Способ питания двигателя внутреннего сгорания

< ц 464999

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ ьаюз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимый от патента (22) Заявлено 14.07.72 (21) 1809353/24-6 (51) М. Кл. F 02m 21/00

F 02m 27/02

F 02b 43/08 (32) Приоритет 16.07.71 (31) P 2135650.3 (33) ФРГ

Опубликовано 25.03.75. Бюллетень № 11

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.43-44 (088.8) Дата опубликования описания 25.09.75 (72) Авторы изобретения Иностранцы

Х. И. Хенкель, Кристиан Кох, Хана Костка, А. Михель и Рихард Шнарц (ФРГ) Иностранная фирма

«Сименс АГ» (ФРГ) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к области двигателестроения и касается способов питания.

Известны способы питания двигателя внутреннего сгорания путем смешения жидкого топлива по меньшей мере только с воздухом и получением в каталитическом реакторе смеси газов, имеющей окись углерода и метан, и последующим смешением ее с вторичным воздухом и подачей образовавшегося заряда в двигатель для сжигания и совершения работы.

По предложенному способу в начальный 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 возникает реакционная способность катализатора. Затем смесь обогащают, на|пример, увеличением подачи топлива (уменьшением подачи воздуха), обеспечивая ускорение прогрева катализатора, а при достижении в реакторе рабочей температуры количество подаваемого воздуха уменьшают и к смеси перед реактором подводят отработавшие газы двигателя с одновременным снижением лодачи топлива.

При быстром нарастании температуры в реакторе, от температуры реакционной способности катализатора до рабочей, уменьшение подачи воздуха и подвод отработавших газов производят в зоне, близкой к температуре реакционной способности, а при медленном росте — в зоне, близкой к рабочей температуре.

5 При пуске вторичный воздух дросселируют, а при разогреве дросселирование уменьшают по мере уменьшения подачи воздуха перед реактором и увеличения подачи отработавших газов.

10 Воздух перед реактором замещают отработавшими газами до соотношения 1: 1, а количество топлива уменьшают от стехпометричсского состава на 1/3 от доли замещенного количества воздуха, и при обратном замещении

15 отработавших газов воздухом увеличивают в той же пропорции подачу. топлива.

Для регулирования температуры катализатора на нагрузочных режимах при понижении температуры реактора уменьшают подачу от20 работавших газов и увеличивают подачу воздуха и топлива, а прп повышении температуры реактора соответственно уменьша:от подачу воздуха и топлива и увеличивают подачу отработавших газов, при этом при увеличе25 нии нагрузки двигателя увеличивают подачу воздуха и топлива в стехиометрическом соотношении.

На режиме принудительного холостого хода подачу отработавшего газа прекращают, 30 а воздух и топливо подают в стехиометриче464999

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

При понижении температуры в реакторе ниже реакционной способности катализатора и прсвышении 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.

При увеличении нагрузки двигателя увеличивают подачу вторичного воздуха и смеси от реактора с одновременным обогащением 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 предло>кенному 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 ие менее, чем перед одним элементом 3. Реактор 2 сиаб>кен 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:первичный 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. B 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

45 йо

60 б5

7 и б и воспламеняется внутри реактора 2 при помощи устройства 4. Вследствие сгорания смеси элементы 3 нагреваются, и в реактор. 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 стехиометрич еского, 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 помощи дозирующего клапана 12, который в начальный момент пуска сильно дросселировал поток вторичного воздуха.

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 замещается 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 подачу 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 при смешивании со вторичным воздухом и детонацию в двигателе, одновременно увеличивая наполнение. Теплообменник 7 способствует также повышению температуры смеси перед реа ктором.

Блок 25 по сигналам датчика температуры

24 включает Bоспламенительное устройство 4, если течпература в реакторе ниже температуры реакционной 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 клапан 18 для подачи отработавших газов и уменьшается подача топлива н первичного воздуха. Можно вы полнять систему со связанными между собой дозатором 20 и дроссельной заслонкой 9. Для плавного перехода в реакторе на рабочую температуру необходимо пропорционально превышению температуры реакционной способности катализатора увеличение подачи вторичного воздуха и соответствующее умен ыиение подачи первичного воздуха.

Спеченные элементы 3 изготавливают перфорированными из А120э 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 опекании элементов 3 образуются параллельные каналы с пористой поверхностью стенок. Объем пор составляет 20 — 60Я> объема элемента, предпочтительно 40 — 50 /О. Диаметр каналов 0,1 — 2 мм, число каналов на см зависит от их диаметра, например при диаметре

1 мм каналов должно быть около сорока.

464999

6 этом в реакторе 2 происходят следующие рсакции:

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

5 После смешения смеси из реактора со вторичным воздухом в двигателе протекает реакция; (4СН, + 4СО, + 16N,) + 8 (О, + N,)

10 — 8СО, + 8Н,0+48N

При работе двигателя на нагрузочных режимах с замещением первичного воздуха отработавшими газами в реакторе прп рабочей

15 температуре происходят реакции:

2(О, +4N,)+2(СО, + Н,O+6N,)+

+ С,16„ 5СН, + 5CO, + 20N„

20 а в двигателе:

5СН, + 5CO, + 20N, + 10 (О, + 4N,)- 10СО, + 10Н,О + 60N,, 25 В графике на фиг. 2 по ocII абсцисс отложено врем", t, а по оси ординат — температура в реакторе 2. График показывает неравномерность роста температуры. При этом Тр— температура реакционной способности катали30 затора, ҄— температура начала полного преобразования в реакторе, T„— предпочтительная температура начала подачи отработавших газов, Трр — рабочая температура реактора 2.

Непрямолинейность возрастания температу35 ры в реакторе после температуры Тр обусловлена тем, что энергия на разогрев и преобразование расходуется параллельно, поэтому при увеличении подачи топлива при новышающейся температуре выделение тепла сннжа40 ется.

Для быстрого нарастания температуры в реакторе от температуры реакционой способности катализатора до рабочей уменьшение подачи воздуха и топлива п подвод отраба45 TbIBIIIHx газов осуществляют в зоне, близкой к температуре реакционной способности, а для медленного — в зоне, близкой к рабочей температуре.

Если на режиме принудительного холостого

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

Если при пуске стартером в двигатель всасывается около 10 м первичного воздуха на

1 кг жидкого топлива CIIHII;, 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 умень шают подачу, например, на 1 кг топлива CIIHII; до 4 м гоздуха. Тогда на 1 моль горючего приходится 20 молей воздуха. Прн

Предмет изобретения

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

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

65 сжигания и совершения работы, о т л и ч а ю464999 шийся тем, что, с целью улучшения эксплуатации двигателя, в начальный 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 возникает реакционная способность катализатора, .после чего смесь обогащают, например, увеличением подачи топлива (уменьшением 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, отл ич а ю щи и ся тем, что при пуске вторичный воздух дросселируют, а при разогреве реактора дросселирование уменьшают по мере уменьшения подачи воздуха перед реактором и увеличения подачи отработавших газов.

4. Способ по пп. 1 — 3, отл ич а ю щийся тем, что воздух перед реактором замещают отработавшими газами до соотношения 1: 1, а количество топлива уменьшают от стехиометрического состава на 1/3 от доли замешенного количества воздуха, и при обратном замещении отработавших газов воздухом увеличивают в той же пропорции подачу топлива.

5. Способ по п,п. 1 — 4, отличающийся тем, что, с целью регулирования температуры катализатора на нагрузочных режимах, при понижении температуры реактора уменьшают подачу отработавших газов и увеличивают по5 дачу 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 щийс я

10 тем, что при увеличении нагрузки двигателя увеличивают подачу воздуха и топлива в стехиометрическом соотношении.

7. Способ по пп. 1 — 5, о тл и ч а ю шийся тем, что на режиме принудительного холостого

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

8. Способ по пп. 1 — 6, отл ич а ющи йся

20 тем, что при понижении температуры в реакторе ниже температуры реакционной способности катализатора и превышении рабочей температуры катализатора на нормальном и принудительном холостом ходу прекращают

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

9. Способ по пл. 1 — 8, отли чаю щи йся тем, что при увеличении нагрузки двигателя

ЗО увеличивают подачу вторичного воздуха и смеси от реактора с одновременным обогащением поступающего в двигатель заряда, а при уменьшении нагрузки подачу вторичного воздуха и смеси от реактора уменьшают с одно35 временным обеднением поступающего в двигатель заряда, 1О. Способ по пп. 1 — 9, отличающийся тем, что смесь, поступающую в реактор,,перед обогревом теплом отработавших газов подо40 гревают теплом смеси, выходящей из реактора.

464999

Тр

Фиг 2

Корректор Е. Хмелева

Редактор Е. Кравцова

Заказ 2309/1 Изд, № 832 Тираж 648 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

ТРр

Tit

7ï Гг— i f11Ã

Составитель Л. Синай

Техред М. Семенов