Способ организации рабочего процесса газодизельного двигателя



Способ организации рабочего процесса газодизельного двигателя
Способ организации рабочего процесса газодизельного двигателя
Способ организации рабочего процесса газодизельного двигателя

Владельцы патента RU 2700866:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам питания газодизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ организации рабочего процесса газодизельного ДВС, заключающийся в подаче паро-газо-воздушной смеси в камеру сгорания 39 с впускным каналом, являющийся накопительной камерой 42. В процессе сжатия паро-газо-воздушной смеси при ее соприкосновении и смешении с остаточными газами в камере сгорания, запускают реакции комбинированной конверсии низших алканов в присутствии катализатора нанесенного на стенки камеры сгорания. При этом в камеру сгорания поступает обедненная паро-газо-воздушная смесь, которая смешивается с остаточными газами образуя топливный заряд. В процессе сжатия топливного заряда происходит его воспламенение. В присутствии катализатора, запускается реакция комбинированной конверсии низших алканов (метан, этан, пропан, бутан) в водород и окись углерода. В конце процесса сгорания топливного заряда на границе с катализатором запускается процесс высокотемпературной очистки отработавших газов от выбросов оксидов азота высокотемпературным каталитическим восстановлением на поверхности катализаторов при контакте нитрозных газов с газами восстановителями, содержащимися в отработавших газах. Газами восстановителями являются метан, оксид углерода, водород и азотно-водородная смесь. Система служит для обеспечения бездетонационной работы газодизельного ДВС при всережимном автоматическом регулировании подачи газовых и жидких топлив и обеспечения улучшенных топливно-экономических, экологических характеристик ДВС. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может использоваться в системах питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на газомоторных топливах, таких как сжиженные углеводородные топлива, природный газ и другие.

Известен способ зажигания топливно-воздушных смесей в двигателе внутреннего сгорания, описанный в патенте РФ №2535308 МПК F02B 19/12, F02B 43/00, 2012. Предложен способ зажигания топливно-воздушной, преимущественно бедной, смеси в двигателе внутреннего сгорания с основной камерой сгорания и с камерой зажигания, включающий в себя следующие этапы: впуск на такте сжатия в камеру зажигания топливно-воздушной смеси из основной камеры сгорания, зажигание топливно-воздушной смеси, выброс горящего факела в основную камеру сгорания в начале такта расширения. При этом в качестве основного отличия в данном способе заявляется то, что впуск топливно-воздушной смеси из основной камеры сгорания в камеру зажигания осуществляют по ее центральной оси через газодинамические детекторы, причем, по меньшей мере, один детектор имеет пропускную способность в сторону камеры зажигания, а выброс горящего факела из камеры зажигания в основную камеру сгорания осуществляют по ее периферии через газодинамические детекторы, из которых, по меньшей мере, два имеют пропускную способность в сторону основной камеры сгорания, при этом горящие струи направляют на условную окружность центра масс для заданного объема основной камеры сгорания.

Основными недостатками известного способа являются сложность конструкции и повышенные требования к точности изготовления и обработки элементов конструкции, а также невысокая эффективность при использовании без искрового воспламенения топливно-воздушной смеси.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ организации рабочего процесса газового поршневого двигателя с искровым зажиганием, заключающимся в подаче газо-воздушной смеси в камеру сгорания с впускным каналом, являющийся накопительной камерой, в процессе сжатия газо-воздушная смесь при ее соприкосновении и смешении с остаточными газами в камере сгорания запускают реакции комбинированной конверсии низших алканов в присутствии катализатора нанесенного на стенки камеры сгорания.

В камере зажигания обеспечивают сохранение остаточных газов температурой 500-700°C и их соприкосновение и смешение с газовоздушной смесью, поступающей в процессе сжатия из камеры сгорания через соединительный канал в камеру зажигания, инициируя этим запуск реакций комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода, при этом обеспечивают интенсификацию реакций комбинированной конверсии за счет повышения давления и соответственно температуры газовоздушной смеси в камере сгорания и соответственно в камере зажигания, обеспечивающий в момент искрообразования энергию разряда не менее 200 мДж и имеющий камеру зажигания выполненную из материала, являющегося катализатором реакций комбинированной конверсии низших алканов в водород и окись углерода (патент РФ 2535308, МПК F02B 19/12, F02B 43/00, 2012)

Недостатком известного способа, применяемого в газовом двигателе является малая поверхность каталитического материала, отделенного от основной камеры, низкая эффективность в двигателях с воспламенением от сжатия, необходимость изготовления и установки отдельной камеры зажигания.

Технической задачей изобретения является исключение детонации при работе газодизельного двигателя на всех эксплуатационных режимах, повышение надежности системы, улучшение его топливной экономичности и экологических показателей, путем оптимизации подачи жидкого и газообразного топлива при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы газодизеля.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе организации рабочего процесса газодизельного двигателя, заключающемся в подаче паро-газо-воздушной смеси в камеру сгорания с впускным каналом, являющийся накопительной камерой, в процессе сжатия паро-газо-воздушной смеси при ее соприкосновении и смешении с остаточными газами в камере сгорания запускают реакции комбинированной конверсии низших алканов в присутствии катализатора нанесенного на стенки камеры сгорания. При этом в камеру сгорания поступает обедненная паро-газо-воздушная смесь, которая смешивается с остаточными газами, образуя топливный заряд, в процессе сжатия топливного заряда происходит его воспламенение, в присутствии катализатора, запускается реакция комбинированной конверсии низших алканов (метан, этан, пропан, бутан) в водород и окись углерода, в конце процесса сгорания топливного заряда на границе с катализатором запускается процесс высокотемпературной очистки отработавших газов от выбросов оксидов азота высокотемпературным каталитическим восстановлением на поверхности катализаторов при контакте нитрозных газов с газами восстановителями содержащимися в отработавших газах, при этом восстановителями являются метан, оксид углерода, водород и азотно-водородная смесь.

Изобретение объясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена система питания газодизеля; на фиг. 2 - камера сгорания газодизеля.

Система питания газодизеля содержит линии подачи газа - а и питания жидким топливом – б; электронную систему регулирования подачи и переключения топлив – в; систему перепуска отработавших газов – г; систему подачи воды в парообразном состоянии – д.

Линия подачи газа –а включает источник газового топлива 1, впускной коллектор 2 двигателя, вентиль 3, заправочное устройство 4, запорный электромагнитный клапан 5, газовый фильтр 6, газовый редуктор 7, фильтр 8 тонкой очистки газа, электромагнитные клапаны 9 подачи газа.

Линия питания жидким топливом - б включает топливный бак 10, фильтр грубой очистки топлива 11, топливоподкачивающий насос 12, - фильтр 13 тонкой очистки топлива, топливный насос 14 высокого давления, исполнительное устройство 15 топливного насоса высокого давления, - форсунки 16.

Электронная система регулирования подачи и переключения топлив - в включает блок управления 17, датчики 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, электронная педаль 27 подачи топлива, ручной регулятор 28 подачи топлива, переключатели режимов 29, 30.

Система перепуска отработавших газов – г включает исполнительное устройство 31управления заслонкой, - заслонка 32, выпускной коллектор 33, воздушный фильтр 34.

Система подачи воды в парообразном состоянии - д, включает - форсунка 35; испаритель 36; водяной бак 37; насос 38.

Для реализации технологии перевода на газовое топливо дизельных двигателей разработана микропроцессорная система управления газодизельным двигателем, предназначенная для управления впрыском запальной дозы дизельного топлива, подачей газомоторного топлива и автоматического регулирования частоты вращения. Она обеспечивает оптимизацию подачи дизельного и газомоторного топлива, устойчивую работу без детонации на пропан-бутановых смесях со степенью сжатия дизельного двигателя во всем диапазоне частот вращения, нагрузок и при переходных режимах, с коэффициентом избытка воздуха от 1,1 до 1,8, тем самым происходит улучшение его топливной экономичности и экологических показателей.

Газодизельный двигатель имеет камеру сгорания 39, ограниченную поршнем 40 и головкой цилиндра 41, накопительную камеру 42, объединенную с камерой сгорания 39. В накопительной камере 42, изготовленной из никелевой жаропрочной стали, установлен распылитель форсунки 43. Газообмен двигателя осуществляется через выпускной клапан 44 и впускной клапан 45. Подготовка паро-газо-воздушной смеси организована в смесительной рампе 46.

В качестве топлива в данном случае используют углеводородные газы, в состав которых входят компоненты из группы низших алканов: метан, этан, пропан, бутан

Система питания газодизеля работает следующим образом.

Рабочий процесс газодизельного двигателя организован следующим образом. На такте наполнения обедненная паро-газо-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха 1,1 – 1,8 предварительно смешивается в смесительной рампе 46 и поступает через впускной клапан 45 в цилиндр двигателя, при этом в накопительной камере 42 и камере сгорания 39, сохраняются остаточные газы, температурой 300...600˚С, в составе которых по объему содержится 7% углекислого газа, 6,5% кислорода, 13% водяного пара, при коэффициенте избытка воздуха 1,5. В процессе сжатия в накопительную камеру, температура которой 200...400˚С, поступает газо-воздушная смесь, температура и давление которой возрастает до 550˚С и 5,5 МПа к моменту впрыска запальной дозы в камеру сгорания. При наличии катализатора, перечисленные факторы запускают в камере сгорания и накопительной камере реакцию комбинированной конверсии низших алканов (метан, этан, пропан, бутан) в водород и окись углерода.

Углекислотная конверсия

CnH2n+2+nCO2=2nCO+(2n+1)H2(1)

Для метана CH4+CO2=2CO+2H2

Для этана C2H6+2CO2=4CO+5H2

Для пропана C3H8+3CO2=6CO+7H2

Для бутана C4H10+4CO2=8CO+9H2

Парциальная конверсия кислородом

CnH2n+2+1/2nO2=nCO+(2n+1)H2(2)

Для метана CH4+1/2O2=CO+2H2

Для этана C2H6+O2=2CO+3H2

Для пропана C3H8+3/2O2=3CO+4H2

Для бутана C4H10+2O2=4CO+5H2

Паровая конверсия

CnH2n+2+nН2О=nCO+(2n+1)H2(3)

Для метана CH42О=CO+3H2

Для этана C2H6+2Н2О=2CO+5H2

Для пропана C3H8+3Н2О=3CO+7H2

Для бутана C4H10+4Н2О=4CO+9H2

Параллельно идет паровая конверсия окиси углерода в водород

CO+Н2О=CO22(4)

Водород за счет своего минимального веса скапливается в накопительной камере 42. В камере сгорания 39 сохраняются остаточные газы продуктов сгорания в том числе окись углерода. Водород имеет очень широкие концентрационные пределы воспламенения по объему в воздухе от 4,09% до 80%, как и окись углерода от 12,5% до 80%, в отличие от метана от 5,28% до 15,4%. Водород имеет более высокий коэффициент диффузии 0,66 см2/с в отличие от метана 0,196 см2/с. Для воспламенения водорода необходимо меньше энергии приблизительно в 17 раз. Минимальная энергия воспламенения водорода 0,019 мДж, метана 0,33 мДж. Указанные характеристики позволяют воспламенить водород с минимальными затратами энергии. После самовоспламенения запальной дозы горящие дизельное топливо, водород, окись углерода распространяются широким фронтом в камере сгорания 39, зажигая основной топливный заряд, обеспечивая устойчивую работу двигателя без детонации с высокой степенью сжатия во всем необходимом диапазоне частот вращения, нагрузок и при переходных режимах работы. При этом повышается надежность, а также эффективные и экологические показатели двигателя.

Обезвреживание отходящих газов от оксидов азота в камере сгорания 39 происходит в конце сгорания высокотемпературным каталитическим восстановлением. Процесс происходит при контакте нитрозных газов с газами восстановителями на поверхности катализаторов содержащимися в отработавших газах. Восстановителями являются метан, оксид углерода, водород и азотно-водородная смесь.

Суть протекающих восстановительных процессов выражается следующими реакциями:

4NO + CH4 = 2N2 + CO2 + 2H2O,

2NО2 + СН4 = N2 + СО2 + 2Н2О,

2NO + 2CO = N2 + 2CO2,

2NO2 + 4CO = N2 + 4CO2,

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O,

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O.(5)

Восстановление нитрозных газов происходит в отработавших газах, выходящих из камеры сгорания возле слоя никелевого катализатора в камере сгорания.

В лаборатории «Двигателей и применения альтернативных топлив» ФГБНУ ВИМ изготовлен и испытан опытный образец системы питания газодизеля.

Результаты испытаний показали, что система питания газодизеля обеспечивает без детонационную работу газодизельного двигателя при всережимном автоматическом регулировании подачи газовых и жидких топлив и улучшение топливно-экономических, экологических характеристик.

Заявляемое изобретение может найти широкое применение в двигателестроении.

Способ организации рабочего процесса газодизельного двигателя, заключающийся в подаче паро-газо-воздушной смеси в камеру сгорания с впускным каналом, являющийся накопительной камерой, в процессе сжатия паро-газо-воздушной смеси при ее соприкосновении и смешении с остаточными газами в камере сгорания запускают реакции комбинированной конверсии низших алканов в присутствии катализатора нанесенного на стенки камеры сгорания, отличающийся тем, что в камеру сгорания поступает обедненная паро-газо-воздушная смесь, которая смешивается с остаточными газами, образуя топливный заряд, в процессе сжатия топливного заряда происходит его воспламенение, в присутствии катализатора, запускается реакция комбинированной конверсии низших алканов (метан, этан, пропан, бутан) в водород и окись углерода, в конце процесса сгорания топливного заряда на границе с катализатором запускается процесс высокотемпературной очистки отработавших газов от выбросов оксидов азота высокотемпературным каталитическим восстановлением на поверхности катализаторов при контакте нитрозных газов с газами восстановителями содержащимися в отработавших газах, при этом восстановителями являются метан, оксид углерода, водород и азотно-водородная смесь.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Предложен способ подачи топлива в ДВС, в котором жидкое топливо или смесь топлив из топливной емкости 11 через штатную топливную систему автомобиля подают в парогенератор 9 и 7, получают в парогенераторе с расчетной производительностью газовоздушную смесь заданной температуры в расчетной объемной пропорции смеси, которую подают в камеру сгорания 13 через впускной воздушный коллектор 2 на такте всасывания.
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложено приводное устройство для транспортных средств, включающее в себя устройство (2) для частичного окисления топлива, топливный бак (1) и дизельный двигатель (4), причем устройство (2) находится в проточном соединении с топливным баком (1) и двигателем (4), так что по меньшей мере часть находящегося в транспортном средстве топлива подается перед сжиганием в двигателе на частичное окисление.

Изобретение относится к обработке газов. Для восстановления серы из содержащего сероводород потока газа осуществляют следующие стадии.

Изобретение раскрывает способ подготовки попутных нефтяных и природных газов для использования в энергоустановках, состоящий в снижении концентрации соединений газа, имеющих низкую детонационную стойкость и повышающих вероятность смоло- и сажеобразования, путем каталитической пароуглекислотной конверсии при температуре, не превышающей 450ºС с последующей подачей конвертируемых газов в топливный тракт двигателя энергоустановки, при этом в качестве двигателя энергоустановки применяют двухтопливный газодизельный двигатель, который первоначально запускают на дизельном топливе, отходящие газы газодизельного двигателя подают на катализаторный блок каталитического риформера для его разогрева, после чего осуществляют подачу в каталитический блок попутных нефтяных и природных газов, при этом в качестве окислителя для проведения каталитической пароуглекислотной конверсии используют атмосферный воздух и часть продуктов отходящих газов газодизельного двигателя, содержащих пары воды и двуокись углерода, а перед подачей конвертируемых газов в топливный тракт газодизельного двигателя осуществляют дополнительную очистку от механических частиц и охлаждение.

Настоящее изобретение относится к способу превращения спирта в топливную смесь, состоящую из спирта, эфира и воды, которая подходит для работы двигателя внутреннего сгорания, в частности автомобильного двигателя внутреннего сгорания, и к устройству для его осуществления.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а конкретно к предварительной подготовке топлива в теплосиловых установках и двигателях, в том числе внутреннего сгорания.

Изобретение относится к устройствам для подготовки топлива перед сжиганием. Предложен модуль подготовки топлива, в котором подготавливаемое топливо приводят в контакт с вставным блоком 50 подготовки топлива, который включает металлические каталитические элементы 52, содержащиеся в проволочной сетчатой вставке 54, и цеолитный каталитический материал 58, состоящий из смеси твердых частиц цеолита и твердых частиц редкоземельного металла или оксида металла в твердом полимерном связующем материале и находящийся в сквозном канале 24 корпуса 20, таким образом, что топливо, протекающее в канале между впускным 30 и выпускным 40 концами корпуса, вступает в контакт с вставным блоком подготовки топлива.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия. Предложен способ работы ДВС на эфирсодержащем топливе, полученном превращением спиртсодержащего первичного топлива.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложен способ работы двигателя с воспламенением от сжатия на эфирсодержащем топливе, полученном из первичного топлива на основе спирта, включающий стадии: 1 - непрерывного отбора первичного топлива из топливного бака (2) и сжатие топлива в жидкой форме до конечного давления впрыска; 2 - непрерывного введения сжатого первичного топлива в топливную накопительную камеру (6); 3 - непрерывного распределения сжатого первичного топлива в трубки (9a-9d), соединяющие накопительную камеру (6) с топливными форсунками (11a-11d) двигателя; 4 - перед подачей в топливные форсунки, непрерывного превращения сжатого первичного топлива в эфирсодержащее топливо контактом с катализатором дегидратации спирта (10a-10d), расположенным в каждой трубке перед топливными форсунками; 5 - непрерывного впрыска эфирсодержащего топлива под давлением впрыска в двигатель; 6 - непрерывного отбора части первичного топлива из накопительной камеры и рециркулирование отобранного первичного топлива в топливный бак.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам подготовки различных топлив для двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам подачи рециркулируемого отработанного газа в воздух для сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Система подачи для введения рециркулируемого отработанного газа в канал (1) свежего воздуха двигателя внутреннего сгорания содержит в канале (1) свежего воздуха для прерывания подачи свежего воздуха перед головкой цилиндра двигателя внутреннего сгорания быстродействующий клапан (4).

Изобретение относится к способам и системам для топливной форсунки, содержащей средства вовлечения воздуха. Предложены способы и системы для топливной форсунки, соединенной со смесительными каналами для вовлечения газов камеры сгорания в порцию впрыскиваемого топлива для уменьшения образования сажи во всем диапазоне параметров работы двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя с наддувом содержит следующие этапы.

Изобретение относится к контролю двигателей внутреннего сгорания, оснащенных контуром частичной рециркуляции выхлопных газов. Техническим результатом является повышение эффективности диагностики неисправности системы частичной рециркуляции выхлопных газов (EGR) дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к нагнетателям для наддува двигателей. Нагнетатель (200) для наддува двигателя устанавливается во впускном тракте двигателя и имеет первый вращающийся элемент (202) и второй вращающийся элемент (204).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложенное устройство подачи воды в газодизель содержит емкость с водой 1, трубопроводы подачи воды 2 и распылители 3 воды инжекторного типа.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложен гомогенизатор, по меньшей мере, для двух потоков текучих сред, в частности для однородного смешивания газа и воздуха в газовом двигателе, причем к центральной гомогенизирующей камере (2; 12; 23) в качестве зоны смешивания присоединены, по меньшей мере, две направляющие разные потоки текучих сред подающие магистрали (3, 4; 13, 14; 24, 25) и одна направляющая гомогенизированную текучую среду отводящая магистраль (5; 15; 26).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. При управлении двигателем (10) направляют отработавшие газы от первого крайнего (31) и первого центрального (33) из четырех цилиндров к первой спирали (71) двухспирального турбонагнетателя (290).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя, в котором подают сжатый воздух через дроссель в двигатель от компрессора, приводимого в движение турбиной.

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему по меньшей мере одну головку цилиндров по меньшей мере с одним цилиндром (1а), по меньшей мере один блок (1) цилиндров, соединенный по меньшей мере с одной головкой цилиндров и служащий верхней половиной картера, для удержания коленчатого вала по меньшей мере в двух подшипниках (2) коленчатого вала, по меньшей мере один дополнительный вал, установленный по меньшей мере в двух опорных подшипниках, масляный контур, содержащий маслопроводы для подачи масла по меньшей мере в два подшипника (2), и устройство рециркуляции отработавших газов.
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложено приводное устройство для транспортных средств, включающее в себя устройство (2) для частичного окисления топлива, топливный бак (1) и дизельный двигатель (4), причем устройство (2) находится в проточном соединении с топливным баком (1) и двигателем (4), так что по меньшей мере часть находящегося в транспортном средстве топлива подается перед сжиганием в двигателе на частичное окисление.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам питания газодизельных двигателей внутреннего сгорания. Предложен способ организации рабочего процесса газодизельного ДВС, заключающийся в подаче паро-газо-воздушной смеси в камеру сгорания 39 с впускным каналом, являющийся накопительной камерой 42. В процессе сжатия паро-газо-воздушной смеси при ее соприкосновении и смешении с остаточными газами в камере сгорания, запускают реакции комбинированной конверсии низших алканов в присутствии катализатора нанесенного на стенки камеры сгорания. При этом в камеру сгорания поступает обедненная паро-газо-воздушная смесь, которая смешивается с остаточными газами образуя топливный заряд. В процессе сжатия топливного заряда происходит его воспламенение. В присутствии катализатора, запускается реакция комбинированной конверсии низших алканов в водород и окись углерода. В конце процесса сгорания топливного заряда на границе с катализатором запускается процесс высокотемпературной очистки отработавших газов от выбросов оксидов азота высокотемпературным каталитическим восстановлением на поверхности катализаторов при контакте нитрозных газов с газами восстановителями, содержащимися в отработавших газах. Газами восстановителями являются метан, оксид углерода, водород и азотно-водородная смесь. Система служит для обеспечения бездетонационной работы газодизельного ДВС при всережимном автоматическом регулировании подачи газовых и жидких топлив и обеспечения улучшенных топливно-экономических, экологических характеристик ДВС. 2 ил.

Наверх