Система питания двигателя внутреннего сгорания водородным топливом на основе аммиака

Авторы патента:

Сиротин Павел Владимирович (RU)

Азаренков Андрей Александрович (RU)

Волик Андрей Владимирович (RU)

F02M27/02 - катализаторами

F02M21/02 - газообразным топливом (устройства для испарения топлива путем подогрева F02M 31/00; двигатели с устройствами, генерирующими газ из твердого топлива, например из дерева F02B 43/08)

F02B43/10 - двигатели или установки, работающие на других газах, например ацетилене, гремучем газе

C01B3/04 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2778415:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" (RU)

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Система питания ДВС включает систему питания воздухом. Система питания ДВС водородом содержит топливный бак (6) с жидким аммиаком, соединенный с испарителем (7). Устройство (9) каталитического разложения, установленное в выпускной трубопровод (10) ДВС, состоит из датчиков (11) температуры, установленных в секцию (12) с подводом тепла от отработавших газов и секцию (13) с подводом тепла от встроенного электронагревателя, последовательно соединенных с охладителем (15) азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой (20), установленной во впускной трубопровод (2) и соединенной с блоком (21) управления. Между испарителем (7) и устройством (9) каталитического разложения установлен первичный управляемый редуктор (8). Между охладителем (15) азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой (20) установлен вторичный управляемый редуктор (16), соединенный трубопроводом с устройством (17) повышения концентрации водорода в топливе, содержащим мембранный фильтр (18), разделяющий исходное топливо на горючий компонент водород и негорючий азот, и сбросной клапан (19), обеспечивающий отведение негорючих компонентов. Технический результат заключается в увеличении доли горючего компонента в составе топливовоздушной смеси, подаваемой в цилиндры двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием газообразным топливом.

В результате анализа уровня техники изобретения выявлены следующие аналоги и прототип.

Известна система питания водородом двигателя внутреннего сгорания, описанная в патенте (Патент RU ПМ №92913 Система питания водородным топливом двигателя внутреннего сгорания комбинированной энергоустановки опубл.: 10.04.2010 г., МПК F02B 43/10) и содержащая топливный бак со спиртом, первый топливный контур, содержащий форсунки для подачи спирта топливным насосом в патрубки впускного трубопровода двигателя, второй топливный контур, содержащий другой топливный насос, теплообменник для нагрева спирта до газообразного состояния, соединенный с обратным клапаном, подключенным в термохимический реактор, расположенный в выпускном трубопроводе для получения из газообразного спирта синтез-газа, состоящего из водорода и оксида углерода, теплообменник для охлаждения синтез-газа, регулятор подачи охлажденного синтез-газа, электромагнитные клапаны, топливные трубки, расположенные во впускных каналах в головке цилиндров двигателя для подачи синтез-газа при открытии впускных клапанов в щели между ними и их седлами.

Также известна система питания водородом двигателя внутреннего сгорания, описанная в патенте (Патент RU ПМ №179096 Система питания двигателя внутреннего сгорания водородсодержащим топливом Опубл.: 26.04.2018 г., МПК F02B 43/08, F02M 25/10, F02M 25/12) содержащая топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, топливные форсунки, впускной коллектор, теплообменник, клапан-дозатор, впускной клапан, каталитический конвертор, испаритель, воздушный компрессор, блок управления подачей конвертированного топлива, датчик положения рейки топливного насоса высокого давления, датчик положения органа управления подачей топлива, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и датчик температуры каталитического элемента.

Недостатком приведенных аналогов является низкая экологичность процесса преобразования исходного топлива в водородное, так как получаемый в результате синтез-газ содержит значительные количества оксида углерода.

Наиболее близкой по технической сущности является выбранная в качестве прототипа система питания, использующая аммиак в качестве исходного материала для генерации водорода (Патент US №8,561,578 В2, Hydrogengenerator and internal combuston engine provided with hydrogen generator (Генератор водорода и двигатель внутреннего сгорания с генератором водорода) опубл. 22.10.2013 г., МПК F02B 43/08, G05D 7/00) содержащая бак с аммиаком, соединенный с испарителем, соединенный с крекинг-установкой, включающей катализатор, крекинг-установка соединена с охладителем, подключенным в патрубок подвода воздуха, соединенный с электромагнитной форсункой.

В такой системе питания жидкий аммиак хранящийся в резервуаре подается через испаритель в теплообменник и нагревается до требуемых для процесса крекинга температур за счет тепла отработавших газов или вспомогательного электрического нагревателя в зависимости от режима работы двигателя. В результате газообразный аммиак, подаваемый в теплообменник частично расщепляется на водород и азот в процессе эндотермической реакции. Полученная газовая смесь аммиака азота и водорода подается через охладитель и электромагнитную форсунку во впускной трубопровод двигателя.

Недостатком данной системы является то, что в получаемой газовой смеси часть объема занимает неразложившийся аммиак, имеющий низкую теплотворную способность и негорючий компонент - азот. В следствии чего в камеру сгорания заведомо поступает меньшее количество водорода, чем теоретически возможное, что приводит к снижению энергоэффективности, уменьшению диапазона регулировки мощности.

Задача изобретения - повышение энергоэффективности двигателя и обеспечение высоких экологических показателей его работы.

Техническим результатом является увеличение доли горючего компонента в составе топливовоздушной смеси, подаваемой в цилиндры двигателя.

Указанный технический результат достигается за счет того, что система питания двигателя внутреннего сгорания, включает систему питания ДВС воздухом, содержащую воздушный фильтр, соединенный с впускным трубопроводом, в который вмонтированы датчик массового расхода воздуха, дроссельная заслонка и управляемый привод заслонки, а также систему питания ДВС водородом содержащую топливный бак с жидким аммиаком, соединенный с испарителем обеспечивающим подачу газообразного аммиака в устройство каталитического разложения, установленное в выпускной трубопровод ДВС, состоящее из датчиков температуры, установленных в секцию с подводом тепла от отработавших газов ДВС и секцию с подводом тепла от встроенного электронагревателя, последовательно соединенных с охладителем азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой, установленной во впускной трубопровод системы питания ДВС воздухом и соединенной с блоком управления, обеспечивающим контроль параметров и управление работой ДВС, причем, между испарителем и устройством каталитического разложения первичный управляемый редуктор, между охладителем азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой вторичный управляемый редуктор, соединенный трубопроводом с устройством повышения концентрации водорода в топливе, содержащим мембранный фильтр разделяющий исходное топливо на горючие и негорючие компоненты и сбросной клапан обеспечивающий отведение негорючих компонентов.

На фигуре показана система питания двигателя внутреннего сгорания синтезирующая водородное топливо из аммиака.

Система питания двигателя внутреннего сгорания, включает систему питания ДВС воздухом, содержащую воздушный фильтр 1, соединенный с впускным трубопроводом 2, в который вмонтированы датчик массового расхода воздуха 3, дроссельная заслонка 4 и управляемый привод заслонки 5, а также систему питания ДВС водородом содержащую топливный бак 6 с жидким аммиаком, соединенный с испарителем 7 обеспечивающим подачу газообразного аммиака через первичный управляемый редуктор 8 в устройство каталитического разложения 9, установленное в выпускной трубопровод ДВС 10, состоящее из датчиков температуры 11, установленных в секцию 12 с подводом тепла от отработавших газов ДВС и секцию 13 с подводом тепла от встроенного электронагревателя 14, последовательно соединенных с охладителем азотно-водородной смеси 15, после которого установлен вторичный управляемый редуктор 16, соединенный трубопроводом с устройством повышения концентрации водорода в топливе 17, содержащим мембранный фильтр 18 разделяющий исходное топливо на горючие и негорючие компоненты и сбросной клапан 19 обеспечивающий отведение негорючих компонентов, в то время как горючие подаются трубопроводом к электромагнитной форсунке 20, установленной во впускной трубопровод системы питания ДВС воздухом. Управляемые элементы соединены с блоком управления 21, обеспечивающим контроль параметров и управление работой двигателя внутреннего сгорания 22.

Порядок работы системы питания следующий: жидкий аммиак из топливного бака 6 поступает в испаритель 7. Там он переходит в газообразное состояние. Подвод теплоты к испарителю может быть реализован как от электронагревателя, так и от системы охлаждения двигателя (в прогретом состоянии). Испарившийся аммиак попадает в управляемый редуктор 8, обеспечивающий оптимальное давление в устройстве каталитического разложения 9, а именно в секцию 12 с подводом тепла от отработавших газов и секцию 13 с подводом тепла от встроенного электронагревателя 14. Используя тепло отработавших газов двигателя или подогрев от электрического нагревателя 14, в присутствии катализатора, в устройстве каталитического разложения 9 происходит разложение аммиака на водород Н₂ и азот N₂. Для снижения температуры газовой смеси H₂+N₂ служит охладитель азотно-водородной смеси 15. После него газовая смесь поступает в управляемый редуктор 16, который обеспечивает оптимальное давление в устройстве повышения концентрации водорода в топливе 17, содержащее мембранный фильтр 18 на котором происходит отделение азота N₂ от водорода Н₂ и сбросной клапан 19, обеспечивающий отвод азота N₂ в атмосферу. Очищенный водород Н₂ направляется по трубопроводу к форсунке 20, впрыскивающей его во впускной трубопровод 2, что обеспечивает увеличение доли горючего компонента в составе топливно-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, приводящее к повышению энергоэффективности двигателя и обеспечение высоких экологических показателей его работы. Управление подачей водорода через форсунки и управление составом смеси на различных режимах работы осуществляется электронным блоком управления 21 двигателем внутреннего сгорания 22.

Система питания двигателя внутреннего сгорания, включающая систему питания ДВС воздухом, содержащую воздушный фильтр, соединенный с впускным трубопроводом, в который вмонтированы датчик массового расхода воздуха, дроссельная заслонка и управляемый привод заслонки, а также систему питания ДВС водородом, содержащую топливный бак с жидким аммиаком, соединенный с испарителем, обеспечивающим подачу газообразного аммиака в устройство каталитического разложения, установленное в выпускной трубопровод ДВС, состоящее из датчиков температуры, установленных в секцию с подводом тепла от отработавших газов ДВС и секцию с подводом тепла от встроенного электронагревателя, последовательно соединенных с охладителем азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой, установленной во впускной трубопровод системы питания ДВС воздухом и соединенной с блоком управления, обеспечивающим контроль параметров и управление работой ДВС, отличающаяся тем, что между испарителем и устройством каталитического разложения установлен первичный управляемый редуктор, между охладителем азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой установлен вторичный управляемый редуктор, соединенный трубопроводом с устройством повышения концентрации водорода в топливе, содержащим мембранный фильтр, разделяющий исходное топливо на горючий компонент водород и негорючий азот, и сбросной клапан, обеспечивающий отведение негорючих компонентов.

Изобретение относится к транспортным средствам. В способе управления температурой катализатора транспортного средства выполняют управление повышением температуры каталитического нейтрализатора, которое включает прекращение подачи топлива в по меньшей мере один из цилиндров и подачу топлива в другие цилиндры, отличные от указанного по меньшей мере одного цилиндра.

Двигатель внутреннего сгорания // 2727978

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя камеру 12 сгорания.

Способ подачи в двс с искровым зажиганием водоводородного топлива, водоводородное топливо, и устройство для его получения // 2725648

Изобретение раскрывает способ подачи водоводородного топлива в ДВС с искровым зажиганием, характеризующийся тем, что в камеру сгорания цилиндров ДВС с искровым зажиганием подают подготовленную топливную смесь через впускной воздушный коллектор и далее в камеру сгорания цилиндров ДВС соответственно на такте всасывания, а на такте сжатия обеспечивают воспламенение топливной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искрообразования при достижении заданного давления и температуры, при этом в камеру сгорания цилиндров ДВС подают по потоку топливную смесь в виде водоводородного топлива из устройства для выработки водоводородного топлива за счет разряжения, создаваемого в цилиндре ДВС на такте всасывания, при этом, в начале работы ДВС первоначально подают в камеру сгорания цилиндров ДВС водород непосредственно из резервной емкости для водорода, затем запускают электрогенератор, питающий устройство для выработки водоводородного топлива, в котором располагают озонатор, ультразвуковой парогенератор и электролизный генератор водорода, при этом в озонаторе вырабатывают озонированный воздух после всасывании атмосферного воздуха через воздушный фильтр и подают его в ультразвуковой парогенератор, в ультразвуковом парогенераторе вырабатывают ультразвуковой водяной пар в виде «холодного» тумана с размером капель воды не более 1 мкм и с температурой от + 1°С до + 80°С, смешивают его с озонированным атмосферным воздухом.

Транспортное средство и способ подогрева каталитического нейтрализатора транспортного средства // 2723444

Изобретение относится к транспортным средствам. Транспортное средство содержит двигатель, устройство каталитического нейтрализатора с электрическим подогревом и блок управления электропитанием материала основы, которое подается на материал проводящей основы.

Способ организации рабочего процесса газодизельного двигателя // 2700866

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.

Способ подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания (двс) и система с парогенератором для его осуществления // 2681873

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.

Способ эксплуатации дизельного двигателя // 2670633

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.

Обработка газов // 2669606

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

Способ подготовки попутных нефтяных и природных газов для использования в энергоустановках // 2660908

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.

Способ и устройство для превращения спирта в топливную смесь // 2640801

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. Способ заключается в том, что спирт при подходящей реакционной температуре превращается в реакторе в топливную смесь, соотношение между долей спирта, долей эфира и долей воды в топливной смеси регулируется путем управления по меньшей мере одним параметром реакции, протекающей в реакторе, при этом данный по меньшей мере один параметр реакции, которым управляют, представляет собой температуру и/или давление в реакторе, и что управление указанным по меньшей мере одним параметром реакции осуществляют в зависимости от рабочих параметров системы дополнительной обработки выхлопных газов, и/или в зависимости от рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания, и/или в зависимости от свойств преобразуемого спирта.

Энергетическая установка на сжиженном природном газе // 2775797

Изобретение относится к двигателестроению. Энергетическая установка на сжиженном природном газе состоит из газодизеля (7), системы хранения и подачи природного газа, включающей в себя резервуар (1) для хранения сжиженного природного газа, испаритель (2) с подводящим трубопроводом (3) греющей среды, линию (4) поддержания давления в резервуаре (1), линий (16, 21) подачи воздуха.