Способ работы двигателя внутреннего сгорания и регулятор теплового воздействия для его реализации

 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к способу работы двигателя внутреннего сгорания. Изобретение позволяет регулировать пароэжекторную холодильную установку, а также снизить энергетические и массогабаритные показатели. В способе работы двигателя внутреннего сгорания к топливовоздушной смеси добавляют воду, выделенную из охлажденных отработавших газов. Охлаждение отработавших газов производят пароэжекторной холодильной установкой. Регулирование осуществляют регулируемым тепловым воздействием на конденсатор пароэжекторной холодильной установки в зависимости от влажности отработавших газов. Регулятор теплового воздействия содержит распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя, распределительное устройство, установленное в трубопроводе выпуска отработавших газов, связанное с атмосферой и конденсатором, связанным с пароэжекторным холодильником, атмосферой и через фильтр с расходным баком. Расходный бак связан с насосом, подключенным к регулятору расхода, связанному с распылителями, установленными в воздуховпускном трубопроводе. Реверсивный вентилятор, соединенный с блоком управления, связанным с инфракрасными измерителями влажности отработавших газов, расположенными в системе выделения воды на входе в конденсатор и на выходе из конденсатора пароэжекторной холодильной установки. 2 с. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигателе внутреннего сгорания.

Известно устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания, это устройство содержит распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя, при этом регулятор расхода выполнен в виде поворотного золотника с парой втулок, первая из которых выполнена выдвижной, а вторая расположена внутри первой, выполнена поворотной и связана с датчиком режима работы двигателя, причем втулки выполнены с прорезями (см. а.с. СССР № 926344, опубл. 07.05.1982).

Недостатками данного устройства являются:

1. Ограниченная автономность двигателя внутреннего сгорания, так как нужны внешние источники для пополнения запасов воды.

2. Пониженная надежность двигателя внутреннего сгорания вследствие образования отложений на его деталях при использовании воды, содержащей растворимые соли, что неизбежно приведет к нарушению теплового баланса, перегреву двигателя внутреннего сгорания и в некоторых случаях к его аварии вследствие отслоения частиц отложений.

3. Отсутствие возможности уменьшения токсичности отработавших газов за счет охлаждения отработавших газов.

Также известно устройство, в котором реализуется способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что к топливовоздушной смеси добавляют воду из внешних источников, причем вода выделена из охлажденных отработавших газов (см. патент GB № 1509901, опубл. 04.05.1978).

Недостатком данного устройства является затрудненность применения данного способа на сухопутных транспортных двигателях, так как необходимо использование автономной холодильной установки больших габаритов или большого энергопотребления.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее двигатель внутреннего сгорания, соединенный с распределительным устройством, установленный в трубопроводе отработавших газов, связанное с атмосферой и пароэжекторной холодильной установкой, которая соединена с конденсатором, связанным с атмосферой и через фильтр с расходным баком, при этом расходный бак связан с насосом, подключенным к регулятору расхода, связанному с распылителями, установленными в воздуховпускном трубопроводе (см. патент РФ 2126896, опубл. 27.02.1999).

Недостатками прототипа являются:

1. Невозможность регулирования пароэжекторной холодильной установки в зависимости от углеводородного состава в пределах сорта топлива.

2. Невозможность регулирования пароэжекторной холодильной установки в зависимости от сорта топлива.

3. Невозможность снижения энергетических затрат.

Техническим результатом является возможность регулирования пароэжекторной холодильной установки в зависимости от углеводородного состава в пределах сорта топлива и регулирования пароэжекторной холодильной установки в зависимости от сорта топлива, снижения энергетических затрат за счет оптимизации регулирования теплового потока через конденсатор пароэжекторной холодильной установки, снижение массогабаритных показателей.

Технический результат достигается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, по которому к топливовоздушной смеси добавляют воду, выделенную из охлажденных отработавших газов, охлаждение отработавших газов производят пароэжекторной холодильной установкой, в отличие от прототипа регулирование осуществляют регулируемым тепловым воздействием на конденсатор пароэжекторной холодильной установки в зависимости от влажности отработавших газов.

Технический результат достигается тем, что в регулятор теплового воздействия, содержащий распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя, распределительное устройство, установленное в трубопроводе выпуска отработавших газов, связанное с атмосферой и конденсатором, связанным с пароэжекторным холодильником, атмосферой и через фильтр с расходным баком, при этом расходный бак связан с насосом, подключенным к регулятору расхода, связанному с распылителями, установленными в воздуховпускном трубопроводе, в отличие от прототипа введен реверсивный вентилятор, соединенный с блоком управления, связанным с инфракрасными измерителями влажности отработавших газов, расположенными в системе выделения воды на входе в конденсатор и на выходе из конденсатора пароэжекторной холодильной установки.

Пример конкретной реализации способа.

В трубопроводе на входе в конденсатор и на выходе из конденсатора введены два инфракрасных измерителя влажности отработавших газов (М. Мухитдинов, Э. Мусаев. Оптические методы и устройства контроля влажности. 1986 г., стр. 44).

В двигатель внутреннего сгорания заливают топливо не установленного сорта. При его сгорании из отработавших газов выделяется некоторое количество влажности. По количеству выделившейся влажности определяют сорт топлива, которое было залито в двигатель. Все расчеты приведены на 1 кг топлива.

Пропан С₃Н₈+5O₂=3СO₂+5Н₂O; ; Х=1636,4 грH₂O^хим

Керосин С₁₆Н₃₄+24,5О₂=16СО₂+17Н₂О; ; Х=1354 грН₂О^хим

Бензин C₁₅H₃₂+23О₂=15CО₂+16H₂О; ; Х=1358,49 грН₂О^хим

Результаты представлены в таблице.

Сигнал от инфракрасного измерителя влажности отработавших газов поступает в блок управления, который в свою очередь от блока управления поступает на реверсивный вентилятор.

В том случае, если выделяется небольшое количество влажности, то нагреваем конденсатор пароэжекторной холодильной установки, если выделяется большое количество влажности, то охлаждаем конденсатор реверсивным вентилятором.

На чертеже представлена общая схема регулятора теплового воздействия.

Регулятор теплового воздействия содержит двигатель внутреннего сгорания 1, соединенный трубкой 2 с распределительным устройством 3, которое трубкой 4 соединено с атмосферой, а трубкой 5 с полостью А теплообменника 6, имеющего полости А и В, разделенные между собой перегородкой. Полость В соединена трубкой 7 с эжектором 8, который трубкой 9 соединен с полостью Д теплообменника 10, имеющего полости С и Д, разделенные перегородкой. Трубкой 11 эжектор соединен с конденсатором 12, который посредством трубки 13 соединен с насосом 14. Насос 14 трубкой 15 соединен с полостью В теплообменника 6, а трубкой 16 - с полостью Д теплообменника 10. Трубка 17 соединяет полость А теплообменника 6 и полость С теплообменника 10, связанную трубкой 18 с инфракрасным измерителем влажности отработавших газов 19 перед входом в конденсатор 20 и на выходе из конденсатора 20 с инфракрасным измерителем влажности отработавших газов 21 и трубкой к атмосфере 22. В свою очередь инфракрасные измерители влажности отработавших газов связаны с блоком управления 23, который управляет реверсивным вентилятором 24. Конденсатор трубкой 25 связан с фильтром 26. Фильтр 26 посредством трубки 27 соединен с расходным баком 28, соединенным трубкой 29 с насосом 30, который соединен трубкой 31 с регулятором расхода воды 32, связанного трубкой 33 с распылителями 34, установленными в воздуховпускном трубопроводе 35 двигателя.

Регулятор расхода 32 связан кинематической связью 36 с задатчиком режима работы двигателя 37, который соединен кинематической связью 38 с двигателем и кинематической связью 39 с распределительным устройством. Регулятор теплового воздействия, реализующий способ, работает следующим образом.

Отработавшие газы от двигателя 1 по трубке 2 поступают в распределительное устройство 3, где дозируется в зависимости от режима работы двигателя, причем часть отработавших газов по трубке 4 поступает в атмосферу, а другая часть отработавших газов по трубке 5 поступает в полость А теплообменника 6, в котором происходит теплообмен между отработавшими газами, находящимися в полости А, и водой, находящейся в полости того же теплообменника, причем полость А и В разделены перегородкой. В результате этого теплообмена вода закипает и образуется перегретый пар, который по трубке 7 поступает в эжектор 8, в котором перегретый пар расширяется и за счет этого создается пониженное давление, которое по трубке 9 передается в полость Д теплообменника 10, где происходит кипение находящейся там воды при пониженной температуре, образовавшиеся при этом пары воды поступают в эжектор 8 по трубке 9, смешиваются с расширенным перегретым паром и по трубке 11 поступают в конденсатор 12, где охлаждаются и конденсируются в воду. Сконденсированная вода по трубке 13 поступает к насосу 14, который подает ее по трубке 15 в полость В теплообменника 6 и по трубке 16 в полость Д теплообменника 10. Этим замыкается цикл работы пароэжекторной холодильной установки, которая охлаждает отработавшие газы в два этапа: первый этап охлаждения происходит в теплообменнике 6 в результате теплообмена отработавших газов, находящихся в полости А, с водой, находящейся в полости В, по окончании этого этапа отработавшие газы по трубке 17 поступают в полость С теплообменника 10, где происходит их дополнительное охлаждение за счет теплообмена между полостью С, содержащей отработавшие газы, и полостью Д, содержащей воду, кипящую при пониженной температуре. Полость С теплообменника 10 связана трубкой 18 с инфракрасным измерителем влажности отработавших газов 19 перед входом в конденсатор 20 и на выходе из конденсатора 20 с инфракрасным измерителем влажности отработавших газов 21. В конденсаторе 20 вода конденсируется из парообразного состояния в жидкость, а осушенные отработавшие газы по трубке 22 выпускают в атмосферу.

В свою очередь инфракрасные измерители влажности отработавших газов связаны с блоком управления 23, который управляет реверсивным вентилятором 24. Вода из конденсатора в жидком виде по трубке 25 поступает в фильтр 26, в котором очищается от механических и химических примесей, и по трубке 27 поступает в расходный бак 28, из которого по трубке 29 поступает в насос 30, который подает ее по трубке 31 к регулятору расхода воды 32, из которого по трубке 33 поступает к распылителям 34, установленным в воздуховпускном трубопроводе 35, где и распыляется потоком воздуха и смешивается с топливовоздушной смесью двигателя. Управление регулятором расхода 32 осуществляется посредством кинематической связи 36 с задатчиком режима работы двигателя, который также связан кинематической связью 38 с двигателем 1, а кинематическая связь 39 с распределительным устройством 3. Кинематическая связь 39 подает управляющий сигнал от задатчика режима работы двигателя к распределительному устройству 3.

Итак, заявляемое изобретение позволяет осуществить возможность регулирования пароэжекторной холодильной установки в зависимости от углеводородного состава в пределах сорта топлива и регулирования пароэжекторной холодильной установки в зависимости от сорта топлива, снижения энергетических затрат за счет оптимизации регулирования теплового потока через конденсатор пароэжекторной холодильной установки, снижения массогабаритных показателей.

Формула изобретения

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что к топливовоздушной смеси добавляют воду, выделенную из охлажденных отработавших газов, охлаждение отработавших газов производят пароэжекторной холодильной установкой, отличающийся тем, что регулирование осуществляют регулируемым тепловым воздействием на конденсатор пароэжекторной холодильной установки в зависимости от влажности отработавших газов.

2. Регулятор теплового воздействия, содержащий распылители, установленные в воздуховпускном трубопроводе двигателя и подключенные к расходному баку с водой через регулятор расхода, связанный с задатчиком режима работы двигателя, распределительное устройство, установленное в трубопроводе выпуска отработавших газов, связанное с атмосферой и конденсатором, связанным с пароэжекторным холодильником, атмосферой и через фильтр с расходным баком, при этом расходный бак связан с насосом, подключенным к регулятору расхода, связанному с распылителями, установленными в воздуховпускном трубопроводе, отличающийся тем, что введен реверсивный вентилятор, соединенный с блоком управления, связанным с инфракрасными измерителями влажности отработавших газов, расположенными в системе выделения воды на входе в конденсатор и на выходе из конденсатора пароэжекторной холодильной установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1