ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE GASEOUS FUEL IGNITED BY COMPRESSION

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к системам питания топливом двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Известно газообразное топливо, частично используемое на двигателях с воспламенением от сжатия в виде так называемого газодизельного цикла. При осуществлении этого цикла на всех режимах работы двигателя подается запальная доза жидкого дизельного топлива, составляющая примерно 10-15% от основной дозы, а остальная часть топлива в газообразном виде поступает в цилиндры (см. например Мамедова М.Д., Васильев Ю.Н. Транспортные двигатели на газе. - М.: Машиностроение, 1994. - 224 с.).
Недостатками известных стандартных топлив и газодизельных циклов являются образование нагара и снижение ресурса двигателя вследствие неполного сгорания дизельного топлива, трудности, а в некоторых случаях и невозможность запуска в холодное время года вследствие загустевания солярового масла и образования пробок в подающих трубопроводах, а также высокие концентрации токсичных веществ в выхлопных газах, не соответствующие требованиям по токсичности, предъявляемым современными стандартами, необходимость для газодизельных циклов постоянно иметь на транспортном средстве два вида топлива, кроме того, эта система достаточно сложна и капризна.
В основу изобретения поставлена задача уменьшения нагара и повышения ресурса двигателя, облегчения запуска двигателя в холодное время года, снижения концентрации токсичных веществ в выхлопных газах, обеспечения возможности работы двигателя на двух отдельных друг от друга видах топлива, жидком и газообразном.
Поставленная задача решается тем, что газообразное топливо для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, обеспечивающее возможность работы двигателя на двух отдельных друг от друга видах топлива, жидком и газообразном, состоит из газообразной смеси двух горючих газов, один из которых имеет цетановое число не более 30, а другое цетановое число более 100, при этом их количественное содержание в смеси зависит от режимов работы двигателя.
Поскольку газообразное топливо состоит из смеси двух горючих газов и они имеют различные цетановые числа, один из которых имеет цетановое число не более 30, а другой имеет цетановое число более 100, а их количественное содержание в смеси зависит от режимов работы двигателя, обеспечивается уменьшение нагара и повышение ресурса двигателя, облегчение запуска двигателя в холодное время года, снижение концентрации токсичных веществ в выхлопных газах, при этом сохраняется возможность работы двигателя на двух отдельных друг от друга видах топлива, жидком и газообразном.
Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия работает на предлагаемом газообразном топливе следующим образом.
В двигатель подается газообразное топливо, состоящее из газообразной смеси двух горючих газов, при этом смесь включает газ с цетановым числом не более 30, например пропан, бутан, метан, и газ с цетановым числом более 100, например диметиловый эфир, диэтиловый эфир, метилэтиловый эфир и др.
Согласно нормативно-технической документации различают следующие режимы работы двигателей внутреннего сгорания: пуск холодного двигателя; малая частота вращения коленчатого вала (холостой ход); средние нагрузки (например, движение автомобиля по шоссе); полные нагрузки (например, движение с грузом в гору); резкое увеличение нагрузки или частоты вращения коленчатого вала (например, резкое ускорение, обгон (опережение) автомобиля).
В зависимости от режимов работы двигателя изменяется количественное содержание газов, входящих в смесь, подаваемых во впускной коллектор системы питания воздухом двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. При пуске двигателя количественное содержание двух газов, входящих в смесь, изменяется в пределах - газ с цетановым числом более 100 - 91-99% и газ с цетановым числом не более 30 - 9-1%. При холостых оборотах двигателя количественное содержание двух газов, входящих в смесь, изменяется в пределах - газ с цетановым числом более 100 - 85-90%, и газ с цетановым числом не более 30 - 15-10%. При нагрузочных режимах работы двигателя (средние, полные, резкое увеличение нагрузки) количественное содержание двух газов, входящих в смесь, изменяется в пределах - газ с цетановым числом более 100 - 10-20% и газ с цетановым числом не более 30 - 90-80%.
Известно, что на разных режимах работы двигателя для оптимальной работы требуются топлива с различными цетановыми числами, например для запуска двигателя и при работе на холостых оборотах требуется повышенное цетановое число, а при полной нагрузке - пониженное число. Стандартное жидкое дизельное топливо имеет цетановое число 52-54. Регулируя подачу газов с разными цетановыми числами в зависимости от режима работы, можно добиться оптимальной работы двигателя на всех режимах.
Создавая в рабочей смеси избыток газа с высоким цетановым числом, можно понизить минимальные холостые обороты двигателя, что приведет к экономии топлива, а возможность понизить скорость нарастания давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала двигателя  при высоком цетановом числе максимально облегчит холодный запуск двигателя.
Раздельная подача жидкого и газообразного топлив в систему питания двигателя обеспечивается наличием независимых емкостей, трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры для раздельного хранения и подачи жидкого и газообразного топлива. При подаче жидкого топлива в систему питания двигателя перекрывается подача газообразного топлива, а при подаче газообразного топлива отключается привод топливного насоса высокого давления и подача жидкого топлива к форсункам прекращается, тем самым достигается двухтопливность двигателя, увеличивается время работы двигателя (запас хода автомобиля) за счет поочередного использования запасов жидкого и газообразного топлива.
Изобретение позволяет использовать природные и являющиеся побочными продуктами переработки в нефтяной и химической промышленности газообразные углеводороды. Преимуществом предлагаемого газообразного топлива является его высокая экологичность, так как химическая кинетика горения предлагаемых газов изучена и позволяет резко сократить эмиссию токсичных продуктов неполного сгорания топлива, поэтому использование предлагаемого топлива позволит существенно улучшить экологическую обстановку в городах и на дорогах страны.
Поскольку предлагаемое газообразное топливо состоит из смеси двух сравнительно дешевых газов и не требует применения нефтяных топлив, то применение является целесообразным и в экономическом плане.