ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к конструкции двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в двигателестроении и энергетике.
Известно, что добавки водорода, водородсодержащих газовых смесей или синтез-газа к топливу позволяют двигателю внутреннего сгорания устойчиво работать на обедненных топливных смесях, что приводит к снижению расхода топлива, повышению энергоэффективности двигателя и уменьшает выбросы СО и оксидов азота [US 6397790, опубл. 04.06.2002, МПК F02B 43/08].
Однако получение указанных добавок требует оснащения двигателя внутреннего сгорания внешним генератором добавок, что препятствует широкому распространению подобных энергоагрегатов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ работы многоцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания [RU 2204727, опубл. 20.05.2003, МПК F02B 43/12, F02B 9/06] с блоком цилиндров, оснащенных калильными свечами и устройствами регулировки нагрева, оборудованного теплообменником, генератором и агрегатом турбонаддува с компрессором. Двигатель работает или в режиме химического реактора сжатия для получения водородсодержащего газа (синтез-газа) из обогащенной топливной смеси или в режиме энергетического агрегата на обедненной топливной смеси.
Однако при работе в режиме энергетического агрегата данный двигатель характеризуется низкой энергоэффективностью и плохими экологическими характеристиками из-за невозможности устойчивой работы на сильно обедненной топливной смеси и, вследствие этого, неполного сгорания топлива, образования СО и оксидов азота.
Задачей изобретения является повышение энергоэффективности и улучшение экологических характеристик двигателя.
Техническим результатом является повышение энергоэффективности и улучшение экологических характеристик за счет оснащения двигателя двумя группами цилиндров, соединенными линией подачи водородсодержащего газа, одна из которых работает в режиме химического реактора сжатия, а другая - в режиме энергетического агрегата, что обеспечивает устойчивую работу двигателя на сильно обедненных топливных смесях.
Предложено пять вариантов двигателя.
Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемом двигателе, включающем блок цилиндров с линиями ввода воздуха и топлива и вывода отработанного газа, особенностью является то, что блок цилиндров состоит из включающих по меньшей мере один цилиндр групп вспомогательных и основных цилиндров, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, при этом группа вспомогательных цилиндров оснащена линией подачи водородсодержащего газа с ресивером в линию подачи обедненной топливной смеси, а группа основных цилиндров оснащена линией вывода отработанного газа.
Отличие второго варианта двигателя заключается в соединении ресивера с линией подачи обогащенной топливной смеси с целью интенсификации процесса конверсии последней.
Отличие третьего варианта двигателя состоит в установке холодильника на линии ввода воздуха с целью повышения мощности двигателя. В третьем варианте двигателя ресивер также может быть соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси.
Четвертый вариант двигателя отличается тем, что с целью повышения энергоэффективности двигателя на линии вывода отработанного газа установлено устройство для отбора тепла и сепарации водного конденсата, а линия подачи обогащенной топливной смеси оснащена линией ввода воды в виде пара или жидкости со стороны или из устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата. В четвертом варианте ресивер может быть соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси, а на линии ввода воздуха может быть установлен холодильник.
Пятый вариант двигателя отличается тем, что с целью расширения ассортимента жидких топлив на линии ввода топлива установлен испаритель, оснащенный линией подачи паров топлива в группу вспомогательных цилиндров и линией подачи жидкой части топлива в группу основных цилиндров. В пятом варианте ресивер может быть соединен с линией подачи обогащенной топливной смеси, на линии ввода воздуха может быть установлен холодильник, а линия подачи обогащенной топливной смеси может быть оснащена линией ввода воды в виде пара или жидкости со стороны или из устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата, расположенного на линии вывода отработанного газа.
Во всех вариантах двигателя на линии ввода воздуха может быть установлен агрегат турбонаддува.
В качестве устройства для отбора тепла и сепарации водного конденсата может быть установлены котел-утилизатор для экспорта тепла отработанного газа сторонним потребителям, холодильник и сепаратор. Испаритель может быть выполнен в виде емкости с устройством для барботажа части отработанного газа. Группы цилиндров могут работать по циклу Отто или Дизеля. В качестве остальных элементов двигателя используют любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Оборудование двигателя группами вспомогательных и основных цилиндров, включающих по меньшей мере один цилиндр каждая, оснащенных линиями подачи обогащенной и обедненной топливной смеси, соответственно, соединенных линией подачи водородсодержащего газа, позволяет получать водородсодержащую топливную смесь и потреблять ее в одном двигателе, за счет чего обеспечить его устойчивую работу и полное сгорание топлива на сильно обедненных топливных смесях, повышение энергоэффективности и улучшение экологических характеристик благодаря минимизации выбросов СО и оксидов азота.
Предложенные варианты двигателя со вспомогательной 1 и основной 2 группами цилиндров (на фиг. 1-5 условно показано по одному цилиндру) оснащены ресивером 3. Вариант 3 дополнительно включает холодильник 4, вариант 4 - сепарационное устройство 5, вариант 5 - испаритель 6.
При работе двигателя по варианту 1 (фиг. 1) по меньшей мере часть топлива, подаваемого по линии 7, смешивают с частью воздуха, подаваемого по линии 8, полученную обогащенную топливную смесь по линии 9 подают в цилиндр 1, где подвергают конверсии с получением водородсодержащего газа, подаваемого затем по линии 10 через ресивер 3 в линию 11 подачи в цилиндр 2 обедненной топливной смеси, образованную линиями подачи оставшихся частей топлива и воздуха из линий 7 и 8, соответственно. Отработанный газ выводят из цилиндра 2 по линии 12. Работа по варианту 2 (фиг. 2) отличается тем, что часть водородсодержащего газа по линии 13 подают в линию 9. При работе по варианту 3 (фиг. 3) воздух, подаваемый по линии 8, охлаждают в холодильнике 4. В варианте 4 (фиг. 4) в линию 9 дополнительно подают воду в виде пара или жидкости, либо по линии 14 со стороны, либо по линии 15 из сепарационного устройства 5, расположенного на линии 12 и оснащенного линией вывода отходящего газа 16. При работе по варианту 5 (фиг. 5) по линии 7 жидкое топливо подают в испаритель 6, из которого в цилиндр 1 по линии 17 подают пары, а в цилиндр 2 по линии 18 - жидкую часть топлива.
В вариантах 3-5 часть продуктов конверсии по линии 13 может подаваться в линию 9. В вариантах 4-5 на линии 8 может быть установлен холодильник 4, а в варианте 5 на линии 12 - сепарационное устройство 5, оснащенное линиями вывода отходящего газа 16 и подачи конденсата 15 в линию 17, в которую также может подаваться вода со стороны по линии 14 (показано пунктиром).
Таким образом, предлагаемый двигатель характеризуется повышенной энергоэффективностью, улучшенными экологическими характеристиками и может быть использован в промышленности.