Система для удаления нагара из двигателя внутреннего сгорания
SYSTEM FOR REMOVAL OF SCALE FROM INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники и предпосылки создания изобретения
[001] Изобретение относится к системе для удаления нагара из двигателя внутреннего сгорания, при этом система содержит средство впрыска, выполненное с возможностью впрыска промывочного текучего вещества по впуску для всасываемого потока топливно-воздушной смеси в работающий двигатель. Изобретение является преимущественным, в частности, для технического обслуживания автомобилей, таких как легковые автомобили, малотоннажные и тяжелые грузовики, и, в более общем смысле, любой системы, оснащенной тепловым двигателем внутреннего сгорания.
[002] Известным образом, в двигателях внутреннего сгорания, в частности, в дизельных двигателях, для уменьшения образования NOx, состоящего из особенно загрязняющих оксидных соединений азота, необходимо уменьшать температуру сгорания и количество кислорода, доступное внутри работающего двигателя. С этой целью, методика, разработанная в 1970-х гг., состоит в перенаправлении части инертных выхлопных газов к впуску для подсоса топливной смеси в двигатель. В системе рециркуляции между выхлопом и впуском подсоса расположен клапан рециркуляции выхлопных газов EGR (exhaust gas recirculation) с переменной скоростью потока; частота открывания клапана управляется компьютером системы (транспортного средства и др.), двигатель которой оснащен клапаном EGR, в соответствии с такими параметрами клапана, как измеренная температура выхлопных газов, требуемая мощность двигателя и т.д. Образование оксидов азота зависит, в частности, от температуры и давления кислорода в ходе сгорания, и введение выхлопных газов действует на оба эти параметра (температуру и долю кислорода).
[003] Несмотря на то, что использование клапана EGR делает возможными минимальные издержки на уменьшение образования NOx, оно обладает другими недостатками. В частности, уменьшение температуры сгорания, требуемое для ограничения образования NOx, также вызывает увеличение образования сажи в ходе сгорания, что имеет частным следствием засорение системы впуска, системы отвода выхлопных газов и системы рециркуляции выхлопных газов; это уменьшает производительность двигателя и увеличивает загрязнение, порождаемое двигателем.
[004] Известная методика промывки двигателя и его систем заключается во впрыске в систему впуска текучего вещества, содержащего водород и кислород во время работы двигателя. Свойство высокой воспламеняемости водорода делает возможным улучшение сгорания в цилиндрах двигателя. Рекомбинация водорода и кислорода с образованием воды в сверхкритическом состоянии, действующей в качестве растворителя, делает возможным растворение и выведение нагара, находящегося на чувствительных деталях двигателя, в частности на головках и контрольных клапанах форсунок, в турбине, или турбинах, клапане EGR, впускных и выпускных клапанах, поршнях, поршневых кольцах, цилиндрах, системе впуска, коллекторе и, при определенных условиях, сажевом фильтре и каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов.
[005] Однако на практике обнаруживается, что известные методики впрыска промывочного текучего вещества обладают ограниченной эффективностью, в частности для промывки системы впуска и коллектора, впускных клапанов и клапана EGR работающего двигателя.
Описание изобретения
[006] Изобретение нацелено на совершенствование известных систем для удаления нагара из двигателя внутреннего сгорания, при этом система содержит средство впрыска, выполненное с возможностью впрыска промывочного текучего вещества по впуску для всасываемого потока топливно-воздушной смеси в работающий двигатель.
[007] С этой целью, система удаления нагара в соответствии с изобретением отличается тем, что она также содержит средство управления, выполненное с возможностью управления открыванием или закрыванием клапана EGR двигателя в соответствии с параметрами впрыскиваемого промывочного текучего вещества.
[008] Управление открыванием и закрыванием клапана EGR посредством настоящей системы удаления нагара вынуждает промывочное текучее вещество лучше циркулировать в верхней части двигателя, в системе впуска и системе рециркуляции газов за счет обретения свободы от рабочего цикла закрывания/открывания клапана EGR, заданного конструктором. Поэтому становится возможной промывка настоящего клапана EGR, системы подсоса воздуха, впускных клапанов и турбины надежным, более простым и более тщательным образом.
[009] В системе удаления нагара в соответствии с изобретением промывочное текучее вещество может представлять собой смесь водорода и кислорода в предпочтительных соотношениях и, например, воду в сверхкритическом состоянии.
[0010] В соответствии с одним из вариантов осуществления, система удаления нагара согласно изобретению может также содержать, вверх по потоку относительно средства впрыска, устройство для получения газообразных кислорода и водорода путем электролиза воды. Система удаления нагара, таким образом, становится полностью автономной и поэтому может быть перемещена как можно ближе к двигателю, подлежащему промывке.
[0011] Средство управления предпочтительно выполнено с возможностью управления открыванием или закрыванием клапана EGR в течение предварительно определенной длительности в зависимости от скорости впрыска промывочного текучего вещества. Регулировка открывания/закрывания клапана EGR в соответствии с длительностью и/или скоростью впрыска позволяет оптимизировать качество и скорость выполняемого процесса промывки.
[0012] В соответствии с одним из вариантов осуществления, средство управления может быть выполнено с возможностью управления клапаном EGR в соответствии с циклом, включающим первую фазу открывания клапана EGR в течение первого предварительно определенного периода с последующей второй фазой закрывания клапана EGR в течение второго предварительно определенного периода, причем цикл повторяется в соответствии с длительностью впрыска промывочного текучего вещества. Когда клапан EGR закрыт, промывка происходит в системе двигателя ниже по потоку, в частности в выхлопной системе. Открывание клапана EGR позволяет произвести тщательную промывку системы двигателя выше по потоку, т.е. системы впуска и системы рециркуляции газов, в частности части системы рециркуляции, расположенной между клапаном EGR и впуском для подсоса газов из двигателя.
[0013] В соответствии с другим вариантом осуществления, средство управления может быть выполнено с возможностью управления клапаном EGR в соответствии с циклом, повторяемым с частотой цикла, зависящей от длительности впрыска промывочного текучего вещества, и этот цикл включает первую фазу открывания клапана EGR в течение первого предварительно определенного периода, вторую фазу закрывания клапана EGR в течение второго предварительно определенного периода и третью фазу, в ходе которой клапан EGR поочередно открывается и закрывается с частотой, по меньшей мере, в десять раз превышающей частоту повторения цикла, в течение предварительно определенного третьего периода. Третья фаза, включающая управление поочередным открыванием/закрыванием клапана EGR, делает возможным «постукивание» по клапану EGR, посредством чего генерируются микроудары и вибрация, способствующие растворению слоев нагара, присутствующих на настоящем клапане EGR.
[0014] Испытания сделали возможным выполнение хорошей промывки двигателя за первый, второй и третий периоды порядка 1-10 мин, предпочтительно - порядка 5 минут, с изменением состояния клапана EGR в ходе третьего периода цикла каждые 0,5 секунд; т.е. для цикла промывки в течение 3-30 мин, предпочтительно - порядка 15 минут, с повторением цикла в течение 1-2 часов до полной промывки.
Краткое описание Фигур
[0015] Изобретение станет более понятным, и другие характерные признаки и преимущества изобретения предстанут в свете нижеследующего описания примерных вариантов осуществления системы удаления нагара из двигателя в соответствии с изобретением. Указанные примеры даны как неограничивающие. Описание следует прочитывать со ссылкой на приложенный графический материал, единственная фигура которого представляет собой общий вид системы удаления нагара в соответствии с изобретением.
Описание одного из вариантов осуществления изобретения
[0016] Как было изложено выше, система удаления нагара в соответствии с изобретением представляет собой систему для удаления нагара из двигателя внутреннего сгорания, при этом система содержит средство впрыска, выполненное с возможностью впрыска промывочного текучего вещества по впуску для всасываемого потока топливно-воздушной смеси в работающий двигатель. Система удаления нагара в соответствии с изобретением отличается тем, что она также содержит средство управления, выполненное с возможностью управления открыванием или закрыванием клапана EGR двигателя в соответствии с параметрами впрыскиваемого промывочного текучего вещества.
[0017] В соответствии с одним из вариантов осуществления, не показанным, система удаления нагара может быть соединена с внешним резервуаром промывочного текучего вещества.
[0018] В соответствии вариантом осуществления, показанным в графическом материале, система 10 удаления нагара в соответствии с изобретением является полностью автономной и выполненной с возможностью впрыска в работающий двигатель промывочного текучего вещества, представляющего собой смесь водорода и кислорода, получаемую настоящей системой.
[0019] С этой целью, система 10 удаления нагара содержит в конструкции 11 резервуар с водой и средства, в других отношениях известные для получения водорода и кислорода путем электролиза воды. На стороне конструкции предусмотрено окно 12, позволяющее наблюдать уровень воды в резервуаре. На верхней части конструкции предусмотрено отверстие 13 с заглушкой для заполнения резервуара водой. На верхней части конструкции также предусмотрен пульт управления, позволяющий пользователю регулировать различные параметры описываемой ниже системы удаления нагара. С пультом управления объединен соединитель 14 для подключения кабеля, соединяющего установку непосредственно с транспортным средством, точнее с клапаном EGR двигателя, с целью управления его открыванием и/или закрыванием.
[0020] Показанная система удаления нагара выполнена с возможностью выполнения промывки путем управления клапаном EGR в соответствии с циклом, повторяемым с частотой цикла, зависящей от длительности впрыска промывочного текучего вещества, и этот цикл включает первую фазу открывания клапана EGR в течение первого предварительно определенного периода, вторую фазу закрывания клапана EGR в течение второго предварительно определенного периода и третью фазу, в ходе которой клапан EGR поочередно открывается и закрывается образом с частотой, по меньшей мере, в десять раз превышающей частоту повторения цикла, и это имеет место в течение предварительно определенного третьего периода.
[0021] В автоматическом режиме работы система удаления нагара запрограммирована на управление промывкой клапана EGR транспортного средства в соответствии с циклом, повторяемым от 30 минут до 4 часов, при этом данный цикл включает:
- первую фазу открывания клапана EGR в течение предварительно определенного периода, составляющего приблизительно 5 минут,
- вторую фазу закрывания клапана EGR в течение второго предварительно определенного периода, составляющего приблизительно 5 минут, и
- третью фазу, в ходе которой клапан EGR поочередно открывается и закрывается в течение периодов порядка 0,5 секунд, и эта поочередная работа длится в течение третьего предварительно определенного периода, также составляющего порядка 5 минут.
[0022] В соответствии с одним из вариантов осуществления, первый период, второй период и третий период имеют по существу одинаковую длительность.
[0023] В качестве альтернативы, пользователь может выбрать с пульта управления длительность каждой фазы, составляющую, например, 0-120 минут. В соответствии с объемом цилиндров двигателя (двигателя автомобиля, грузовика и т.д.) и степени его засорения, пользователь может, также с пульта управления, выбирать общую длительность программы промывки и/или повышать или понижать скорость потока промывочного текучего вещества, и/или изменять соотношения водорода и кислорода в газообразной смеси промывочного текучего вещества.
[0024] В целях безопасности и эргономичности предусматривается множество дополнительных элементов системы удаления нагара, в частности элементы, описываемые ниже.
[0025] Безопасность средства получения водорода обеспечивается наличием в резервуаре датчика уровня воды, средства отключения получения водорода в случае превышения давления и средства предупреждения (звуковой сигнализации). Кроме того, при отсоединении выпуска текучего вещества от двигателя система удаления нагара герметизируется.
[0026] С целью облегчения перемещения установки как можно ближе к двигателю, подлежащему промывке, установка установлена на колесах, и на высоте человеческого роста предусмотрены ручки.
[0027] Звуковая сигнализация запрограммирована за 5 минут до окончания программы промывки с последующей второй сигнализацией по окончании промывки.
[0028] В соответствии с вариантом осуществления, показанным в графическом материале, все элементы системы удаления нагара в соответствии с изобретением объединены в конструкцию 10, имеющую размеры и вес, совместимые с манипуляциями вручную. Данная система удаления нагара одинаково хорошо подходит для промывки двигателей с небольшим или средним объемом цилиндров, например, двигателя личного автомобиля или малотоннажного грузовика, мотоцикла и т.д.
[0029] В соответствии с одним из вариантов, не показанным, но реализованным, все элементы системы удаления нагара в соответствии с изобретением, объединены в полезном объеме легкого грузовика или грузового прицепа. Таким образом, систему удаления нагара можно перемещать без приложения человеческих усилий. Кроме того, устройство для получения водорода может быть выполнено в размере для получения большей скорости потока промывочного текучего вещества, а средство впрыска может быть выполнено в размере для впрыска этого текучего вещества при более высокой температуре и/или давлении. Такая система удаления нагара лучше подходит для работы с двигателями с большим объемом цилиндров.
[0030] Система удаления нагара в соответствии с изобретением также может быть использована для многочисленных применений в иных областях, чем область автомобилей; она может быть использована для промывки двигателей любого типа: двигателей кораблей, военных транспортных средств, двигателей промышленных установок, двигателей нагревательных установок и т.д.