Способ питания дизельного двигателя

 

Изобретение относится к способам питания дизельного двигателя с закрытой форсункой . Цель - снижение токсичности и дымности. Способ питания заключается в том, что в нагнетательную магистраль через обратный клапан, управляемый волнами разрежения , сформированными разгрузочным пояском нагнетательного клапана при его разгрузочном ходе, подают раствор в виде комплекса солей металлов, где каждая из составляющих комплекса обладает определенным эффектом воздействия на процесс сажеобрззования. При снижении нагрузки двигателя уменьшают расход раствора солей металлов. Расход раствора определяют в зависимости от величины расхода поступающего в двигатель воздуха, а на режиме холостого хода прекращают подачу раствора солей металлов . Раствор солей металлов подают в виде эмульсии. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. сл с

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 М 43/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786404/06 (22) 23,01.90 (46) 15.06.92. Бюл. N 22 (71) Университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (72) В.M.Ôîìèí, В.А.Куцевалов, Э,Ф,Андреенко, Н.Н.Патрахальцев и А.А.Савастенко (53) 62 1 .436.038(088.8) (56) David I.Bak. Metering device "replaces"

catalitic converter. — "Design News", Januaró, 8, 1979, р.40 — 41.

Regeneration Process of ceramic Foam

Diesel-Particulate Traps, SAE, N- 841394, 1984.

Авторское. свидетельство СССР

N 1267034, кл. F 02 М 43/00, 1984. (54) СПОСОБ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО

ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится. к двигателестроению, а конкретно к способам организации малодымного и малотоксичного рабочего процесса дизеля, и может быть использовано на автотракторных, тепловозных и стационарных дизелях, работающих в условиях ограниченного воздухообмена (шахты, карьеры, фермы, теплицы, внутрицеховой транспорт), Известны способы питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), заключающиеся в том, что при работе двигателя в камеру сгорания (КС) подают активирующие и каталитические вещества (на органической и неорганической основах). В таких способах подачу активизирук)щих и каталитических веществ — активаторов в цилиндр двигателя (57) Изобретение относится к способам питания дизельного двигателя с закрытой форсункой. Цель — снижение токсичности и . дымности. Способ питания заключается в том, что в чагнетательную магистраль через обратный клапан, управляемый волнами разрежения, сформированными разгрузочным пояском нагнетательного клапана при его разгрузочном ходе, подают раствор в виде комплекса солей металлов, где каждая из составляющих комплекса обладает определенным эффектом воздействия на процесс сажеобразования. При снижении нагрузки двигателя уменьшают расход раствора солей металлов. Расход раствора определяют в зависимости от величины расхода поступающего в двигатель воздуха, а на режиме холостого хода прекращают подачу раствора солей металлов. Раствор солей металлов подают в виде эмульсии. 1 з.п, ф-лы, 3 ил. ведут путем насыщения всасываемого в цилиндр воздуха активаторами при просасывании воздуха через растворы солей каталитически активных платины или палладия, а также водного раствора хлорида бария.

В присутствии активаторов в смеси интенсифицируется окислительная реакция с выделением тепла и свечением, протекающая без образования высокотемпературного фронта пламени. При этом максимальная температура (1500-1800 К) в зоне сгорания может удерживаться на данном уровне, т,е. ниже уровня термического окисления азота, в результате чего снижается выброс NOx c отработавшими газами (ОГ). Применение катализатора повышает полноту сгорания

1740749 топлива и экономичность двигателя (на ряде режимов до 5-10 ).

Однако такой способ обладает следующими недостатками. Концентрация активатора, поступающего в цилиндр, переменна при данном нагрузочном режиме и мала, так как подача катализатора в заряд зависит от способности барботирующего устройства вынести капли жидкости, в которых содер. жится активатор. Поэтому высокая эффективность способа достигается практически лишь применением дорогостоящих платины и палладия, что удорожает способ и снижает его эффективность — способ не позволяет регулировать количество катализатора, поступающего в КС дизеля в функции от режима работы.

Известен способ питания дизеля, заключающийся в подаче в КС каталитических веществ в заданном количестве через магистраль высокого давления и топливную форсунку после смешения данных веществ с топливом.

При подаче активирующих веществ непосредственно в топливо можно достичь более высоких концентраций катализатора (порядка 0,3 — 2,0 и более). В этом случае в качестве катализатора допустимо применение растворов солей переходных и щелочно-земельных металлов. Поскольку водные растворы неорганических соединений не растворимы в дизельном топливе (ДТ), то добавка каталитически активных металлов в цилиндры дизеля обычно осуществляется путем предварительного растворения в топливе металлоорганических солей, например циклопентадиенил марганца (ЦТМ). Но данные соединения достаточно дороги и дефицитны, а также токсичны, поэтому возможности и номенклатура подобных присадок к топливу весьма ограничены, Кроме того, предварительное смешение топлива с катализатором не позволяет регулировать концентрацию активатора при изменении режима работы двигателя.

Наиболее близким к изобретению является способ питания дизельного двигателя с закрытой форсункой, заключающийся в том, что в нагнетательную магистраль через обратный клапан, управляемый волнами разрежения, сформированными разгрузочным пояском нагнетательного клапана при

его разгрузочном ходе, подают раствор солей металлов, причем при снижении нагрузки двигателя уменьшают расход раствора солей металлов.

Способ применим на двигателях, в том числе оборудованных сажевыми фильтрами, каталитическими нейтрализаторами и прочее. Способ заключается в том, что при

55 работе дизеля фильтруют отработавшие газы на фильтре и регенерируют фильтр выжиганием сажи в присутствии катализатора, причем катализатор подают в цилиндр двигателя через штатную топливную форсунку в виде смеси его с топливом и в заданном количестве. Концентрация катализатора в заряде изменяется в зависимости от режима работы двигателя. В качестве каталитических веществ принимают неорганические соединения меди, свинца, марганца, молибдена, титана в водном или спиртовом растворах. Смешивание данных соединений с топливом ведут в нагнетательной магистрали, куда раствор катализатора подают через невозвратный клапан в периоды между впрысками топлива, Концентрация катализатора в топливе принимается равной 0,05—

1 по массе, а предпочтительной является концентрация 0,1-0 5 .

К недостаткам прототипа можно отнести высокую концентрацию активатора в топливе, что повышает его расход, а также ведет к увеличению эмиссии металла-катализатора на выхлопе.

Цель изобретения-снижение токсичности и дымности отработавших газов и улучшение рабочего процесса дизельного двигателя. указанная цель достигается тем, что в способе питания дизельного двигателя с закрытой форсункой, заключающемся тем, что в нагнетательную магистраль через обратный клапан, управляемый волнами разрежения, сформированными разгрузочным пояском нагнетательного клапана при его разгрузочном ходе, подают раствор солей металлов, причем при снижении нагрузки двигателя уменьшают расход раствора солей металлов, в нагнетательную магистраль подают раствор в виде комплекса солей металлов, расход раствора солей металлов определяют в зависимости от величины расхода поступающего в двигатель воздуха, а на режиме холостого хода прекращают подачу раствора солей металлов. По варианту осуществления способа раствор солей металлов подают в виде эмульсии.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема системы для реализации способа; на фиг. 2 — схема узла нагнетательного клапана топливного насоса высокого давления; на фиг. 3 — схема осциллограммы изменения давления топлива Рф у штуцера форсунки в функции угла поворота коленчатого ва(р )

Система питания дизельного двигателя для осуществления способа содержит штатный насос 1 высокого давления, связанный

1740749

10 гидрогенизации используются ионы металчерез нагнетательный клапан 2 и трубопровод 3 с форсункой 4, Нагнетательный канал форсунки 4 связан через невозвратный клапан 5 и трубопровод 6 с емкостью 7, в которой находится водный раствор комплекса (композиции) солей металлов (MnCIz 4HzO

+ СаС12 + CuS04 5H20). Нагнетательный клапан 2 имеет разгрузочный поясок 8 (фиг.

2) с разгрузочным (отсасывающим) ходом, равным hmc. Направляющий хвостовик 9 клапана 2 расположен в седле 10, которое показано справа от оси клапана 2 в закрытом положении клапана 2, а слева от оси — в открытом положении начала нагнетания или начала отсасывающего (разгрузочного) хода, на осциллограмме 11 фиг. 3 видны периоды волн разрежения 12, 13, 14, в кото, рые благодаря отсасывающему ходу клапана 2 в трубопроводе 3 формируются волны разрежения, необходимые для ввода водного или спиртового раствора в топливо в трубопроводе 3.

Способ осуществляют следующим образом.

При работе системы давление в трубопроводе 3 изменяется по закону, характерный вид которого показан на фиг. 3. При отсечке подачи, когда в трубопроводе 3 благодаря отсасывающему ходу hove (фиг. 2) нагнетательного клапана 2, формируются периоды волн разрежения 12, 13 и 14, невозвратный клапан 5 открывается и активатор — раствор комплекса солей металлов, из емкости 7 по каналу 6 поступает в трубопровод 3 или непосредственно в форсунку 4, В результате образовавшиеся в топливе периоды волн разрежения 12, 13 и 14 (паровые пузырьки) заполняются раствором активатора, который и образует с топливом эмульсию, которая при очередном цикле нагнетания насосом 1 поступает в цилиндр двигателя. На данном режиме количество подаваемого раствора устанавливается заранее выбранным обьемом разгрузочного пояска 8 нагнетательного клапана 2, жесткостью пружины невозвратного клапана 5 и давлением жидкости со стороны емкости 7.

Кроме того, в линию подачи активирующего соединения из емкости 7 в клапан 5 введено дросселирующее устройство (не показано), которое позволяет регулировать необходимый процент подачи раствора солей металлов по отношению к дизельному топливу.

В качестве активирующего вещества в двигатель подается водный или спиртовой раствор композиции солей металлов, например, следующего состава: MnCI2 4HzO (в количестве а в смеси, где а = 0,1 — 0,3), СаС12 (в количестве в = 0,3 — 0,6) и CuS04

5Н20 остальное. При этом MnClz - 4Н20 вы15

55 полняет функции ингибитора и катализатора, CaClz — функции диспергатора, à CoS04

5HzO — функции промотора.

В начальной фазе горения происходит процесс дегидрогенизации углеводородных молекул топлива, интенсивность которого во многом определяет скорость формирования первичных сажистых образований. Для замедления (ингибирования) процесса дела одного из соединений, входящего в композицию (например, MnClz 4H20).

В фазе активного горения, характеризующейся массовым сажеобразованием и коагуляцией сажистых частиц, снижение выхода сажи с ОГ возможно за счет противодействия коагуляции, разукрупнения (диспергирования) образовавшихся частиц сажи, т.е. за счет увеличения их активной поверхности, что позволяет дожечь сажистые частицы на завершающей фазе сгорания к моменту открытия выпускного клапана двигателя. В качестве активного диспергатора сажистых частиц предлагается использовать катионы щелочно-земельного металла, например кальция, входящего в состав другого соединения (CaClz) предлагаемой композиции.

Эффективность дожигания сажистых частиц в цилиндре двигателя существенно повышается в присутствии катализатора, Высокой каталитической активностью обладают окислы некоторых металлов (например, Mn), Чтобы не усложнять состав композиции, предлагается для этой цели использовать металл первого компонента (ингибитора), который работает по следующей схеме. Содержащийся в данном соединении металл переходит в атомарное состояние . при низких температурах (предпламенная фаза рабочего процесса) до начала диссоциации углеводородных молекул топлива, оказывая при этом ингибирующее воздействие на процессы дегидрогенизации. В стадии активного горения топлива в условиях высоких температур происходит окисление металла, а образовавшиеся при этом окислы катализируют процесс выжигания (реакции окисления) сажи.

Присутствие третьего компонента в композиции обусловлено необходимостью повышения эффективности (промотирование) первых двух компонентов. В качестве промоторов используются катионы металла переменной валентности (например, медь).

Изобретение иллюстрируется следующим примером составления комплекса солей металлов (см. таблицу).

Суммарное содержание химически активных соединений в топливе в пересчете

1740749

Компонент (сое- Химическая фор- Содержание Ме инение м ла в молек ле мас:

Эффект

Температура иссоциа ии, К

470

Ингибирует процесс дегидрогенизации

Диспергирует частицы сажи

Промотирует реакции окисления

Каталитическая активация окисления сажи

1000

СаС!г

Хлорид кальция

Сульфат меди

420

CuSO4. 5HzO

2000

Окислы марганца (побочный и одкт

МпО, МП304, МпОг

25 на содержание металла выбирают в пределах 0,02 — 0,08, а предпочтительно 0,04 — 0,06 мас.%. Со сниЖение нагрузки, а следовательно, с ростом коэффициента избытка воздуха а от номинального GeoM до текущего атак концентрация металлов в смеси на текущем режиме должна уменьшаться (благодаря промотирующему действию свободного кислорода).

Существенность соотношения содержаний компонентов веществ в смеси подтверждена экспериментально и объясняется следующим образом. При содержании в смеси менее 0,1% МпС!г . 4НгО резко увеличивается гидрогенизация углеводородов, а следовательно, образование сажи. При этом малое содержание этой соли не позволяет получить достаточное количество окислов марганца, обеспечивающих каталитическое ускорение дожигания сажи.

Увеличение доли ингибитора свыше 0,3, а следовательно, сокращение долей дисперХлорид марганца МпС!г 4НгО гаторов и промоторов уменьшает эффект сажеподавления.

Формула изобретения

1. Способ питания дизельного двигате5 ля с закрытой форсункой, заключающийся в том, что в нагнетательную магистраль через обратный клапан, управляемый волнами разрежения, сформированными разгрузочным пояском нагнетательного клапана при

10 его разгрузочном ходе, подают раствор солей металлов, причем при снижении нагрузки двигателя уменьшают расход раствора солей металлов, отличающийся тем, что, с целью снижения токсичности и дым15 ности, в нагнетательную магистраль подают раствор в виде комплекса солей металлов, расход раствора солей металлов определяют в зависимости от величины расхода поступающего в двигатель воздуха, а на

20 режиме холостого хода прекращают подачу раствора солей металлов.

2, Способ по и. 1, отличающийся тем, чтс раствор солей металлов подают в виде эмульсии.

1740749

+ere

50

Составитель А,Савастенко ехред М;Моргентал. Корректор Н.Ревская

Редактор M. Êåëåìåø

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2067 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5