Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя

Изобретение может быть использовано в системах подачи газообразного топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя. Устройство содержит трубопровод (1) подвода воздуха, канал (2) подвода альтернативного топлива, полость (3) испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом. Полость смешения имеет четное количество рядов входных отверстий подачи альтернативного топлива, как минимум два ряда, при этом на одном из рядов входные отверстия (6) выполнены под углом 15-45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, а входные отверстия (7) в следующем за первым ряду выполнены также под углом 15-45 градусов, но в другом направлении, и далее по потоку расположены перфорированная спрямляющая решетка (4) и трубопровод (5) гомогенной смеси газа с воздухом. Технический результат - повышение равномерности концентрации смеси воздуха и альтернативного топлива и уменьшение потерь полного давления на линии подачи воздуха. 1 ил.

 

Изобретение относится к топливно-энергетическому комплексу, конкретнее к способам сжигания горючих смесей в потоке и устройствам для создания многокомпонентных смесей топлива, например, для двигателя внутреннего сгорания.

Предложено устройство для подачи альтернативного топлива, в том числе таких как сжиженный природный газ (СПГ), спиртов.

Для двигателей в качестве альтернативных топлив применяют газообразные, в том числе природный сжиженный газ или спирты, а качестве запальной дозы дизельное топливо.

Известен эжекторный смеситель газов, содержащий приемную камеру с соплом питания, сообщенную с камерой смешения и диффузором, имеющую радиальный канал подсоса с перекрывающим его входное сечение регулирующим элементом и регулятор давления газа перед соплом питания, причем канал подсоса выполнен в виде калиброванного отверстия, а перекрывающий его элемент выполнен в виде съемной заглушки, при этом в стенке приемной камеры выполнены дополнительные радиальные калиброванные отверстия, снабженные заглушками [патент РФ №2075339, МПК B01F 5/04, опубл. 20.03.97, БИ №8. Эжекторный смеситель газов / Жуков Б.П., Кожухов И.В. и др.].

Недостатком этого устройства является низкая эффективность перемешивания сред, сложная конструкция, а также значительные энергозатраты и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.

Известно перемешивающее устройство, содержащее напорный трубопровод и стаканообразный корпус с отверстиями, причем корпус установлен на конце напорного трубопровода с возможностью вращения и состоит из двух стаканообразных частей, обращенных открытыми сторонами друг к другу, образуя одну полость, а отверстия, выполненные на цилиндрических элементах корпуса тангенциально к их внутренним поверхностям, имеют различное направление [патент РФ №2143945, МПК B01F 5/00, опубл. 10.01.2000, БИПМ №1. Перемешивающее устройство / Горшков Г.М., Горшков М.Г.].

Недостатком этого устройства также является низкая эффективность перемешивания сред, сложная конструкция и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.

Известно перемешивающее устройство, содержащее напорные трубопроводы и разъемный корпус с отверстиями, корпус выполнен многогранным, по оси корпуса имеется цилиндрическая камера закручивания, образованная внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, торцом корпуса и торцевой крышкой, закрепленной на корпусе, при этом на каждой грани корпуса выполнено не менее двух групп чередующихся тангенциально расположенных отверстий, в которых установлены штуцеры-жиклеры, соединенные с напорными трубопроводами подачи жидкости и газа соответственно, а отводящий трубопровод выполнен в виде выходного штуцера-сопла и установлен по оси в торце камеры. [патент РФ №2255796, МПК B01F 5/00, опубл. 10.07.2005. Перемешивающее устройство / Носырев Д.Я., Скачкова Е.А., Росляков А.Д.].

Недостатком этого устройства является низкая степень перемешивания сред, неоднородная дисперсность и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение равномерности концентрацию смеси воздуха и альтернативного топлива и уменьшение потерь полного давления на линии подачи воздуха.

Технический результат достигается тем, что в устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя согласно изобретению содержит трубопровод подвода воздуха, канал подвода альтернативного топлива, полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом, причем полость смешения имеет четное количество рядов входных отверстий подачи альтернативного топлива, как минимум два ряда, при этом на одном из рядов, например, в первом ряду входные отверстия выполнены под углом 15 - 45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, например, вправо, а входные отверстия в следующим за первым ряду выполнены также под углом 15 - 45 градусов, но в другом направлении и далее по потоку расположена перфорированная спрямляющая решетка и трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом.

Четное количество поясов позволяет повысить качество однородной смеси альтернативного топлива и воздуха путем использования вращательного движение смеси в четных и не четных рядах в противоположные стороны. Такое движение смеси вызывает повышение сдвиговых напряжений, уровня пульсаций и значений турбулентной диффузии и, тем самым, получение гомогенной смеси альтернативного топлива с воздухом.

Рассмотрим пример подачи в качестве альтернативного топлива сжиженного природного газа (СПГ). Следует отметить, что у большинства дизельных двигателей коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме находится в среднем в диапазоне α=1,7…2,1. Потребное количества воздуха для сжигания находится в пределах L=17,1…17,2 в зависимости, например, от состава СПГ. Следовательно, на сжигание одного килограмма СПГ требуется примерно 34 килограмма воздуха.

В первом приближении выполнены расчетные оценки температуры смеси из условия, что СПГ состоит только из метана СН4. Метан имеет температуру кипения при атмосферном давлении - 161,6 °С [1]. Теплота испарения Δh=509 кДж/кг, теплоемкость метана в жидком состоянии сж=2,1 кДж/кг⋅К, теплоемкость метана в газовом состоянии сг=1,9 кДж/кг⋅К, теплоемкость воздуха при 20 °С равна св=1,005 кДж/кг⋅К, температура воздуха в трубопроводе tв=20 °С.

В результате расчетных оценок получено, что температура смеси при подаче и испарении СПГ уменьшится на 25,4 °С от начальной температуры воздуха и станет равной - 5,4 °С.

При таких уровнях температур в устройстве испарения сжиженного природного газа и смешения с воздухом не требуются специальные теплообменники или подогревающие элементы.

На фиг. 1 представлено устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя.

В простейшем виде устройство содержит трубопровод подвода воздуха 1, канал подвода жидкой фазы альтернативного топлива 2, полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом 3, перфорированная спрямляющая решетка 4, трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом 5, отверстия 6 и 7 для прохода альтернативного топлива в полость испарения и смешения с воздухом.

Причем полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом 3 имеет четное количество рядов отверстий. При этом на одном из рядов, например, в первом ряду отверстия 6 выполнены под углом 15 - 45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, например, вправо, а отверстия 7 в следующем за первым ряду выполнены под углом 15 - 45 градусов в другом направлении.

Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя работает следующим образом.

Устройство подвода воздуха к цилиндрам дизельного двигателя, как правило, содержит на входе фильтр (на схеме не показан), далее по трубопроводу 1 воздух может поступать в турбокомпрессор и охладитель воздуха при их наличии (на схеме не показаны) и далее во впускной коллектор. При подаче альтернативного топлива непосредственно во впускной коллектор образуется смесь топлива и воздуха с существенно высокой неравномерностью концентрации топлива в воздухе. Расчетные оценки показывают, что разница концентрации альтернативного топлива по сечению канала впускного клапана достигает 6…7%. Для подготовки альтернативного топлива к сжиганию в трубопровод 1 помещают устройство с полостью испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом 3. Топливо поступает по каналу подвода жидкой фазы альтернативного топлива 2. Далее по входным отверстиям 6 и 7 альтернативное топливо поступает в полость испарения и смешения с воздухом. При этом на одном из рядов, например, входные отверстия 6 выполнены под углом 15 - 45 градусов вправо от тангенциального направления внутреннего диаметра трубопровода, а входные отверстия 7 в другом ряду выполнены под углом 15 - 45 градусов влево. В полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом компоненты смеси поступают, как минимум через два ряда входных отверстий с противоположным направлением вращения. Противоположное направление вращения вызывает повышение турбулентности и эффективности смешения воздуха и топлива. После испарения и смешения альтернативного топлива с воздухом смесь проходит через перфорированную спрямляющую решетку 4 в трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом 5. Такое течение с повышенной турбулентностью формирует процесс смешения и получения гомогенной смеси с равномерной концентрацией топлива в воздухе. Далее горючую смесь подают в цилиндры дизельного двигателя через систему подачи воздуха. Устройство испарения топлива и смешения с воздухом перед подачей в двигатель обеспечивает равномерную концентрацию смеси воздуха и испаренного топлива и, тем самым равномерную тепловую нагрузку по цилиндрам дизеля.

Источники информации:

1. Загорученко В.А., Журавлев А.М. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. - М.: Издательство комитета стандартов, 1969. - 236 с.

Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя, содержащее трубопровод подвода воздуха, канал подвода альтернативного топлива, полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом, причем полость смешения имеет четное количество рядов входных отверстий подачи альтернативного топлива, как минимум два ряда, при этом на одном из рядов, например в первом ряду, входные отверстия выполнены под углом 15-45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, например вправо, а входные отверстия в следующем за первым ряду выполнены также под углом 15-45 градусов, но в другом направлении, и далее по потоку расположены перфорированная спрямляющая решётка и трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам форсирования двигателей внутреннего сгорания с целью улучшения приемистости. Изобретение позволяет повысить полноту сгорания топлива, повысить мощность дизельного двигателя, снизить динамическую нагруженность двигателя, скорость коррозии деталей силовой установки и абразивного износа деталей цилиндропоршневой группы, а также исключить обводнение моторного масла.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам питания сжиженным газом двигателя внутреннего сгорания. Технический результат - повышение коэффициента полезного действия силовой установки, улучшение его экологических и экономических показателей.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), использующим в качестве топлива сжиженный природный газ (СПГ). Изобретение позволяет обеспечить принудительное поступление воздуха в цилиндры двигателя путем установки системы наддува с применением турбо- и электрокомпрессора, что позволит увеличить эффективность работы силовой установки.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Дроссель для двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, обеспечивает регулирования массового расхода потока подаваемого газа для двигателя на основе сигнала управления двигателем, который представляет мгновенный требуемый массовый расход для потока подаваемого газа.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложенная система для смешивания газового топлива для двигателей внутреннего сгорания комбинирует два или более потока газа для получения смешанного газового топлива, обладающего подходящей теплотворной способностью (ТС) для определенного двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система генерации водородного тумана предназначена для двигателя (9) внутреннего сгорания с искровым воспламенением или для двигателя с воспламенением от сжатия.

Изобретение может быть использовано в двигателях, работающих на природном газе. Стабилизатор (100) давления содержит корпус (10), который содержит впускную камеру (11) для газа и поршневую камеру (12).

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению, в частности к способам подачи газового топлива в двигатель внутреннего сгорания. Предложен способ подачи газового топлива в двигатель внутреннего сгорания, заключающийся в подаче газового топлива через форсунки в количестве от одной до четырех на каждый цилиндр во впускной трубопровод двигателя при перепаде давления на клапанах форсунок, равном или больше критического, при этом форсунки для впрыска газового топлива используют в качестве активного элемента для эжекции воздуха во впускном трубопроводе, а газовое топливо подают в период открытого состояния впускного клапана, отличающийся тем, что подачу газового топлива прекращают за 5-110 градусов по положению коленчатого вала до момента полного закрытия впускного клапана.

Изобретение касается смесеобразующего устройства для работающего на сжигаемом газе двигателя внутреннего сгорания, а также двигателя внутреннего сгорания, во всасывающем тракте которого расположено такое смесеобразующее устройство. Смесеобразующее устройство (10) для расположения во всасывающем канале (3) двигателя (1) внутреннего сгорания, работающего на сжигаемом газе, включающее в себя закрывающий элемент (12), с помощью которого может уменьшаться поперечное сечение (14) отверстия всасывающего канала (3) двигателя (1) внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Изобретение направлено на повышение эффективности двухконтурной системы питания ДВС, конвертированного из дизеля, газообразным топливом, за счет хорошей гомогенизации и обеспечения хорошей воспламеняемости на всех режимах.

Изобретение касается смесеобразующего устройства для работающего на сжигаемом газе двигателя внутреннего сгорания, а также двигателя внутреннего сгорания, во всасывающем тракте которого расположено такое смесеобразующее устройство. Смесеобразующее устройство (10) для расположения во всасывающем канале (3) двигателя (1) внутреннего сгорания, работающего на сжигаемом газе, включающее в себя закрывающий элемент (12), с помощью которого может уменьшаться поперечное сечение (14) отверстия всасывающего канала (3) двигателя (1) внутреннего сгорания.
Наверх