Двигательная система внутреннего сгорания и вспомогательная система подачи воды для двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигательной системе внутреннего сгорания и вспомогательной системе подачи воды для двигателя внутреннего сгорания. Двигательная система содержит бензиновый двигатель, устройство для рециркуляции выхлопных газов, устройство для подачи воды, блок управления, при этом вода и выхлопной газ подаются в двигатель одновременно. Вспомогательная система подачи воды содержит устройство для подачи воды, соединенное с устройством для рециркуляции выхлопных газов, содержит блок управления устройством подачи на основе компьютера. Изобретение обеспечивает улучшение полноты сгорания топлива в двигателе, снижает концентрацию загрязняющих выбросов HC, CO и NO_x. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Это изобретение относится к двигательной системе внутреннего сгорания и вспомогательной системе подачи воды для двигателя внутреннего сгорания и, в частности, к вспомогательной системе подачи воды для бензинового двигателя внутреннего сгорания.

В обычном состоянии воздух содержит примерно 20% кислорода и 80% азота. Если двигатель может обеспечить полное сгорание, газовый выхлоп двигателя будет полностью превращен в воду (оксид водорода, H₂О) и диоксид углерода (СО₂), однако обычно сгорание в двигателе является неполным, т.е. пары бензина в двигателе не могут быть полностью превращены в CO₂ и H₂O, газ, выбрасываемый из двигателя, обычно содержит CO и HC, CO - это ядовитый газ, который может быть причиной смерти человека. Горение в двигателе обычно протекает при высокой температуре, поэтому выпускаемые газообразные отходы обычно содержат оксид азота (NO_x), который обычно превращается в фотохимический смог.

Вышеуказанные загрязняющие отходы, такие как CO, HC и NO_x, не только вредны для здоровья человека, но также вредны для окружающей среды, поэтому каждое правительство в мире делает попытки к снижению концентрации загрязняющих отходов, выбрасываемых автомобилями.

Обычно считают, что существует три системы регулирования отходов, выбрасываемых автомобилем, т. е. (1) система регулирования выброса картерных газов, (2) система регулирования выделения паров топлива и (3) система регулирования выброса выхлопных газов. Настоящее изобретение направлено на улучшение условий сгорания в обычной двигательной системе, чтобы снизить концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из нее, теория настоящего изобретения будет описана подробно в нижеследующем описании.

Фиг. 1 показывает связь между скоростью движения типового автомобиля и отношением воздух/топливо. Когда автомобиль начинает движение, паров мало из-за низкой начальной температуры. По этой причине двигатель требует более низкого отношения воздух/топливо (т.е. должна обеспечиваться более высокая подача топлива). Однако из-за неполного сгорания топлива в цилиндре большое количество CO и HC будет выбрасываться. Когда автомобиль движется со средней скоростью (от 20 до 113 км/ч), двигатель обладает более высокой полнотой сгорания топлива, и в этом случае количество выброшенных соединений CO и HC будет снижаться. Когда автомобиль движется с высокой скоростью, двигателю требуется более высокое отношение воздух/топливо, в это время двигатель имеет более высокую температуру и вследствие этого склонен к детонационному сгоранию топливной смеси или к детонации и, как результат этого, будет выбрасываться большее количество NO_x.

Из предшествующего уровня техники известна двигательная система внутреннего сгорания, содержащая бензиновый двигатель, устройство для рециркуляции выхлопных газов, установленное между заборным патрубком и выхлопным патрубком бензинового двигателя, устройство для подачи воды, соединенное с устройством для рециркуляции выхлопных газов с целью подачи воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, и блок управления для управления устройством для подачи полагающегося количества воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов и вспомогательная система подачи воды для двигателя внутреннего сгорания, предназначенная для бензинового двигателя с устройством для рециркуляции выхлопных газов, содержащая устройство для подачи воды, соединенное с устройством для рециркуляции выхлопных газов, блок управления устройством для подачи полагающегося количества воды (АС N 954583, F 02 B 47/02, 1982).

Задача настоящего изобретения заключается в создании двигательной системы внутреннего сгорания, которая улучшила полноту сгорания топлива в двигателе, снизила концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из него, а также в создании вспомогательной системы подачи воды для двигателя внутреннего сгорания, которая может быть установлена в автомобиль, уже вышедший с завода, для улучшения полноты сгорания топлива и снижения концентрации загрязняющих выбросов HC, CO и NO_x.

Поставленная задача решается тем, что в двигательной системе внутреннего сгорания, содержащей бензиновый двигатель, устройство для рециркуляции выхлопных газов, установленное между заборным патрубком и выхлопным патрубком бензинового двигателя, устройство для подачи воды, соединенное с устройством для рециркуляции выхлопных газов с целью подачи воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, и блок управления для управления устройством для подачи полагающегося количества воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, согласно изобретению вода и выхлопной газ, отходящие из бензинового двигателя, подаются в бензиновый двигатель одновременно, чтобы повысить полноту сгорания топлива в двигателе и снизить концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из бензинового двигателя, устройство для подачи воды содержит водяной бачок, соединенный с водяной трубкой, которая соединена с устройством для рециркуляции выхлопных газов, при этом водяная трубка снабжена регулирующим клапаном, установленным в ней для управления потоком воды, кроме того, устройство для подачи воды содержит ручной водорегулятор для управления потоком воды.

Целесообразно, чтобы блок управления был выполнен с возможностью управления потоком воды из устройства для подачи воды в соответствии с объемом воды в этом устройстве, температурой бензинового двигателя и частотой вращения бензинового двигателя, при этом блок управления выдает электрический сигнал для управления подачей воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, когда уровень воды в устройстве для подачи воды выше, чем предварительно заданный уровень, температура бензинового двигателя выше, чем предварительно заданная температура, и частота вращения двигателя выше, чем предварительно заданное значение.

Желательно, чтобы блок управления был снабжен генератором импульсов, соединенным с устройством зажигания бензинового двигателя, при этом генератор импульсов может обеспечивать множество периодических вспомогательных импульсов зажигания между первоначальными импульсами зажигания, чтобы повысить полноту сгорания топлива в бензиновом двигателе и снизить концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из бензинового двигателя, а устройство для подачи воды имело в своем составе последовательный управляющий клапан для подачи полагающегося количества воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов в соответствии с температурой бензинового двигателя и частотой вращения двигателя.

Поставленная задача решается также и тем, что вспомогательная система подачи воды для двигателя внутреннего сгорания, предназначенная для бензинового двигателя с устройством для рециркуляции выхлопных газов, содержащая устройство для подачи воды, соединенное с устройством для рециркуляции выхлопных газов, блок управления устройством для подачи полагающегося количества воды, согласно изобретению обеспечивает возможность одновременного втекания воды и выхлопных газов в бензиновый двигатель для повышения полноты сгорания топлива и снижения концентрации выбрасываемых отходов.

Кроме того, устройство для подачи воды имеет в своем составе водяной бачок, соединенный с водяной трубкой, которая соединена с устройством для рециркуляции выхлопных газов, при этом водяная трубка снабжена регулирующим клапаном, установленным в ней для управления потоком воды, а также ручной водорегулятор для управления потоком воды. Блок управления выполнен с возможностью регулирования потока воды устройства для подачи воды в соответствии с объемом воды в этом устройстве, температурой бензинового двигателя и рабочей частотой вращения бензинового двигателя и выдает электрический сигнал для управления подачей воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, когда уровень воды в устройстве для подачи воды выше, чем предварительно заданный уровень, когда температура бензинового двигателя выше, чем предварительно заданная температура, и когда частота вращения двигателя выше, чем предварительно заданное значение.

Блок управления содержит также генератор импульсов, соединенный с устройством зажигания бензинового двигателя, при этом генератор импульсов может обеспечивать множество периодических вспомогательных импульсов зажигания между первоначальными импульсами зажигания, чтобы повысить полноту сгорания топлива в бензиновом двигателе и снизить концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из бензинового двигателя.

Целесообразно, чтобы устройство для подачи воды содержало последовательный регулирующий клапан для подачи полагающегося количества воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов в соответствии с температурой бензинового двигателя и частотой его вращения.

Чтобы снизить концентрацию загрязняющих отходов, таких как HC, CO и NO_x, устройство зажигания улучшено путем снижения температуры двигателя, повышения площади контакта паров бензина, таким образом повышая полноту сгорания топлива и увеличивая подачу кислорода, или путем изменения временных характеристик зажигания.

Обычно автомобиль, движущийся в сухой зоне, к примеру в пустыне, будет потреблять больше бензина. В противоположность этому автомобиль, движущийся во влажной зоне, к примеру в прибрежной зоне, будет потреблять меньше бензина. Другими словами, влажность или водяной пар будет влиять на степень сгорания топлива в двигателе, поскольку удельный вес бензина отличается от удельного веса воды, т. е. удельный вес бензина меньше, чем удельный вес воды, и по этой причине они не могут смешиваться. До втекания парообразного бензина и воды в камеру сгорания частицы паров бензина, имеющие меньший удельный вес, прикрепляются к поверхности частиц воды. После того как частицы воды войдут в цилиндр, частицы воды будут расширяться под действием высокой температуры и высокого давления, а частицы бензина, прикрепленные к частицам воды, будут разделяться или становиться меньше, т.е. площадь контакта между бензином и воздухом будет увеличиваться (т.е. степень перемешивания возрастает). Кислород, содержащийся в воде, будет интенсифицировать горение для обеспечения полного сгорания. Другими словами, мощность двигателя будет возрастать и в то же время будет достигаться экономия топлива, а осаждение углерода в цилиндре будет уменьшаться, как результат этого эксплуатационный ресурс двигателя будет увеличиваться, тогда как затраты на техническое обслуживание будут уменьшаться, выбросы HC и CO также будут снижаться. Поскольку вода может понизить температуру двигателя, выбросы NO_x будут уменьшаться и поэтому выбрасываемые отходы будут менее пагубно влиять на окружающую среду.

Вспомогательная система подачи воды для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению разработана и рассчитана в соответствии с вышеуказанной теорией и характеристиками бензинового двигателя. Когда двигатель эксплуатируется при высокой частоте вращения или при высокой температуре, в него может быть добавлено полагающееся количество воды, чтобы повысить полноту сгорания и снизить выбросы HC, CO и NO_x.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 поясняет связь между скоростью движения автомобиля и отношением воздух/топливо.

Фиг. 2 - схема настоящего изобретения, показывающая вспомогательную систему подачи воды для двигателя внутреннего сгорания.

Фиг. 3 - блок-схема настоящего изобретения, показывающая способ управления вспомогательной системой подачи воды для двигателя внутреннего сгорания.

Фиг. 4 - структурная схема управляющей логики блока управления на основе компьютера для вспомогательной системы подачи воды двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5A иллюстрирует временную диаграмму импульсов зажигания обычного устройства зажигания.

Фиг. 5B иллюстрирует способ зажигания для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 иллюстрирует вспомогательную систему подачи воды для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению. Вспомогательная система 10 подачи воды двигателя внутреннего сгорания и бензиновый двигатель 100 объединены. Двигатель может быть любого типа из указанного вида. Вспомогательная система 10 подачи воды имеет в своем составе малый водяной бачок 14, вода в который подается из большого водяного бачка 12. Датчик 30 малого бачка установлен в малом водяном бачке 14. Как только вода в малом водяном бачке 14 падает ниже заданного уровня, водяной насос 32 начинает перекачивать воду из большого водяного бачка 12 в малый водяной бачок 14. Малый водяной бачок 14 соединен с водяной трубкой 16, в которой установлен регулирующий клапан 18, к примеру электромагнитный клапан. Регулирующий клапан 18 управляется реле 40, которое управляется блоком 50 управления. Блок 50 будет описан подробно в следующем абзаце. Водяная трубка 16 также снабжена ручным водорегулятором 20 для управления потоком воды. Один конец водяной трубки 16 соединен с тройником 22, второй конец которого соединен с выхлопным патрубком, третий конец тройника 22 соединен с устройством 24 для рециркуляции выхлопных газов, которое соединено с бензиновым двигателем 100. Цель применения устройства для рециркуляции выхлопных газов заключается в снижении объема выброса NO_x. Вода может протекать через устройство 24 для рециркуляции выхлопных газов и втекать в бензиновый двигатель 100 одновременно с порцией выхлопных газов, чтобы повысить полноту сгорания топлива в двигателе с одновременным снижением концентрации загрязняющих отходов (т.е. CO, HC и NO_x).

На фиг. 3 блок 50 управления имеет в своем составе: (а) порт L ввода, который принимает сигналы, передаваемые от датчика 60 уровня воды большого водяного бачка, от датчика 64 частоты вращения двигателя, от датчика 62 температуры водяной рубашки двигателя, от схемы E установки температуры двигателя и от схемы F установки и регулирования частоты вращения двигателя, (б) центральный процессор I, который принимает информацию от порта L ввода, исполняет управляющую программу J в соответствии с содержанием банка К данных, чтобы осуществить логическое решение до выдачи управляющей команды, (в) порт М вывода, который принимает команды от центрального процессора I и преобразует команды в электрический сигнал для управления реле 40, а также генератор 42 импульсов. Реле 40 может посылать электрический сигнал к регулирующему клапану 18, к примеру к электромагнитному клапану, регулирующий клапан управляет потоком воды в водяной трубке 16 таким образом, чтобы полагающееся количество воды втекало в устройство 24 для рециркуляции выхлопных газов. С генератора 42 импульсов электрический сигнал подается на усилитель 44, который соединен с катушкой 46 высокого напряжения устройства зажигания.

Как показано на фиг. 5A и 5B, генератор 42 импульсов может добавлять дополнительные импульсы зажигания между двумя импульсами зажигания обычного устройства зажигания, чтобы повысить полноту сгорания топлива в двигателе и снизить концентрацию выбрасываемых загрязняющих отходов.

На фиг. 4 представлена структурная схема управляющей логики блока 50 управления, показанного на фиг. 3. Центральный процессор выдает электрический сигнал для возбуждения реле 40 с целью включения регулирующего клапана 18, чтобы вода протекала через малый водяной бачок 14 и втекала в устройство 24 для рециркуляции выхлопных газов с целью обеспечения одновременного прохождения в цилиндр воды и выхлопного газа в том случае, когда центральный процессор I блока 50 управления устанавливает следующие состояния датчиков: (а) датчик 60 уровня воды обнаруживает, что уровень воды в большом водяном бачке больше, чем предварительно заданное значение, (б) датчик 62 температуры водяной рубашки двигателя обнаруживает, что температура двигателя выше, чем предварительно заданная температура двигателя, и (в) датчик 64 частоты вращения двигателя обнаруживает, что частота вращения двигателя выше, чем предварительно заданное значение.

Вышеупомянутые предварительно заданные значения уровня воды, температуры двигателя и частоты вращения двигателя зависят от модели автомобиля и рабочего объема цилиндров двигателя, и эти данные хранятся в упомянутом выше банке К данных.

Вспомогательная система подачи воды согласно настоящему изобретению может также иметь в своем составе последовательный регулирующий клапан, который может соответствующим образом регулировать размер отверстия в зависимости от температуры двигателя и частоты вращения двигателя, чтобы подавать полагающееся количество воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов с целью повышения полноты сгорания топлива и снижения концентрации загрязняющих отходов.

Настоящее изобретение может быть легко установлено в автомобиль, вышедший с завода.

Система внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может эффективно повысить полноту сгорания топлива, снизить концентрацию загрязняющих отходов и увеличить эксплуатационный ресурс двигателя.

Приведенное выше описание представляет собой предпочтительную реализацию согласно настоящему изобретению, которое не ограничено приведенным примером воплощения.

Формула изобретения

1. Двигательная система внутреннего сгорания, содержащая бензиновый двигатель, устройство для рециркуляции выхлопных газов, установленное между заборным патрубком и выхлопным патрубком бензинового двигателя, устройство для подачи воды, соединенное с устройством для рециркуляции выхлопных газов с целью подачи воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, и блок управления для управления устройством для подачи полагающегося количества воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, отличающаяся тем, что вода и выхлопной газ, отходящие из бензинового двигателя, подаются в бензиновый двигатель одновременно, чтобы повысить полноту сгорания топлива в двигателе и снизить концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из бензинового двигателя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для подачи воды содержит водяной бачок, соединенный с водяной трубкой, которая соединена с устройством для рециркуляции выхлопных газов, при этом водяная трубка снабжена регулирующим клапаном, установленным в ней для управления потоком воды.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для подачи воды содержит ручной водорегулятор для управления потоком воды.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью управления потоком воды из устройства для подачи воды в соответствии с объемом воды в этом устройстве, температурой бензинового двигателя и частотой вращения бензинового двигателя.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что блок управления выдает электрический сигнал для управления подачей воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, когда уровень воды в устройстве для подачи воды выше, чем предварительно заданный уровень, температура бензинового двигателя выше, чем предварительно заданная температура, и частота вращения двигателя выше, чем предварительно заданное значение.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления снабжен генератором импульсов, соединенным с устройством зажигания бензинового двигателя, при этом генератор импульсов может обеспечивать множество периодических вспомогательных импульсов зажигания между первоначальными импульсами зажигания, чтобы повысить полноту сгорания топлива в бензиновом двигателе и снизить концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из бензинового двигателя.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для подачи воды имеет в своем составе последовательный управляющий клапан для подачи полагающегося количества воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов в соответствии с температурой бензинового двигателя и частотой вращения двигателя.

8. Вспомогательная система подачи воды для двигателя внутреннего сгорания, предназначенная для бензинового двигателя с устройством для рециркуляции выхлопных газов, содержащая устройство для подачи воды, соединенное с устройством для рециркуляции выхлопных газов, блок управления устройством для подачи полагающегося количества воды, отличающаяся тем, что она обеспечивает возможность одновременного втекания воды и выхлопных газов в бензиновый двигатель для повышения полноты сгорания топлива и снижения концентрации выбрасываемых отходов.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что устройство для подачи воды имеет в своем составе водяной бачок, соединенный с водяной трубкой, которая соединена с устройством для рециркуляции выхлопных газов, при этом водяная трубка снабжена регулирующим клапаном, установленным в ней для управления потоком воды.

10. Система по п. 8, отличающаяся тем, что устройство для подачи воды имеет в своем составе ручной водорегулятор для управления потоком воды.

11. Система по п. 8, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью регулирования потока воды устройства для подачи воды в соответствии с объемом воды в этом устройстве, температурой бензинового двигателя и рабочей частотой вращения бензинового двигателя.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что блок управления выдает электрический сигнал для управления подачей воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов, когда уровень воды в устройстве для подачи воды выше, чем предварительно заданный уровень, когда температура бензинового двигателя выше, чем предварительно заданная температура, и когда частота вращения двигателя выше, чем предварительно заданное значение.

13. Система по п.8, отличающаяся тем, что блок управления содержит генератор импульсов, соединенный с устройством зажигания бензинового двигателя, при этом генератор импульсов может обеспечивать множество периодических вспомогательных импульсов зажигания между первоначальными импульсами зажигания, чтобы повысить полноту сгорания топлива в бензиновом двигателе и снизить концентрацию загрязняющих отходов, выбрасываемых из бензинового двигателя.

14. Система по п. 8, отличающаяся тем, что устройство для подачи воды содержит последовательный регулирующий клапан для подачи полагающегося количества воды в устройство для рециркуляции выхлопных газов в соответствии с температурой бензинового двигателя и частотой вращения его.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5