Способ подачи в цилиндры двигателей внутреннего сгорания негорючей жидкости с превращением ее в пар в парогенераторах с использованием тепла, теряемого в системе охлаждения и с уходящими газами, а также система как вариант осуществления этого способа

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в способах и системах подачи топлива или горючей смеси для двигателей внутреннего сгорания и составным частям этих систем. В камеры сгорания цилиндров двигателя впрыскивают порции негорючей жидкости, которые под действием теплоты сгорания превращаются в пар, затем в результате объемного расширения поддерживают движение рабочих органов и производят дополнительную работу. Передача тепла уходящих газов негорючей жидкости, подаваемой в цилиндры двигателя, снижение тепловых потерь происходит с отдачей части полезного тепла рабочего тела окружающей среде через втулки цилиндров и охлаждающую жидкость, управлении работой насоса, подающего негорючую жидкость, от температурных изменений в двигателе. При этом порции негорючей жидкости впрыскивают в момент сгорания основной массы топлива в парогенераторы, через одни стенки которых передают негорючей жидкости тепло горючих газов, а через другие стенки этих парогенераторов передают негорючей жидкости тепло уходящих газов, в результате чего эту негорючую жидкость превращают в пар и направляют его в камеры сгорания цилиндров двигателя. А отработанные горючие газы и пар подают в теплообменные устройства и далее направляют парогазовую смесь в выхлопной коллектор. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, двигателестроению, а именно: к способам подачи топлива или горючей смеси для двигателей внутреннего сгорания и составным частям этих систем, а более конкретно, к способу и системе подачи присадок негорючих веществ в горючую смесь.

Известны способы подачи негорючей жидкости в цилиндры двигателей внутреннего сгорания. (патент СССР N 707532, кл. F 02 B 47/02, F 02 M 25/02, 1979).

Известны также устройства, предназначенные для подачи негорючей жидкости в камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания. (патент Германии N 184677, кл. 46a63, 1905).

Известен также способ подачи негорючей жидкости в цилиндры двигателей внутреннего сгорания с использованием тепла уходящих газов для повышения температуры негорючей жидкости, подаваемой к устройствам для впрыска и с использованием теплоизоляции втулок цилиндров для снижения тепловых потерь, происходящих с отдачей части полезного тепла рабочего тела окружающей среде через втулки цилиндров и охлаждающую жидкость, а также управлении работой насоса, подающего негорючую жидкость, от температурных изменений в двигателе. (авторское свидетельство СССР N 1421889, кл. F 02 M 25/02, 1988). Известна также система, предназначенная для подачи негорючей жидкости в камере сгорания двигателей внутреннего сгорания, в которой используется тепло уходящих газов. В выходном коллекторе этой системы установлено теплообменное устройство, через которое подается негорючая жидкость к устройствам для впрыска. У известной системы имеются также теплоизоляторы вокруг втулок цилиндра, которые уменьшают тепловые потери в процессе теплообмена с окружающей средой. Работой насоса для подачи негорючей жидкости управляет датчик температуры, установленный в выхлопном коллекторе. (авторское свидетельство СССР N 1421889, кл. F 02 M 25/02, 1988).

В известном способе в камеры сгорания цилиндров двигателя впрыскивается непосредственно самое негорючая жидкость, в частности вода, а этом мало эффективно. Не решена проблема охлаждения втулок цилиндров, что обязательно приведет к задирам втулок в процессе эксплуатации. Тепло уходящих газов используется только для водоподготовки, а это снижает эффективность утилизации тепла уходящих газов.

В конструкции известной системы, устройства для впрыска негорючей жидкости установлены таким образом, что их впрыскивающие органы сообщены с внутренними пространствами камер сгорания и негорючую жидкость, в частности воду, впрыскивают непосредственно в камеры сгорания цилиндров двигателя, что мало эффективно. Теплоизоляторы втулок цилиндров установлены непосредственно на корпусах втулок, а отсутствие системы охлаждения втулок цилиндров обязательно приведет к задирам втулок в процессе эксплуатации. Теплообменное устройство, которое расположено в выхлопном коллекторе, служит только для водоподготовки, что снижает эффективность утилизации тепла уходящих газов.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в оптимизации, как способа, так и системы, предназначенной для осуществления способа присадки негорючей жидкости к горючей смеси, с более эффективным использованием тепла уходящих газов, а также заменой водяного и воздушного охлаждения втулок цилиндров двигателя на испарительное охлаждение втулок, при снижении тепловых потерь и увеличении давления в цилиндрах двигателя.

Технический результат, достигаемый настоящим способом, заключается в впрыскивании, в камеры сгорания цилиндров двигателя, порций негорючей жидкости, которые, под действием теплоты сгорания, превращаются в пар, затем, в результате объемного расширения, поддерживают движение рабочих органов и производят дополнительную работу. А также, в передаче тепла уходящих газов негорючей жидкости, подаваемой в цилиндры двигателя, снижении тепловых потерь, происходящих с отдачей части полезного тепла рабочего тепла окружающей среды через втулки цилиндров и охлаждающую жидкость, управлении работой насоса, подающего негорючую жидкость, от температурных изменений в двигателе. При этом, порции негорючей жидкости впрыскивают, в момент сгорания основной массы топлива, в парогенераторы, через одни стенки которых передают негорючей жидкости тепло горючих газов, а через другие стенки этих парогенераторов передают негорючей жидкости тепло уходящих газов, в результате чего эту негорючую жидкость превращают в пар и направляют его в камеры сгорания цилиндров двигателя. А отработанные горючие газы и пар подают в теплообменные устройства, далее направляют парогазовую смесь в выхлопной коллектор. А также формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определенное, в конкретный момент времени, значение в диапазон температур втулки цилиндра, в области камеры сгорания. Помимо этого формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определенное, в конкретный момент времени, значение в диапазоне температур корпуса, который является общим для парогенератора и теплообменного устройства. Одновременно с этим формируют сигнал, величина которого отображает какое либо определенное, в конкретный момент времени, значение в диапазоне температур питательной негорючей жидкости. После чего преобразуют величины этих сигналов, обрабатывают их и получают, в результате этой обработки, общую величину, как функцию от трех переменных, которую формируют в управляющий сигнал, преобразуют его, а далее, в зависимости от значения величины управляющего сигнала, - обеспечивают соответствующий реверс и осуществляют соответствующее механическое перемещение органа, регулирующего количество негорючей жидкости, подаваемой насосом. Причем при повышении значения функции от трех переменных, увеличивают количество впрыскиваемой негорючей жидкости. А с уменьшением значения функции от трех переменных, уменьшают количество впрыскиваемой негорючей жидкости.

Технический результат достигается тем, что система для подачи в цилиндры двигателей внутреннего сгорания негорючей жидкости с превращением ее в пар в парогенераторах, с использованием тепла, теряемого в системе охлаждения и с уходящими газами, содержащая устройства для впрыска негорючей жидкости. Теплообменные устройства для передачи тепла уходящих газов негорючей жидкости, подаваемой в цилиндры двигателя, теплоизоляторы втулок цилиндров для снижения тепловых потерь, происходящих с отдачей части полезного тепла рабочего тела окружающей среде через втулки цилиндров и охлаждающую жидкость. А также датчики температуры для управления работой насоса, подающего негорючую жидкость в устройства для впрыска. В этой системе каждый цилиндр двигателя снабжен парогенератором, образованным между наружной поверхностью втулки цилиндра, выполненной со спиральными ребрами и цилиндрической внутренней поверхностью парогенератора, наружная поверхность корпуса которого является, одновременно с этим, внутренней поверхностью теплообменного устройства. А устройство для впрыска негорючей жидкости устанавливают таким образом, что его впрыскивающий орган находится на внутренней полости парогенератора. Причем в той части втулки цилиндра, внутренняя поверхность которой является камерой сгорания, а наружная поверхность, одновременно с этим, является внутренней поверхностью парогенератора, - выполнены отверстия, сообщающие паровое пространство парогенератора с камерой сгорания. А выхлопные органы цилиндра соединяют внутреннее пространство цилиндра с внутренним пространством теплообменного устройства, образованного между наружной поверхностью корпуса парогенератора, которая является, одновременно с этим, внутренней поверхностью теплообменного устройства, выполненной со спиральными ребрами и внутренней поверхностью наружного корпуса теплообменного устройства. Причем внутренне пространство теплообменного устройства соединяют с выхлопным коллектором. А во втулке цилиндра, в области камеры сгорания, - устанавливают первый датчик температуры, который связан с входом первого преобразователя сигнала, выход которого связан с первым входом блока обработки данных. Помимо этого в корпусе, который является общим для парогенератора и теплообменного устройства, в той области теплообменного устройства, которую сообщают с выхлопным коллектором, устанавливают второй датчик температуры, который связан с входом второго преобразователя сигнала, выход которого связан со вторым входом блока обработки данных. А также в трубопроводе подачи к устройству для впрыска питательной негорючей жидкости, - устанавливают третий датчик температуры, который связан с входом третьего преобразователя сигнала, выход которого связан с третьим входом блока обработки данных. Выход которого связан с входом четвертого преобразователя общего сигнала, выход которого связан с входом регулятора, который механически соединен с органом регулирования подачи определенного количества негорючей жидкости.

Пример реализации способа в виде системы приведен на схеме.

Порции негорючей жидкости впрыскивают в парообразующее пространство 1, фиг. 1 парогенератора, где негорючую жидкость превращают в пар, который закручивают по спирали между спиральными ребрами 3, фиг. 2 при его объемном расширении с увеличением параметров и направляют в камеру сгорания втулки 2, фиг. 1 цилиндра двигателя через отверстия 5, фиг. 1. А отработанные горючие газы и пар подают через выхлопные органы 6, фиг. 1 втулки 2, фиг. 1 цилиндра во внутреннее пространство 4, фиг. 1 теплообменного устройства, где эту смесь закручивают по спирали между спиральными ребрами 8, фиг. 2 корпуса 7, фиг. 1, который является общим для парогенератора и теплообменного устройства. В результате чего, отдают полезное тепло этой смеси, ребрам 8, фиг. 2 и корпусу 7, фиг. 1 далее направляют парогазовую смесь в выхлопной коллектор по каналу 10, фиг. 1. Наружный корпус 9, фиг. 1 теплообменного устройства теплоизолируют от окружающей среды теплоизолятором 11 фиг. 1. Помимо этого, в датчике температуры 12 фиг. 1, формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определение, в конкретный момент времени, значение в диапазоне температур втулки 2, фиг. 1 цилиндра, в области камеры сгорания. А также, в датчике температуры 16, фиг. 1, формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определение, в конкретный момент времени, значение в диапазоне температур корпуса 7, фиг. 1 который является общим для парогенератора и теплообменного устройства. Одновременно с этим, в датчике температуры 17, фиг. 1 формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определение, в конкретный момент времени, значение в диапазоне температур питательной негорючей жидкости. После чего, в преобразователях 13, 16, 18, фиг. 1 преобразуют величины этих сигналов, обрабатывают их в блоке обработки данных 14, фиг. 1 и получают, в результате этой обработки, общую величину, как функцию от трех переменных, которую формируют в управляющий сигнал, преобразуют его в преобразователе 19, фиг. 1 и направляют этот управляющий сигнал в регулятор 20, фиг. 1, при помощи которого, обеспечивают соответствующий реверс и осуществляют соответствующее механическое перемещение органа 21, фиг. 1, регулирующего количество негорючей жидкости, подаваемой насосом, причем при повышении значения функций от трех переменных, увеличивают количество впрыскиваемой негорючей жидкости. А с уменьшением значения функции от трех переменных, уменьшают количество впрыскиваемой негорючей жидкости.

В системе для реализации способа, каждый цилиндр двигателя снабжен парогенератором, образованным между наружной поверхностью втулки 2, фиг. 1 цилиндра, выполненной со спиральными ребрами 3, фиг. 2 и цилиндрической внутренней поверхностью корпуса 7, фиг. 1 парогенератора, наружная поверхность которого является, одновременно с этим, внутренней поверхностью теплообменного устройства. А устройство для впрыска негорючей жидкости установлено таким образом, что его впрыскивающий орган находится во внутренней плоскости парогенератора. Причем, в той части втулки 2, фиг. 1 цилиндра, внутренняя поверхность которой является камерой сгорания, а наружная поверхность, одновременно с этим, является внутренней поверхностью парогенератора, - выполнены отверстия 5, фиг. 1 сообщающие паровое пространство 1, фиг. 1 парогенератора с камерой сгорания. А выхлопные органы 6, фиг. 1 втулки 2, фиг. 1 цилиндра соединяют внутренне пространство цилиндра с внутренним пространством 4, фиг. 1 теплообменного устройства, образованного между наружной поверхностью корпуса 7, фиг. 1 парогенератора, которая является одновременно с этим, внутренней поверхностью теплообменного устройства, выполненной со спиральными ребрами 8, фиг. 2 и внутренней поверхностью наружного корпуса 9, фиг. 1 теплообменного устройства. Причем внутренне пространство 4, фиг. 1 теплообменного устройства соединяют каналом 10, фиг. 1 с выхлопным коллектором. Теплоизолятор 11, фиг. 1 устанавливают ее наружным корпусом 9, фиг. 1 теплообменного устройства. А во втулке 2, фиг. 1 цилиндра, в области камеры сгорания, устанавливают первый датчик температуры 12, фиг. 1 который связан с входом первого преобразователя сигнала 13, фиг. 1 выход которого связан с первым входом блока обработки данных 14, фиг. 1. Помимо этого, в корпусе 7, фиг. 1. который является общим для парогенератора и теплообменного устройств, в той области теплообменного устройства, которую сообщают с выхлопным коллектором, устанавливают второй датчик температуры 15, фиг. 1, который связан с входом второго преобразователя сигнала 16, фиг. 1, выход которого связан со вторым входом блока обработка данных 14, фиг. 1. А также, в трубопроводе подачи к устройству для впрыска питательной негорючей жидкости, устанавливают третий датчик температуры 17, фиг. 1, который связан с входом третьего преобразователя сигнала 18, фиг. 1, выход которого связан с третьим входом блока обработки данных 14, фиг. 1. Выход которого связан с входом четвертого преобразователя общего сигнала 19, фиг. 1 выход которого связан с входом регулятора 20, фиг. 1, который механически соединен с органом 21, фиг. 1 регулирования подачи определенного количества негорючей жидкости насосом, соответствующего уровню величины этого регулирования.

В качестве негорючей жидкости может быть использована вода.

Блок 14, фиг. 1 может быть выполнен на микропроцессоре или компьютере.

Использование предлагаемого изобретения позволит оптимизировать, как способ, так и систему, предназначенную для осуществления способа присадки, негорючей жидкости к горючей смеси, с более эффективным использованием тепла уходящих газов, а также заменить водяное и воздушное охлаждение втулок цилиндров двигателя на испарительное охлаждение втулок, при снижении тепловых потерь и увеличении давления в цилиндрах двигателя.

Формула изобретения

1. Способ подачи в цилиндры двигателей внутреннего сгорания негорючей жидкости с превращением ее в пар в парогенераторах, с использованием тепла, теряемого в системе охлаждения и с уходящими газами, заключающийся в впрыскивании в камеры сгорания цилиндров двигателя порций негорючей жидкости, которые под действием теплоты сгорания превращаются в пар, затем в результате объемного расширения поддерживают движение рабочих органов и производят дополнительную работу, а также в передаче тепла уходящих газов негорючей жидкости, подаваемой в цилиндры двигателя, снижении тепловых потерь, происходящих с отдачей части полезного тепла рабочего тела окружающей среде через втулки цилиндров и охлаждающую жидкость, управлении работой насоса, подающего негорючую жидкость, от температурных изменений в двигателе, отличающийся тем, что порции негорючей жидкости впрыскивают в момент сгорания основной массы топлива в парогенераторы, через одни стенки которых передают негорючей жидкости тепло горючих газов, а через другие стенки этих парогенераторов передают негорючей жидкости тепло уходящих газов, в результате чего эту негорючую жидкость превращают в пар и направляют его в камеры сгорания цилиндров двигателя, а отработанные горючие газы и пар подают в теплообменные устройства, далее направляют парогазовую смесь в выхлопной коллектор, а также формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определенное в конкретный момент времени значение в диапазоне температур втулки цилиндра в области камеры сгорания, помимо этого формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определенное в конкретный момент времени значение в диапазоне температур корпуса, который является общим для парогенератора и теплообменного устройства, одновременно с этим формируют сигнал, величина которого отображает какое-либо определенное в конкретный момент времени значение в диапазоне температур питательной негорючей жидкости, после чего преобразуют величины этих сигналов, обрабатывают их и получают, в результате этой обработки, общую величину как функцию от трех переменных, которую формируют в управляющий сигнал, преобразуют его, а далее в зависимости от значения величины управляющего сигнала обеспечивают соответствующий реверс и осуществляют соответствующее механическое перемещение органа, регулирующего количество негорючей жидкости, подаваемой насосом, причем при повышении значения функции от трех переменных увеличивают количество впрыскиваемой негорючей жидкости, а с уменьшением значения функции от трех переменных уменьшают количество впрыскиваемой негорючей жидкости.

2. Система для подачи в цилиндры двигателей внутреннего сгорания негорючей жидкости с превращением ее в пар в парогенераторах с использованием тепла, теряемого в системе охлаждения и с уходящими газами, содержащая устройства для впрыска негорючей жидкости, теплообменные устройства для передачи тепла уходящих газов негорючей жидкости, подаваемой в цилиндры двигателя, теплоизоляторы втулок цилиндров для снижения тепловых потерь, происходящих с отдачей части полезного тепла рабочего тела окружающей среде через втулки цилиндров и охлаждающую жидкость, а также датчики температуры для управления работой насоса, подающего негорючую жидкость в устройства для впрыска, отличающаяся тем, что в этой системе каждый цилиндр снабжен парогенератором, образованным между поверхностью втулки цилиндра, выполненной со спиральными ребрами и цилиндрической внутренней поверхностью парогенератора, наружная поверхность корпуса которого является одновременно с этим внутренней поверхностью теплообменного устройства, а устройство для впрыска негорючей жидкости устанавливают таким образом, что его впрыскивающий орган находится во внутренней полости парогенератора, причем в той части втулки цилиндра, внутренняя поверхность которой является камерой сгорания, а наружная поверхность одновременно с этим является внутренней поверхностью парогенератора, выполнены отверстия, сообщающие паровое пространство парогенератора с камерой сгорания, а выхлопные органы цилиндра соединяют внутреннее пространство цилиндра с внутренним пространством теплообменного устройства, образованного между наружной поверхностью корпуса парогенератора, которая является одновременно с этим внутренней поверхностью теплообменного устройства, выполненной со спиральными ребрами, и внутренней поверхностью наружного корпуса теплообменного устройства, причем внутреннее пространство теплообменного устройства соединяют с выхлопным коллектором, а во втулке цилиндра, в области камеры сгорания, устанавливают первый датчик температуры, который связан с входом первого преобразователя сигнала, выход которого связан с первым входом блока обработки данных, помимо этого в корпусе, который является общим для парогенератора и теплообменного устройства, в той области теплообменного устройства, которую сообщают с выхлопным коллектором, устанавливают второй датчик температуры, который связан с входом второго преобразователя сигнала, выход которого связан с вторым входом блока обработки данных, а также в трубопроводе подачи к устройству для впрыска питательной негорючей жидкости устанавливают третий датчик температуры, который связан с входом третьего преобразователя сигнала, выход которого связан с третьим входом блока обработки данных, выход которого связан с входом четвертого преобразователя общего сигнала, выход которого связан входом регулятора, который механически соединен с органом регулирования подачи определенного количества негорючей жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2