ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к системам питания двигателей внутреннего сгорания.
Уровень техники
Наиболее близким техническим решением (прототип) является система питания двигателя внутреннего сгорания (заявка на патент РФ №2009101045). Система питания двигателя внутреннего сгорания состоит из системы подачи жидкого топлива и системы впрыска топлива. Система впрыска топлива содержит камеру реактора, имеющую вход и выход, соединенный с впускным коллектором двигателя. Камера реактора снабжена инжектором крекинга топлива и устройством подачи воздуха на входе камеры реактора. Во время работы двигателя, часть топлива, необходимого для работы двигателя, подают в дополнительный инжектор крекинга топлива, в виде жидкости при температуре окружающей среды. В камеру реактора для поддержания непрерывного крекинга топлива подводят тепловую энергию. При этом подвергнутое крекингу топливо выходит во впускной коллектор в виде непрерывного топливовоздушного потока при температуре, не превышающей температуру окружающей среды. При этом двигатель внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель, а часть жидкого топлива в основном представляет собой спирт и впрыскивается инжектором крекинга при давлении 3-4 бар. Компонент, испускающий тепловую энергию, представляет собой систему охлаждения двигателя или выпускную систему двигателя, в зависимости от того, имеет ли часть топлива более низкую и более высокую температуру испарения соответственно. При этом температура топливовоздушной смеси, выходящей из камеры реактора во впускной коллектор, составляет 30% от выходной температуры для обычного двигателя без турбокомпрессора и 80% от выходной температуры обычного двигателя с турбокомпрессором. Устройство подачи воздуха обеспечивает подачу сжатого воздуха только при потребности в большой мощности двигателя. Система снабжена компьютерной системой контроля. При этом компьютерная система контроля запрограммирована для начала работы инжектора крекинга в ответ на сигнал, полученный от средства определения температуры двигателя, соответствующей минимальной температуре двигателя, необходимой для обеспечения достижения камерой крекинга температуры, достаточной для поддержания непрерывного крекинга, так что впрыскиваемая часть топлива смешивается с воздухом и подвергается в камере непрерывному крекингу, поддерживаемому тепловой энергией, подводимой от заданного компонента двигателя, и подвергаемое крекингу топливо подается во впускной коллектор в виде непрерывного топливовоздушного потока при температуре, не превышающей температуру окружающей среды.
Недостатком прототипа является затрудненность пуска двигателя внутреннего сгорания в холодное время года.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение эффективного коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания и снижение выбросов токсичных компонентов в окружающую среду при работе его на низкооктановом бензине
Поставленная цель достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания содержит, по крайней мере, один цилиндр с впускным патрубком, выпускным патрубком, впускным клапаном, выпускным клапаном и поршнем, бензобак, снабженный первым входным патрубком, баллон для крекинг-газа, крекинг-устройство, бензонасос, температурный датчик, блок управления, выпускную систему двигателя с последовательно соединенными трубопроводом отработавших газов и выходным патрубком, смеситель, воздушный фильтр, причем впускной клапан установлен в цилиндре с обеспечением возможности впуска горючей смеси в цилиндр, выпускной клапан установлен в цилиндре с обеспечением возможности выпуска отработавших газов в выпускной патрубок, который соединен с трубопроводом отработавших газов, смеситель своим выходом соединен с впускным патрубком, снабжен вторым входным патрубком и первым трубопроводом крекинг-газа, воздушный фильтр соединен со смесителем и вторым входным патрубком, температурный датчик соединен с блоком управления, соединенным с бензонасосом, крекинг-устройство установлено с обеспечением теплового контакта с выпускной системой двигателя, бензонасос соединен входом с бензобаком и выходом с крекинг-устройством, отличающийся тем, что в него введены перепускной клапан, обратный клапан, устройство охлаждения крекинг-газа и редуктор, причем температурный датчик установлен на выпускном патрубке, выход крекинг-устройства соединен с перепускным клапаном, который соединен с устройством охлаждения крекинг-газа, которое соединено с обратным клапаном, который соединен с баллоном для крекинг-газа, указанные соединения выхода крекинг-устройства с перепускным клапаном, перепускного клапана с устройством охлаждения крекинг-газа, устройства охлаждения крекинг-газа с обратным клапаном, обратного клапана с баллоном для крекинг-газа выполнены посредством соответствующих участков второго трубопровода крекинг-газа, на выходе баллона для крекинг-газа установлен редуктор, который соединен с первым трубопроводом крекинг-газа.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема системы питания для двигателя внутреннего сгорания.
Раскрытие полезной модели
На чертеже обозначены: выходной патрубок 1, трубопровод отработавших газов 2, перепускной клапан 3, крекинг-устройство 4, змеевик 5, температурный датчик 6, устройство охлаждения крекинг-газа, обозначенное 7, выпускной клапан 8, свеча зажигания 9, впускной клапан 10, впускной патрубок 11, трубопровод газовоздушной смеси 12, второй входной патрубок 13, смеситель 14, первый трубопровод крекинг-газа, обозначенный 15, обратный клапан 16, редуктор 17, второй трубопровод крекинг-газа, обозначенный 18, баллон для крекинг-газа, обозначенный 19, поршень 20, цилиндр 21, выпускной патрубок 22, блок управления 23, бензопровод 24, бензонасос 25, бензобак 26, первый входной патрубок 27, воздушный фильтр 28.
Основными элементами устройства являются баллон для крекинг-газа 19, редуктор 17, смеситель 14, цилиндр 21 с поршнем 20, бензобак 26, бензонасос 25, крекинг-устройство 4, устройство охлаждения крекинг-газа 7.
Баллон для крекинг-газа 19 представляет собой полый резервуар любой формы, например цилиндрической. Баллон для крекинг-газа 19 предназначен для хранения газа (пускового газа или крекинг-газа). Баллон для крекинг-газа 19 соединен с редуктором 17 посредством первого трубопровода крекинг-газа 15. Для этого в баллоне для крекинг-газа 19 выполнено соответствующее отверстие.
Редуктор 17 представляет собой устройство для понижения давления газа в первом трубопроводе крекинг-газа 15 до рабочего и для автоматического поддержания этого давления в первом трубопроводе крекинг-газа 15 при подаче его в смеситель 14.
Второй трубопровод крекинг-газа 18 представляет собой часть трубы, по которой транспортируется крекинг-газ. В данном устройстве второй трубопровод крекинг-газа 18 разделен на несколько участков, расположенных между баллоном для крекинг-газа 19 и устройством охлаждения крекинг-газа 7 и между устройством охлаждения крекинг-газа 7 и крекинг-устройством 4.
Смеситель 14 представляет собой полый резервуар. Смеситель 14 предназначен для смешения поступивших в него газов. В частном случае смеситель 14 предназначен для смешения крекинг-газов с воздухом, поступившим через воздушный фильтр 28. Смеситель 14 соединен с первым трубопроводом крекинг-газов 15. Для этого в смесителе 14 выполнено соответствующее отверстие. Смеситель 14 снабжен воздушным фильтром 28 и вторым входным патрубком 13. Смеситель 14 соединен с трубопроводом газо-воздушной смеси 12.
Второй входной патрубок 13 представляет собой небольшой отрезок трубы, присоединенный одним торцом к одной из стенок смесителя 14. Второй входной патрубок 13 сообщается со смесителем 14 через соответствующее отверстие в указанной стенке смесителя 14 через воздушный фильтр 28. Второй входной патрубок 13 предназначен для подачи в смеситель 14 воздуха.
Первый трубопровод крекинг-газа 15 представляет собой небольшой отрезок трубы, присоединенный одним торцом к одной из стенок смесителя 14, другим к выходу редуктора 17. Первый трубопровод крекинг-газа 15 сообщается со смесителем 14 через соответствующее отверстие в указанной стенке смесителя 14. Первый трубопровод крекинг-газа 15 предназначен для подачи в смеситель 14 крекинг-газов или пускового газа.
Трубопровод газо-воздушной смеси 12 представляет собой часть трубы, по которой транспортируется газо-воздушная смесь. Трубопровод газо-воздушной смеси 12 соединяет смеситель 14 с цилиндром 21. Трубопровод газо-воздушной смеси 12 снабжен впускным патрубком 11.
Впускной патрубок 11 представляет собой конец трубопровода газо-воздушной смеси, частично помещенный в цилиндр 21. В месте соединения впускного патрубка 11 с цилиндром 21 установлен впускной клапан 10. Впускной клапан 10 выполнен с обеспечением пропускания газо-воздушной смеси в цилиндр 21, и предотвращения выпуска отработавших газов из цилиндра 21.
Цилиндр 21 представляет собой одну из главных частей поршневого двигателя внутреннего сгорания. Цилиндр 21 представляет собой камеру сгорания, в которой химическая энергия топлива превращается в механическую энергию (определение цилиндра приведено, например, на сайге http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8% D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%80_(%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D 0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C). В цилиндре 21 происходит возвратно-поступательное движение поршня 20 от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки. В верхней мертвой точки поршня 20 происходит максимальное сжатие газовоздушной смеси в камере сгорания, где посредством свечи зажигания 9 происходит ее воспламенение. Химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня 20 превращается во вращательное движение с помощью кривошипно-шатунного механизма. Цилиндр 21 имеет отверстие для соединения с трубопроводом газо-воздушной смеси 12 (впускным патрубком 11) и трубопроводом отработавших газов 2 (выпускным патрубком 22). В случае использования дизельного двигателя свеча зажигания 9 внутри цилиндра 21 не устанавливается. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в цилиндре 21.
Свеча зажигания 9 представляет собой устройство, при помощи которого происходит поджег сжатой газо-воздушной смеси, находящегося внутри цилиндра 21.
Выпускная система двигателя предназначена для транспортирования отработавших газов из цилиндра 21 и выведения этих газов из устройства. Выпускная система двигателя в частном случае состоит из выпускного патрубка 22, трубопровода отработавших газов 2 и выходного патрубка 1.
Трубопровод отработавших газов 2 представляет собой часть трубы, по которой транспортируется отработавшие газы. Выходной патрубок 1 представляет собой часть трубопровода отработавших газов 2, по которому эти газы выводятся из устройства.
Выпускной патрубок 22 представляет собой конец трубопровода отработавших газов, частично помещенный в цилиндр 21. В месте соединения выпускного патрубка 22 с цилиндром 21 установлен выпускной клапан 8. Выпускной клапан 8 выполнен с обеспечением выпускания отработавших газов из цилиндра 21 после сгорания газовоздушной смеси, и предотвращения выпуска газо-воздушной смеси из цилиндра 21 до ее сгорания. На выпускном патрубке 22 установлен температурный датчик 6.
Температурный датчик 6 предназначен для определения температуры отработавших газов на выходе из цилиндра 21. Температурный датчик 6 выполнен с обеспечением возможности передачи информации о достижении нужной температуры блоку управления 23.
Блок управления 23 выполнен с обеспечением возможности включения бензонасоса 25, при достижении нужной температуры отработавших газов.
Бензонасос 25 предназначен для подачи жидкого топлива из бензобака 26 к крекинг-устройству 4 под давлением. Бензонасос 25 установлен на бензопроводе 24 между бензобаком 26 и крекинг-устройством 4. Бензонасос 25 соединен с блоком управления 23.
Бензобак 26 представляет собой полый резервуар любой формы, например цилиндрической. Бензобак 26 предназначен для жидкого топлива, в частности бензина. Бензобак 26 снабжен первым входным патрубком 27. Первый входной патрубок 27 представляет небольшой отрезок трубы, присоединенный одним торцом к одной из стенок бензобака 26. Первый входной патрубок 27 сообщается с бензобаком 26 через соответствующее отверстие в указанной стенке бензобака 26. Первый входной патрубок 27 предназначен для заливания жидкого топлива в бензобак 26. Бензобак 26 соединен с крекинг-устройством 4 посредством бензопровода 24.
Бензопровод 24 представляет собой часть трубы, по которой транспортируется жидкое топливо. Бензопровод 24 присоединен к бензобаку 26 и к крекинг-устройству 4. На бензопроводе 24 установлен бензонасос 25. Для присоединения бензопровода 24 в бензобаке 26 выполнено соответствующее отверстие.
Крекинг-устройство 4 выполнено с обеспечением контакта с выпускной системой двигателя (в частном случае, трубопроводом отработавших газов 2) и теплообмена между выпускной системой двигателя (трубопроводом отработавших газов 2) и крекинг-устройством 4, с целью поддержания температуры, необходимой для процесса крекинга. Крекинг-устройство 4 предназначено для крекинга, т.е. высокотемпературной переработки жидкого топлива (бензина) в газообразные продукты, как правило, с меньшей молекулярной массой (крекинг-газ) (определение крекинга приведено, например, на сайте http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B5% D0%BA%D0%B8%D0%BD%D0%B3). Крекинг-устройство 4 в частном случае выполнено как часть трубопровода между бензопроводом 24 и вторым трубопроводом крекинг-газа 18, спирально навитая вокруг части трубопровода отработавших газов 2. Крекинг-устройство 4 соединено с устройством охлаждения крекинг-газа 7 посредством соответствующей части второго трубопровода крекинг-газа 18.
Крекинг-газ состоит из непредельных углеводородов различного состава, имеющих октановое число более 100 единиц. Это позволит увеличить степень сжатия т.е. давление в конце сжатия газо-воздушной смеси и, как следствие, увеличится давление продуктов сгорания и производимая работа, а значит повысится эффективный коэффициент полезного действия двигателя, а также увеличится экономия за счет разницы цен низкооктанового и высокооктанового бензина при работе двигателя внутреннего сгорания на крекинг-газе с высокой степенью сжатия на крекинг-газе.
Перепускной клапан 3 предназначен для поддержания давления среды (например, крекинг-газа или бензина) в крекинг-устройстве 4 на уровне, требуемом для поддержания процесса крекинга путем перепуска этой среды (например во второй трубопровод крекинг-газа 18 или бензопровод 24). Перепускной клапан 3 может быть установлен на бензопроводе 24 перед крекинг-устройством 4 или на участке второго трубопровода крекинг-газа 18 между крекинг-устройством 4 и устройством охлаждения крекинг-газа 7.
Устройство охлаждения крекинг-газа 7 предназначено для охлаждения крекинг-газов, поступивших из крекинг-устройства 4. В частном случае устройство охлаждения крекинг-газа 7 представляет собой сосуд с охлаждающей жидкостью, внутри которого расположен змеевик 5. Змеевик 5 представляет собой часть второго трубопровода крекинг-газа 18, изогнутую в виде спирали или зигзагообразно, установленную в системе жидкостного охлаждения крекинг-газа 7 двигателя внутреннего сгорания.
Обратный клапан 16 установлен на участке второго трубопровода крекинг-газа 18 между устройством охлаждения крекинг-газа 7 и баллоном для крекинг-газа 19. Обратный клапан 16 предназначен для недопущения изменения направления потока среды в технологической системе. В частном случае обратный клапан 16 пропускает среду (крекинг-газ) в направлении от устройства охлаждения крекинг-газа 7 к баллону для крекинг-газа 19 и предотвращает ее движение в противоположном направлении, действуя при этом автоматически.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом.
Пользователь собирает устройство описанным выше образом. При этом пользователь наполняет баллон для крекинг-газа 19 пусковым газом, а бензобак 26 - бензином.
Первоначально пуск двигателя внутреннего сгорания осуществляют путем подачи пускового газа по первому трубопроводу крекинг-газа 15 из баллона для крекинг-газа 19 через редуктор 17 в смеситель 14 при положительной температуре. В смеситель 14 через второй входной патрубок 13 и через воздушный фильтр 28 поступает воздух. Пусковой газ и воздух смешиваются в смесителе 14 и подаются по трубопроводу газо-воздушной смеси 12 и впускному патрубку 11 в цилиндр 21, при движении поршня 20 от верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку при открытии впускного клапана 10 (такт впуска). В такте сжатия оба клапана (впускной клапан 10 и выпускной клапан 8 закрыты) происходит сжатие газо-воздушной смеси. При достижении поршнем 20 верхней мертвой точки (наивысшее давление в камере сгорания) происходит принудительное зажигание газо-воздушной смеси свечой зажигания 9. В процессе сгорания образующиеся газы давят на поршень 20 цилиндра 21, заставляя его двигаться вниз и совершать вращательное движение коленчатого вала. Сгоревшая газо-воздушная смесь образует отработавшие газы, которые выходят через выпускной клапан 8 и далее отработавшие газы по трубопроводу отработавших газов 2 выводятся из устройства.
Температурный датчик 6, установленный на выходе из цилиндра 21, измеряет температуру в трубопроводе отработавших газов 2 и передает информацию об этой температуре блоку управления 23. При достижении необходимой температуры блок управления 23 включает бензонасос 25, установленный на бензопроводе 24. Необходимая температура выбирается с обеспечением прохождения процесса крекинга в крекинг-устройстве 4 после теплообмена между трубопроводом отработавших газов 2 с крекинг-устройством 4. Бензонасос 25 под давлением подает жидкое топливо (бензин) из бензобака 26 в крекинг-устройство 4. Бензин, проходя через крекинг-устройство 4, нагревается в результате теплообмена между крекинг-устройством 4 и трубопроводом отработавших газов 2. В результате нагрева происходит процесс термического крекинга бензина, в результате которого образуются крекинг-газы. При этом в крекинг-устройстве 4 при помощи перепускного клапана 3, установленного на выходе из крекинг-устройства 4, поддерживается давление, необходимое для процесса крекинга. При повышении давления выше необходимого значения перепускной клапан 3 пропускает, например в случае установки перепускного клапана 3 на втором трубопроводе крекинг-газа 18, крекинг-газы по второму трубопроводу крекинг-газов 18 в устройство охлаждения крекинг-газа 7, или в случае установки перепускного клапана 3 на бензопроводе 24, в бензопровод 24. В устройстве охлаждения крекинг-газа 7 крекинг-газы охлаждаются проходя по змеевику 5 до необходимой температуры, благодаря теплообмену между крекинг-газами и охлаждающей жидкостью через стенки змеевика 5. Далее охлажденные крекинг-газы по второму трубопроводу крекинг-газов 18 поступают в баллон для крекинг-газа 19 через обратный клапан 16. При этом обратный клапан 16 пропускает крекинг-газы в баллон для крекинг-газа 19, но препятствует выходу крекинг-газов из баллона для крекинг-газа 19 в обратном направлении. В баллоне для крекинг-газа 19 крекинг-газы замещают пусковые газы. Далее процесс происходит описанным выше образом. При этом крекинг-газы постоянно находятся в баллоне для крекинг-газа 19 в газообразном состоянии, даже при низких температурах окружающей среды. Поэтому пуск двигателя внутреннего сгорания в холодное время будет осуществляться надежно крекинг-газами из баллона для крекинг-газа 19.
Таким образом, выполнение устройства из баллона для крекинг-газа, редуктора, смесителя, цилиндра, бензобака, бензонасоса, крекинг-устройства и устройства охлаждения крекинг-газа обеспечивает работу двигателя внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия, за счет того, что крекинг-газы постоянно находятся в баллоне для крекинг-газа в виде непредельных углеводородов и водорода в газообразном состоянии с высокими октановыми числами, а также обеспечивает облегчение пуска двигателя внутреннего сгорания в холодное время года, за счет того, что крекинг-газы постоянно находятся в баллоне для крекинг-газа в газообразном состоянии, даже при низких температурах окружающей среды. За счет идеального смешения крекинг-газа с воздухом во впускном трубопроводе увеличится полнота сгорания газо-воздушной смеси в камере сгорания и существенно снизятся выброс токсичных компонентов двигателя внутреннего сгорания в окружающую среду.