камера сгорания и предкамера снабжены корпусом с образованием общей воздушной полости, внутри которой вокруг предкамеры установлен электронагревательный элемент, а патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой.

Однако в известном подогревателе вследствие подачи вентилятором в камеру сгорания воздуха с температурой окружающей среды устойчивость горения топлива недостаточно высока, что замедляет подогрев двигателя.

Недостатком прототипа является сложность включения данного устройства в работу, повторное использование возможно только после полного остывания свечи накаливания и проведения вентиляции предкамеры, устройство не позволяет регулировать воспламеняемость топливной смеси в зависимости от температуры окружающего воздуха, не затрагивает молекулярную структуру подготовки топлива и слабо влияет на процесс активизации топлива.

Кроме того, конструкция предпускового подогревателя сложна и, вследствие этого, обладает низкой надежностью, а известный подогреватель требует для своей работы высокую энерговооруженность автомобиля.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является ускорение подогрева двигателя внутреннего сгорания путем повышения устойчивости горения топлива в камере сгорания подогревателя в условиях резко отрицательных температур окружающей среды, сокращение времени пуска двигателя при температуре воздуха ниже плюс 5°С, с возможностью регулирования процесса подготовки рабочей смеси в зависимости от температуры окружающего воздуха плазменным конвертором топлива, обеспечение работы подогревателя на различных сортах моторного топлива, повышение эффективности сгорания топлива и снижения выброса вредных веществ (например NO _x).

Поставленная цель достигается тем, что в предпусковом подогревателе двигателя внутреннего сгорания, включающем камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями для подвода воздуха в первичную зону предкамера, патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени, а в передней глухой стенке предкамеры установлен с помощью резьбового соединения плазменный конвертор топлива.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.

Предполагаемый вариант реализации заявленного предпускового подогревателя ДВС изображен на фиг.1 (продольный разрез). Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания содержит камеру сгорания 1 с форсунками 2 и отверстиями для подвода воздуха 3, теплообменник 4 типа "газ-жидкость", камера сгорания 1 снабжена предкамерой 5 с закрытым фронтовым устройством и отверстиями 6 подвода воздуха в первичную зону предкамеры 5. Камера сгорания 1 и предкамера 5 снабжены корпусом 7 с образованием общей воздушной полости 8. Патрубок 9 подвода воздуха в полость 8 расположен на корпусе 7 между камерой сгорания 1 и предкамерой 5. Форсунки 2 камеры сгорания 1 расположены на переднем диффузорном участке камеры сгорания 1 и выполнены хордальными и пространственно ориентированы по потоку под углом 45° к оси подогревателя. Кроме того, в выходном сечении предкамеры 5 на входе в камеру сгорания 1 установлен стабилизатор пламени 10. В передней глухой стенке предкамеры 5 установлен плазменный конвертор топлива 11.

Теплообменник 4 расположен за камерой сгорания 1 и имеет двухходовую схему движения охлаждающего газа (продуктов сгорания) и одноходовую схему движения охладителя (жидкости).

Система подвода воздуха включает вентилятор подачи воздуха (на фиг.1 не показан), система подачи топлива включает насос подачи топлива с трубопроводами (на фиг.1 не показан), система подвода охлаждающей жидкости включает насос прокачки охлаждающей жидкости с трубопроводами (на фиг.1 не показан).

В процессе работы предпускового подогревателя всасываемый воздух подается через патрубок подвода воздуха 9, часть воздуха, потребляемого предпусковым подогревателем, подается в плазменный конвертор топлива 11, установленный в предкамере 5, который преобразует его в низкотемпературную воздушную плазму, воздействующую на углеводородную топливную смесь, с образованием химически активных радикалов топливовоздушной смеси, осуществляя конверсию и воспламенение топливовоздушной смеси. Воздух поступающий через отверстия 6 в первичную зону предкамеры 5 нагревается за счет теплоты сгорания топливовоздушной смеси, одновременно осуществляя прогрев стенок предкамеры 5, что улучшает работу предпускового подогревателя и обеспечивает процесс горения в предкамере 5.

Процесс горения в предлагаемом предпусковом подогревателе двигателя внутреннего сгорания осуществляется в две стадии - в предкамере 5 (первичная зона циркуляции) и в основной камере сгорания 1 (вторичная зона циркуляции). Основная камера сгорания 1 вступает в работу после начала устойчивого процесса горения в предкамере 5, продукты сгорания из предкамеры 5 попадают в основную камеру сгорания

1, куда через форсунки 2 впрыскивается дополнительное топливо, а через отверстия 3 поступает воздух.

Наличие двух циркуляционных зон (в предкамере 5 и в основной камере сгорания 1) улучшает условия перемешивания, повышает устойчивость горения и увеличивает время пребывания воздуха в камере сгорания, что повышает эффективность сгорания топливовоздушной смеси.

Применение электронного блока управления при работе подогревателя, с использованием микропроцессора (на фиг.1 не показан), позволяет выбирать оптимальные варианты получения активных радикалов топливной смеси, изменять энергетику электрической дуги и количественные соотношения топлива и воздуха, что делает процесс смесеобразования топливовоздушной смеси подогревателя регулируемым и эффективным на всех режимах работы, не зависимо от используемого углеводородного топлива.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в том, что применение плазменного конвертора топлива позволяет изменять структуру молекул топлива с образованием в нем химически активных радикалов, в зависимости от режимов работы предпускового подогревателя двигателя и типа топлива, управлять энтальпией газовой струи, образованной в первичной зоне циркуляции, концентрацией и типом химически активных частиц. Отпадает необходимость в дополнительных устройствах для обеспечения активизации состава рабочей смеси, в зависимости от температуры окружающего воздуха, обеспечивается надежное воспламенение рабочей смеси в предкамере при использовании различных сортов моторного топлива, снижается удельный расход топлива. Инвариантность к различным типам используемого углеводородного топлива обеспечивается его деструкцией с помощью низкотемпературной воздушной плазмы, что известно (Пиролиз. Краткая химическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1964, с.с 1069...1082).

Указанный технический результат достигается тем, что установленный плазменный конвертор топлива 11 позволяет часть воздуха, потребляемого предпусковым подогревателем, преобразовывать в низкотемпературную воздушную плазму, взаимодействующую с топливом, изменяя структуру молекул топлива с образованием в нем химически активных радикалов, играющих большую роль в разветвленных цепных реакциях, по которым происходит горение углеводородного топлива. Изменяя энергетику электрической дуги и количественные соотношения топлива и воздуха, можно регулировать динамику подачи активных частиц топлива, изменять физико-химический состав топлива, в зависимости от температуры окружающей среды, формировать заданную по составу рабочую смесь и обеспечивать гарантированное воспламенение ее в первичной зоне предкамеры предпускового подогревателя двигателя.

Достигается более полное и эффективное использование топлива, улучшаются экономические и экологические характеристики предпускового подогревателя двигателя в целом.

Плазменный конвертор топлива способен работать в трех режимах:

- обеспечение режима электрофакельного подогрева;

- обеспечение режима электрофакельного подогрева с пиролизом активных к воспламенению топливных частиц;

- обеспечение режима пиролиза активных к воспламенению топливных частиц.

Технический результат: быстрый и надежный пуск как предпускового подогревателя, так и самого двигателя, а также более полное и эффективное использование топлива, улучшаются экономические и экологические характеристики предпускового подогревателя двигателя в целом.

Возможность регулирования процессом конверсии физико-химических характеристик топливной смеси обеспечивает широкие диапазоны изменения удельных и интегральных характеристик подогревателя воздуха, что положительно отражается на экономических, мощностных и экологических показателях подогревателя в целом.

Предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания, включающий камеру сгорания с форсунками и отверстиями для подвода воздуха, теплообменник, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, камера сгорания снабжена предкамерой с закрытым фронтовым устройством и отверстиями для подвода воздуха в первичную зону предкамера, патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени, отличающийся тем, что в передней глухой стенке предкамеры установлен с помощью резьбового соединения плазменный конвертор топлива.