УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ВСАСЫВАЕМОГО ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам для облегчения пуска двигателя, в частности к устройствам для предпускового подогрева двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство для предпускового подогрева двигателей внутреннего сгорания, в основном дизелей, основанное на прогреве воздуха во впускном трубопроводе двигателя за счет теплоты, полученной от сгорания топливовоздушной смеси. Устройство содержит свечу накаливания, которая предварительно нагревается, и по истечении заданного времени предварительного нагрева свечи топливо впрыскивается форсункой на раскаленный нагревательный элемент свечи накаливания, происходит воспламенение топливовоздушной смеси. Свечи накаливания устанавливают в начале впускного трубопровода или в местах разводки по каналам цилиндров. Смотри источник: Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Ч.1. - М.: "Машиностроение", 2002 г., сс.157...162, рис.1, 2, 3.
Недостатками известного устройства являются: низкая эффективность применения свечей накаливания при пуске дизелей, зависимость эффективности работы свечей накаливания от рабочей температуры открытой спирали или кожуха штифтовой свечи. Из-за потери теплоты при большой длине трубопровода снижается эффективность работы свечей подогрева в условиях низких температур.
В качестве аналога рассмотрено устройство подогрева всасываемого воздуха в двигателях внутреннего сгорания с помощью электрофакельного подогрева (патент РФ №2092713, F02N 17/047).
Устройство содержит свечу накаливания, установленную во впускном трубопроводе, нагреваемую в течение первого промежутка времени, путем пропускания через нее постоянного тока, по истечении заданного промежутка времени на свечу накаливания впрыскивается топливо с помощью форсунок, происходит воспламенение топливовоздушной смеси, в дальнейшем, пока двигатель не достигнет определенной рабочей температуры, ток к свече накаливания подается импульсами, в соответствие с пониженной мощностью, а во впускной трубопровод форсунками продолжает впрыскиваться топливо, которое продолжает гореть и подогревать всасываемый воздух.
Недостатком аналога является сложность включения данного устройства в работу, повторное использование возможно только после полного остывания свечи
накаливания, устройство не учитывает зависимость воспламеняемости топливной смеси от температуры окружающего воздуха, не затрагивает молекулярную структуру подготовки топлива и слабо влияет на процесс активизации топлива.
В качестве прототипа рассмотрено устройство для предварительного нагрева всасываемого воздуха многоцилиндрового дизельного двигателя (А.С. СССР №1779282 А3).
Устройство для предварительного нагрева всасываемого воздуха многоцилиндрового двигателя содержит, установленные во всасывающем коллекторе, термоэлектрический элемент и распылитель высокого давления, подключенный через отключающий орган, выполненный в виде управляемого обратного клапана с изменяемым ходом запорного органа, к напорной полости топливного насоса высокого давления, соединенного при помощи трубопроводов высокого давления с форсунками цилиндров двигателя.
Недостатком прототипа является то, что устройство не учитывает зависимость воспламеняемости топливной смеси от температуры окружающего воздуха, не затрагивает молекулярную структуру подготовки топлива и слабо влияет на процесс активизации топлива.
Целью предлагаемой полезной модели является облегчение холодного пуска дизельного двигателя, сокращение времени пуска двигателя при температуре воздуха ниже плюс 5°С, упрощение конструкции и повышение эффективности устройства с возможностью регулирования процесса подготовки рабочей смеси в зависимости от температуры окружающего воздуха, обеспечение работы устройства на различных сортах моторного топлива.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подогрева всасываемого воздуха в двигателях внутреннего сгорания, содержащем установленный во всасывающем коллекторе распылитель, подключенный при помощи магистрального трубопровода через отключающий орган к полости топливного насоса, термоэлектрический воспламеняющий элемент, распылитель и термоэлектрический воспламеняющий элемент объединены металлическим корпусом, в верхней части которого, по центру, установлен штуцер для подачи плазмообразующего рабочего тела (воздуха), внутри корпуса к нижней части штуцера прикреплен электроизолированный катод, в нижней части корпуса, сбоку, выполнен штуцер для подачи разлагаемого рабочего тела (углеводородного топлива) в реактор, образуемый анодом, установленным внутри корпуса в средней его части, и закалочным устройством, ввинченным в днище корпуса.
Предполагаемое устройство подогрева всасываемого воздуха изображено на фиг.1, где: 1 - впускной трубопровод (коллектор), 2 - устройство для подогрева всасываемого воздуха, 3 - электроизолированный катод, 4 - анод, 5 - канал для подвода углеводородного топлива, 6 - канал для подвода воздуха, 7 - закалочное устройство, 8 - реактор, 9 - корпус.
Устройство представляет собой металлический корпус, в верхней части которого, по центру, установлен штуцер 6 для подачи плазмообразующего рабочего тела (воздуха), внутри корпуса 9 к нижней части штуцера 6 прикреплен электроизолированный катод 3, в нижней части корпуса, сбоку, выполнен штуцер 5 для подачи разлагаемого рабочего тела (углеводородного топлива) в реактор 8, образуемый анодом 4, установленным внутри корпуса 9 в средней его части, и закалочным устройством 7, ввинченным в днище корпуса.
Работа устройства для подогрева всасываемого воздуха осуществляется следующим образом. К электроизолированным между собой катоду 3 и аноду 4 подводится напряжение с заданными параметрами. По каналу 6 подается плазмообразующее рабочее тело, (воздух), которое, двигаясь по шнековым многозаходным нарезам катода 3, обеспечивает его охлаждение. С помощью высоковольтного осциллятора (элемент блока электрического питания) формируется токопроводящий канал между электродами.
Далее под действием газодинамических сил токопроводящий канал вытягивается вдоль оси анода 4, трансформируясь в дуговой разряд с заданными параметрами. Разлагаемое рабочее тело (это углеводородное топливо) поступает по каналу 5 в корпус генератора, обеспечивая охлаждение анода 4 и закалочного устройства 7.
В реакторе 8 происходит интенсивное перемешивание низкотемпературной воздушной плазмы и углеводородного топлива. В закалочном устройстве 7 продукты плазмохимического пиролиза охлаждаются с заданной скоростью. Через выходной канал закалочного устройства 7 продукты плазмохимического пиролиза попадают по всасывающему коллектору в камеры сгорания двигателя.
Для обеспечения работы устройства 2, воздух проходит через впускной трубопровод 1, электронный блок управления (на фиг.1 не показан) позволяет отделять часть воздуха от общего потока, потребляемого двигателем, преобразовывать его в низкотемпературную воздушную плазму, воздействующую на углеводородную смесь, с образованием химически активных радикалов топливовоздушной смеси, осуществляя конверсию и воспламенение топливовоздушной смеси. Воздух во впускном трубопроводе нагревается за счет теплоты сгорания топливовоздушной смеси. Применение электронного блока управления с использованием микропроцессора (на фиг.1 не показан) позволяет выбирать оптимальные варианты получения активных радикалов топливной смеси, изменять
энергетику электрической дуги и количественные соотношения топлива и воздуха, что делает процесс смесеобразования топливовоздушной смеси регулируемым и эффективным на всех режимах работы двигателя, независимо от используемого углеводородного топлива.
Возможность регулирования процессом конверсии физико-химических характеристик топливной смеси обеспечивает широкие диапазоны регулирования удельных и интегральных характеристик подогревателя воздуха, что положительно отражается на экономических, мощностных и экологических показателях двигателя в целом.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в возможности изменять структуру молекул топлива с образованием в нем химически активных радикалов, в зависимости от режимов работы двигателя и типа топлива, управлять энтальпией газовой струи, концентрацией и типом химически активных частиц. Отпадает необходимость в дополнительных устройствах для обеспечения активизации состава рабочей смеси, в зависимости от температуры окружающего воздуха, обеспечивать надежное воспламенение рабочей смеси при использовании различных сортов моторного топлива, снижается удельный расход топлива.
Достигается более полное и эффективное использование топлива, улучшаются экономические и экологические характеристики двигателя в целом. При внедрении заявленного изобретения серьезных изменений в конструкции двигателя не требуется.
Устройство для предварительного нагрева всасываемого воздуха может работать в трех режимах:
- обеспечение режима электрофакельного подогрева;
- обеспечение режима электрофакельного подогрева с пиролизом активных к воспламенению топливных частиц;
- обеспечение режима пиролиза активных к воспламенению топливных частиц.
Инвариантность к различным типам используемого углеводородного топлива обеспечивается его деструкцией с помощью низкотемпературной воздушной плазмы, что известно (Пиролиз. Краткая химическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1964, сс.1069...1082).