Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам эксплуатации двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с первичным топливом, содержащим метанол. Изобретение позволяет превращать первичное топливо из метанола на борту транспортного средства в топливо, содержащее диметиловый эфир для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия без трудностей заправки и хранения топлива, особенно в транспортных средствах. Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия на топливе, содержащем диметиловый эфир, полученном конверсией первичного метанольного топлива, включает стадии: сжатия первичного метанольного топлива в его жидкой форме до конечного давления впрыска двигателя; подогрева сжатого первичного топлива теплом, содержащимся в отработанных газах двигателя; введения и превращения первичного топлива при температуре впрыска двигателя и давлении впрыска в топливо, содержащее диметиловый эфир, за счет контакта с катализатором дегидратации метанола; и впрыска топлива, содержащего диметиловый эфир, при давлении и температуре впрыска в двигатель. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, и особенно эксплуатации таких двигателей с первичным топливом, содержащим метанол.

Самым типичным примером двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия является двигатель Дизеля, работающий с дизельным топливом с высоким цетановым числом. Чтобы понизить загрязнение окружающей среды, возникающее при сжигании дизельного топлива, было предпринято, в прошлом, несколько попыток заменить дизельное топливо альтернативными топливами, оказывающими пониженное воздействие на окружающую среду.

Такое альтернативное топливо для использования в дизельных двигателях раскрыто в европейской заявке на патент ЕР 775185. Топливо согласно этому патенту состоит, в основном, из диметилового эфира с содержанием метанола и воды до 20%.

Несмотря на присутствие в нем горючих элементов без примесей и высокую эффективность в дизельном двигателе, основным недостатком топлив на основе диметилового эфира является трудность хранения и заправки их в транспортные средства. В обычных условиях диметиловый эфир находится в газовой фазе. Чтобы превратить это топливо в его более удобную жидкую форму, топливо из диметилового эфира необходимо хранить и заправлять при высоком давлении.

Основной задачей настоящего изобретения является создание способа превращения первичного топлива из метанола на борту транспортного средства в топливо, содержащее диметиловый эфир для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия без трудностей заправки и хранения топлива, особенно, в транспортных средствах.

В соответствии с вышеуказанной задачей, настоящее изобретение состоит в способе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия на топливе, содержащем диметиловый эфир, полученном конверсией первичного метанольного топлива, включающим следующие стадии:

- сжатие первичного метанольного топлива в его жидкой форме до конечного давления впрыска двигателя;

- подогрева сжатого первичного топлива теплом, содержащимся в отработанных газах двигателя;

- введение и превращение первичного топлива при температуре впрыска двигателя и давлении впрыска в топливо, содержащее диметиловый эфир, за счет контакта с катализатором дегидратации метанола; и

- впрыска топлива, содержащего диметиловый эфир при давлении и температуре впрыска в двигатель.

Во время рабочего цикла с низкой нагрузкой или при запуске двигателя отработанные газы могут быть при такой температуре, которая недостаточна, чтобы создать температуру, необходимую для воспламенения первичного метанольного топлива. В этих условиях предпочтительно включить в качестве еще одной стадии в вышеуказанный способ эксплуатации дополнительный подогрев топлива теплом от сгорания части полученного топлива, содержащего диметиловый эфир, в горелке.

Условия эксплуатации в способе настоящего изобретения будут регулироваться, чтобы получить топливо из диметилового эфира с желаемыми свойствами воспламенения.

Эфирные топлива для использования в условиях воспламенения от сжатия с нужными характеристиками воспламенения и сгорания представляют собой вышеуказанную смесь диметилового эфир, метанола и воды с содержанием метанола до 20% и содержанием воды до 20%. В международной патентной заявке номер РСТ/ЕР 00/05275 показано, что дизельное топливо, содержащее диметиловый эфир, метанол и до 48% воды, является эффективным топливом в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Внутри вышеуказанных интервалов состава топлива на основе диметилового эфира условия эксплуатации способа настоящего изобретения обычно будут устанавливаться для температуры впрыска между 250°С и 350°С и давления впрыска между 15 и 30 МПа. При этом конверсия метанола в смесь из диметилового эфира, воды и метанола протекает с приемлемой скоростью на катализаторе дегидратации адиабатически.

Термины "температура впрыска" и "давление впрыска", как они использованы здесь ранее и в последующем описании, будут означать температуру и давление, при которых топливо из диметилового эфира, воды и метанола впрыскивают в цилиндры двигателя.

Вышеуказанные особенности и аспекты настоящего изобретения объясняются более детально в следующем описании со ссылкой на чертеж, который показывает схематически систему впрыска топлива с общим каналом, снабженную реактором дегидратации метанола, для использования в изобретенном способе.

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с системой впрыска топлива с общим каналом для использования в специфическом варианте осуществления настоящего изобретения включает бак для метанола 2, присоединенный линией 3 к адиабатически работающему реактору дегидратации метанола. Далее система содержит общий канал для впрыска 12 с инжекторными клапанами (не показаны), чтобы контролировать поток топлива, инжектируемого в двигатель 14. Горячие отработанные газы выпускают из двигателя через выпускной канал 16. При работе системы при нормальной нагрузке метанол закачивают и сжимают до давления впрыска из бака 2 метанольным насосом 20. Сжатый метанол затем подогревают непрямым теплообменом в теплообменнике 22 до температуры реакции, например, от 250°С до 300°С теплом от отработанных газов двигателя, текущих с наружной стороны теплообменника 22 в канале 16. При циклах с нормальной нагрузкой двигателя подогретый метанол пропускают в реактор дегидратации метанола 4, который снабжен фиксированным слоем катализатора дегидратации метанола. Топливо из диметилового эфира, метанола и воды с вышеуказанным интервалом состава отводят из реактора 4 и пропускают в систему впрыска с общим каналом 12. При циклах запуска или низкой нагрузки двигателя температура отработанных газов двигателя может быть недостаточно высокой, чтобы обеспечить необходимое тепло в теплообменнике 22. В этих циклах двигателя часть топлива на основе диметилового эфира пропускают в обход инжекторного канала 12 через линию 24 и сжигают в подогревателе 26, чтобы обеспечить дополнительное тепло для подаваемого метанола перед введением в реактор 4.

Предыдущее описание и чертеж являются чисто схематическими, чтобы объяснить существенные особенности настоящего изобретения. Части и средства, являющиеся очевидными в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, включая инжекторные клапана в системе с общим каналом и байпасные линии, не показаны.

1. Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия на топливе, содержащем диметиловый эфир, полученном конверсией первичного метанольного топлива, включающий стадии (а) сжатия первичного метанольного топлива в его жидкой форме до конечного давления впрыска двигателя; (б) подогрева сжатого первичного топлива теплом, содержащимся в отработанных газах двигателя; (в) введения и превращения первичного топлива при температуре впрыска двигателя и давлении впрыска в топливо, содержащее диметиловый эфир, за счет контакта с катализатором дегидратации метанола; (г) впрыска топлива, содержащего диметиловый эфир при давлении и температуре впрыска в двигатель.

2. Способ по п.1, включающий еще стадию дополнительного подогрева топлива теплом от сгорания части полученного топлива, содержащего диметиловый эфир, в горелке.