RU2681873C2 - Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof - Google Patents
Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681873C2 RU2681873C2 RU2016151527A RU2016151527A RU2681873C2 RU 2681873 C2 RU2681873 C2 RU 2681873C2 RU 2016151527 A RU2016151527 A RU 2016151527A RU 2016151527 A RU2016151527 A RU 2016151527A RU 2681873 C2 RU2681873 C2 RU 2681873C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- mixture
- gas
- internal combustion
- air
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 155
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 133
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 17
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 12
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 17
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 claims description 14
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000006641 Fischer synthesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- -1 poor Substances 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 2
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 2
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- RPJSGONHAGDAGQ-UHFFFAOYSA-N butane propane Chemical compound CCC.CCC.CCCC.CCCC RPJSGONHAGDAGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- MEKDPHXPVMKCON-UHFFFAOYSA-N ethane;methane Chemical compound C.CC MEKDPHXPVMKCON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
- F02M27/02—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
- F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
- F02M31/16—Other apparatus for heating fuel
- F02M31/18—Other apparatus for heating fuel to vaporise fuel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к двигателестроению, в частности, для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Может использоваться для двигателей внутреннего сгорания, а также для газово поршневых генераторов.The group of inventions relates to engine building, in particular, for internal combustion engines (ICE) with spark ignition. It can be used for internal combustion engines, as well as for gas piston generators.
Назначением предложенного способа является его применение в системе подачи топлива в ДВС для использования в бензиновых и дизельных двигателей с искровым зажиганием непосредственно в камере зажигания или камеры зажигания совместно с форкамерой, а также для газовых поршневых двигателей с форкамерно-факельным зажиганием или с форкамерами со встроенными камерами искрового зажигания, а также для дизельных поршневых двигателей и двигателей с форкамерно-факельным зажиганием.The purpose of the proposed method is its application in the fuel supply system in the internal combustion engine for use in gasoline and diesel engines with spark ignition directly in the ignition chamber or ignition chamber together with a prechamber, as well as for gas piston engines with a prechamber and torch ignition or with prechambers with integrated cameras spark ignition, as well as for diesel piston engines and engines with a pre-chamber ignition torch.
Известно изобретение «Способ зажигания топливовоздушных, преимущественно бедных, смесей в двигателе внутреннего сгорания и устройство для его осуществления» патент RU 2099549, опубл. 20.12.1997, МПК F02B 19/08, F02B 19/16, F02B 19/18, в котором осуществляют ввод в такт сжатия в камеру зажигания топливовоздушной смеси из основной камеры сгорания и последующее зажигание топливовоздушной смеси. Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от электрической искры и применяется для бедных горючих смесей. Изобретение решает задачу обеспечения устойчивой работы двигателя на бедных смесях, ускоряет и стабилизирует горение бедных смесей. Однако для этого требуется перейти от штатных систем зажигания к форкамерно-факельным системам зажигания, что намного усложняет конструкцию и при этом возможно использование лишь одного вида топлива. Двигатель может перегреваться, а иногда может возникнуть детонация. Кроме того, такое техническое решение усложняет конструкцию и повышает требования к точности изготовления и обработке ее элементов. Также получают невысокую эффективность работы двигателя на бедных смесях.The invention is known "Method of ignition of air-fuel, mainly poor, mixtures in an internal combustion engine and device for its implementation" patent RU 2099549, publ. 12/20/1997, IPC F02B 19/08, F02B 19/16, F02B 19/18, in which the air-fuel mixture is introduced into the ignition chamber from the main combustion chamber into the compression stroke and the fuel-air mixture is subsequently ignited. The invention relates to piston internal combustion engines ignited by an electric spark and is used for lean combustible mixtures. The invention solves the problem of ensuring stable operation of the engine on lean mixtures, accelerates and stabilizes the combustion of poor mixtures. However, for this it is necessary to switch from standard ignition systems to pre-ignition-torch ignition systems, which greatly complicates the design and at the same time it is possible to use only one type of fuel. The engine may overheat, and sometimes detonation may occur. In addition, this technical solution complicates the design and increases the requirements for precision manufacturing and processing of its elements. They also get low engine efficiency on lean mixtures.
Известно изобретение «Автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания», патент RU 2120556, опубл. 20.10.1998, МПК F02B 43/00, F02B 37/00, содержащей топливную емкость, заполненную жидким углеводородным топливом, и на топливной линии установленный испарительный агрегат. Изобретение относится к автономным системам питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания, а именно к таким системам, в которых газообразное топливо получают из жидкого. Задачей является создание экономичной автономной системы питания газообразным топливом двигателя, получаемого из дешевого жидкого топлива и преобразуемого в газообразное топливо с высоким октановым числом. Достигается повышение экономичности двигателя путем обеспечения преобразования жидкого углеводородного топлива в газообразное с высоким октановым числом порядка 100. Для получения газообразного топлива из жидкого топлива в устройстве для наддува двигателя внутреннего сгорания, воздушная линия нагнетания соединена с камерами сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха и реактор, который является теплообменником. Однако система требует специального устройства для наддува, сложна и требует дополнительного наддува ДВС. Использует продукты пиролиза и воздух, которые поступают через воздушную линию нагнетания из камер сгорания двигателя. Может применяться только для поршневых двигателей с регулируемым объемом, у которых камеры сгорания, обеспечивают постоянство температурного режима горения в рабочем диапазоне мощностей, а также для роторно-поршневых и газотурбинных двигателей с регулируемым составом топливной смеси, обеспечивающей стехиометрическое соотношение топлива и воздуха. Не позволяет использовать штатные топливные системы ДВС с искровым зажиганием. Не решает вопрос экономии топлива и получения более равномерной смеси высокотемпературных паров топлива и воздуха.The invention is known "Autonomous power supply system for gaseous fuel of an internal combustion engine", patent RU 2120556, publ. 10.20.1998, IPC F02B 43/00, F02B 37/00, containing a fuel tank filled with liquid hydrocarbon fuel, and an evaporative unit installed on the fuel line. The invention relates to autonomous systems for supplying gaseous fuel to an internal combustion engine, and in particular to such systems in which gaseous fuel is obtained from liquid fuel. The objective is to create an economical autonomous system for supplying gaseous fuel to an engine obtained from cheap liquid fuel and converted to gaseous fuel with a high octane rating. An increase in engine efficiency is achieved by ensuring the conversion of liquid hydrocarbon fuel to gaseous fuel with a high octane number of about 100. To obtain gaseous fuel from liquid fuel in a device for pressurizing an internal combustion engine, an air discharge line is connected to the combustion chambers of the engine through a pyrolysis and air product mixer and a reactor which is a heat exchanger. However, the system requires a special device for pressurization, is complex and requires additional pressurization of the internal combustion engine. It uses pyrolysis products and air that enter through the overhead discharge line from the combustion chambers of the engine. It can be used only for variable displacement piston engines with combustion chambers that ensure constant combustion temperature in the operating power range, as well as for rotary piston and gas turbine engines with an adjustable fuel mixture that provides a stoichiometric ratio of fuel and air. It does not allow the use of standard ICE fuel systems with spark ignition. It does not solve the issue of fuel economy and obtaining a more uniform mixture of high-temperature fuel and air vapors.
Известно изобретение «Система двигателя», патент RU 153202. 07.05.2013, US 13/889, 103, опубл.: 10.07.2015, МПК F02B 43/00, F02M 25/07, в которой используют в качестве источника газового топлива источник, присоединенный к одному или более цилиндрам двигателя, и впуск природного газа вместе с природным газом из системы рециркуляции выхлопных газов. Изобретение относится к способам преодоления перегрева и детонации в двигателях с газовым топливо снабжением. Однако, поскольку сжиженный природный газ обладает предельной воспламеняемостью и узким пределом обогащения по сравнению с бензином и другими традиционными видами топлива, то увеличивается предельная температура двигателя, которая может достигать очень высоких температур для полного сгорания топлива или воздуха. Поэтому приходится снижать процент обогащения. Так в пиковом режиме, работающие с обогащением бензиновые двигатели могут работать вплоть до 40% обогащения, чтобы уменьшать перегрев. Предложенная система в сравнении с двигателями на жидком топливе работают при около 10% обогащения в пиковых условиях. Поэтому двигатели на сжиженном природном газе испытывают повышенный износ клапанов. Для охлаждения приходится добавлять жидкое топливо. Для более стабильной работы двигателя источником газового топлива служат выхлопные газу из присоединенного одного или более цилиндрам двигателя. При этом используют систему рециркуляции выхлопных газов, при которой систему выпуска присоединяют к системе впуска с содержащимся катализатором риформинга. Однако этот способ очень сложен, т.к. требуется наличие двух разных видов топлива, причем второй вид топлива представляет собой водород, подающийся извне в виде водородно-воздушной смеси через управляемый клапан. Кроме того, реформинг обедненной газовоздушной смеси непосредственно в форкамере за счет применения катализатора с электрическим подогревом невозможен, т.к. нагреваемая структура, состоящая из подложки-электронагревателя и сетки-катализатора, расположена внутри форкамеры и не способна выдержать разрушительное действие циклических резкопеременных изменений давления и температуры.The invention is known "Engine system", patent RU 153202. 05/07/2013, US 13/889, 103, publ.: 07/10/2015, IPC F02B 43/00, F02M 25/07, in which a source is used as a gas fuel source, connected to one or more engine cylinders, and a natural gas inlet together with natural gas from an exhaust gas recirculation system. The invention relates to methods for overcoming overheating and detonation in engines with gas fuel supply. However, since liquefied natural gas has a flammability limit and a narrow enrichment limit compared to gasoline and other traditional fuels, the engine temperature limit increases, which can reach very high temperatures for complete combustion of fuel or air. Therefore, it is necessary to reduce the percentage of enrichment. So in peak mode, gasoline engines operating with enrichment can operate up to 40% enrichment in order to reduce overheating. The proposed system, in comparison with liquid fuel engines, operates at about 10% enrichment under peak conditions. Therefore, liquefied natural gas engines experience increased valve wear. To cool, you have to add liquid fuel. For more stable engine operation, the source of gas fuel is exhaust gas from the attached one or more engine cylinders. In this case, an exhaust gas recirculation system is used, in which the exhaust system is connected to the intake system with the reforming catalyst contained. However, this method is very complicated, because two different types of fuel are required, the second type of fuel being hydrogen supplied from the outside in the form of a hydrogen-air mixture through a controllable valve. In addition, the reforming of the lean gas mixture directly in the prechamber due to the use of an electrically heated catalyst is not possible, because the heated structure, consisting of a substrate-heater and a grid-catalyst, is located inside the prechamber and is not able to withstand the destructive effect of cyclic abrupt changes in pressure and temperature.
Наиболее близким техническим решением, которое взято за прототип является изобретение «Способ организации рабочего процесса газового поршневого двигателя с искровым зажиганием», патент RU 2535308, опубл. 10.12.201, МПК Р02В 19/12, F02B 43/00, в соответствии с которым в камере зажигания обеспечивают газовоздушную смесь заданной температуры, инициируют запуск реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода, при этом обеспечивают реакцию комбинированной конверсии за счет давления и соответственно температуры подаваемой газовоздушной смеси. Назначением данного изобретения является его применение в двигателестроении в газовых поршневых двигателях с искровым зажиганием, работающих, преимущественно, на бедных смесях углеводородных газов. Данное техническое решение позволяет организовать рабочий процесс газового поршневого двигателя с искровым зажиганием при минимальных изменениях в конструкции дизельных двигателей. Позволяет при поступлении в процессе сжатия бедной газовоздушной смеси из камеры сгорания в камеру зажигания, содержащую остаточные газы, формируют в камере зажигания водородно-воздушной смесь за счет реакций комбинированной конверсии компонентов газовоздушной смеси в водород и окись углерода, осуществляют искровое зажигание водородно-воздушной смеси и выброс горящего факела в камеру сгорания с воспламенением основной бедной газовоздушной смеси. Однако доработки все равно приходится осуществлять существенные. Так к двигателю предъявляют повышенные эксплуатационные характеристики. В дизельном двигателе в посадочное место форсунки устанавливают адаптер в виде цилиндра, в верхней части которого расположена свеча зажигания, а нижняя часть образует камеру зажигания, при этом соединительным каналом является отверстие под распылитель форсунки. Однако это решение не может быть применено для жидких топлив, а также для бензиновых двигателей. Кроме того, для того, чтобы добиться облегчения вспышки в цилиндрах ДВС, а также обеспечения полноты сгорания смеси, необходимо точно подбирать параметры форсунки и каналов под распылитель, что не обеспечивает высокой топливной экономичности. Кроме того, используют только углеводородные газы.The closest technical solution, which is taken as a prototype, is the invention "Method for organizing the working process of a gas piston engine with spark ignition", patent RU 2535308, publ. 12/10/2011, IPC Р02В 19/12, F02B 43/00, according to which a gas-air mixture of a given temperature is provided in the ignition chamber, initiate the start of the reaction of combined conversion of lower alkanes that are part of the gas-air mixture to hydrogen and carbon monoxide, while provide a combined conversion reaction due to pressure and, accordingly, the temperature of the supplied gas-air mixture. The purpose of this invention is its use in the engine industry in gas piston engines with spark ignition, working mainly on lean mixtures of hydrocarbon gases. This technical solution allows you to organize the working process of a gas piston engine with spark ignition with minimal changes in the design of diesel engines. When a lean air-gas mixture enters the compression process from the combustion chamber to the ignition chamber containing residual gases, it forms a hydrogen-air mixture in the ignition chamber due to the reactions of combined conversion of the components of the gas-air mixture into hydrogen and carbon monoxide, and spark-ignition of the hydrogen-air mixture is carried out and discharge of a burning torch into the combustion chamber with ignition of the main lean air-gas mixture. However, the improvements still have to be substantial. So the engine is presented with enhanced performance. In a diesel engine, an adapter is installed in the nozzle seat in the form of a cylinder, in the upper part of which there is a spark plug, and the lower part forms an ignition chamber, while the connecting channel is an opening for the nozzle atomizer. However, this solution cannot be applied to liquid fuels, as well as to gasoline engines. In addition, in order to achieve easier flash in the ICE cylinders, as well as to ensure complete combustion of the mixture, it is necessary to precisely select the parameters of the nozzle and channels for the sprayer, which does not provide high fuel efficiency. In addition, only hydrocarbon gases are used.
В основном во всех типах двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием используют способ подачи жидкого топлива в виде впрыска, с использованием различных устройств, относящихся к штатным топливным системам. В эти штатные системы входит так называемая топливная аппаратура, например, карбюратор, инжектор, форсунка. Функциональное назначение топливной аппаратуры - это распыление под давлением топлива до мельчайших капель в составе воздушно-топливной смеси, при этом от размера капель топлива зависит качество воздушно топливной смеси подаваемой в цилиндр двигателя. Для дизельных двигателей смесеобразование происходит непосредственно в камере сгорания, а не в карбюраторе (воздух может нагнетаться турбиной), для них также необходимо подавать горячий пар дизельного топлива и воздух.Basically, in all types of internal combustion engines with spark ignition, a method of supplying liquid fuel in the form of injection is used, using various devices related to standard fuel systems. These standard systems include the so-called fuel equipment, for example, a carburetor, injector, nozzle. The functional purpose of the fuel equipment is spraying under fuel pressure to the smallest drops in the composition of the air-fuel mixture, and the quality of the air-fuel mixture supplied to the engine cylinder depends on the size of the fuel droplets. For diesel engines, mixture formation takes place directly in the combustion chamber, and not in the carburetor (air can be pumped by the turbine), for them it is also necessary to supply hot diesel fuel vapor and air.
Если заменить подачу топлива не путем распыления, а путем подачи паро газо воздушной смеси, тогда можно добиться для штатных бензиновых, дизельных двигателей и двигателей, предназначенных для работы на природном или сжиженном газе большей энергоэффективности и экологичности. Тогда можно получить из смеси жидких топлив паровоздушную смесь, которая является эффективным заменителем сжиженного или природного газа. Таким образом, возможно создать также условия для независимой автономной работы ДВС, рассчитанного для работы от сжиженного или природного газа, например, газово поршневых генераторов, поскольку в противном случае для работы таких генераторов необходимо зависимое подключение к источникам газа, например, к газопроводу или же к баллонам со сжиженным или сжатым газом.If you replace the fuel supply not by spraying, but by supplying a vapor of a gas-air mixture, then you can achieve greater energy efficiency and environmental friendliness for standard gasoline, diesel engines and engines designed to operate on natural or liquefied gas. Then you can get a vapor-air mixture from a mixture of liquid fuels, which is an effective substitute for liquefied or natural gas. Thus, it is also possible to create conditions for independent autonomous operation of the internal combustion engine, designed for operation from liquefied or natural gas, for example, gas reciprocating generators, since otherwise the operation of such generators requires a dependent connection to gas sources, for example, to a gas pipeline or cylinders with liquefied or compressed gas.
При этом достигается улучшение качества топливной смеси, подаваемой в ДВС с искровым зажиганием, за счет подачи вырабатываемого пара из различных видов жидких топлив и их смесей, таких как бензиновый, дизельный, керосиновый, спиртовой в различных объемных пропорциях. В результате получают новый вид газообразного топлива, который представляет собой высокотемпературную паро-газовоздушную смесь.This improves the quality of the fuel mixture supplied to the internal combustion engine with spark ignition by supplying the generated steam from various types of liquid fuels and their mixtures, such as gasoline, diesel, kerosene, alcohol in various volume proportions. The result is a new type of gaseous fuel, which is a high-temperature vapor-gas mixture.
Паро-газовоздушная смесь это топливо, состоящее из высокотемпературных паров одного вида топлива или из смесей различных видов жидкого топлива и воздуха, как составного газа.A gas-vapor mixture is a fuel consisting of high-temperature vapors of one type of fuel or mixtures of various types of liquid fuel and air, as a composite gas.
За счет применения паро-газовоздушной смеси для питания ДВС с искровым зажиганием достигают следующего технического результата:Due to the use of steam-gas mixture to power ICE with spark ignition, the following technical result is achieved:
- получение более равномерной смеси высокотемпературных паров топлива и воздуха;- obtaining a more uniform mixture of high temperature fuel vapor and air;
- облегчение вспышки в цилиндрах ДВС с искровым зажиганием, что обеспечивает полноту сгорания смеси;- facilitate flash in the cylinder ICE with spark ignition, which ensures the completeness of combustion of the mixture;
- полнота сгорания, в свою очередь, обеспечивает более высокую топливную экономичность ДВС с искровым зажиганием;- the completeness of combustion, in turn, provides higher fuel efficiency of ICE with spark ignition;
- поскольку высокотемпературная паро-газовоздушная смесь является более энергонасыщенным топливнымо зарядом для ДВС с искровым зажиганием, то это дает возможность получить экономию топлива от 20 до 30%, а также более экологически чистый выхлоп по сравнению с системами впрыска жидкого топлива.- since the high-temperature vapor-gas-air mixture is a more energy-saturated fuel charge for ICE with spark ignition, this makes it possible to obtain fuel savings of 20 to 30%, as well as a more environmentally friendly exhaust compared to liquid fuel injection systems.
Технический результат достигается за счет того, что применяют способ подачи топлива в ДВС, включающий подогрев газовоздушной смеси до заданной температуры, и инициацию запуска реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода (синтез-газ). При этом реакцию комбинированной конверсии обеспечивают за счет давления и соответствующей температуры подаваемой газовоздушной смеси в камеру зажигания. Новый способ подачи топлива отличается тем, что жидкое топливо или смесь топлив из, по меньшей мере одной, топливной емкости через штатную топливную систему автомобиля подают в парогенератор, получают в парогенераторе с расчетной производительностью газовоздушную смесь заданной температуры в расчетной объемной пропорции смеси, которую подают в камеру сгорания через впускной воздушный коллектор и далее в цилиндры двигателя на такте всасывания, а на такте сжатия обеспечивают воспламенение газовоздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искрообразования при достижении заданного давления. В частном случае применяют газовоздушную смесь, которая представляет собой газообразное топливо из комбинации низших алканов, состоящую из высокотемпературных паров, по меньшей мере, одного вида углеводородного жидкого топлива и воздуха. При этом в качестве топливной емкости используют по меньшей мере один топливный бак или топливную емкость. Например, в качестве штатной системы зажигания могут использовать свечи зажигания для подачи искры в камеру сгорания, расположенную в головке цилиндра бензинового двигателя; или в качестве штатной системы зажигания могут использовать используют форкамеру с камерой зажигания для дизельных двигателей. В частном случае газовоздушная смесь используется в виде смеси паров жидких топлив легких бензиновых фракций или в виде смеси паров жидких топлив тяжелых дизельных фракций или смесь из смесей различных видов жидкого углеводородного топлива и воздуха.The technical result is achieved due to the fact that the method of supplying fuel to the internal combustion engine is used, which includes heating the gas-air mixture to a predetermined temperature, and initiating the start of the reaction of combined conversion of lower alkanes that are part of the gas-air mixture to hydrogen and carbon monoxide (synthesis gas). In this case, the combined conversion reaction is provided due to the pressure and the corresponding temperature of the supplied gas-air mixture to the ignition chamber. A new method of supplying fuel is characterized in that liquid fuel or a mixture of fuels from at least one fuel tank is supplied to a steam generator through a standard fuel system of a vehicle, and a gas-air mixture of a given temperature is obtained in a steam generator with an estimated capacity in the estimated volumetric proportion of the mixture, which is supplied to the combustion chamber through the air intake manifold and further into the engine cylinders at the suction stroke, and at the compression stroke, ignite the gas-air mixture when the standard ignition systems due to sparking when a given pressure is reached. In a particular case, a gas-air mixture is used, which is gaseous fuel from a combination of lower alkanes, consisting of high-temperature vapors of at least one type of hydrocarbon liquid fuel and air. At the same time, at least one fuel tank or fuel tank is used as a fuel tank. For example, spark plugs can be used as a standard ignition system to supply sparks to a combustion chamber located in the cylinder head of a gasoline engine; or as a standard ignition system they can use a prechamber with an ignition chamber for diesel engines. In a particular case, the gas-air mixture is used as a mixture of liquid fuel vapor of light gasoline fractions or as a mixture of liquid fuel vapor of heavy diesel fractions or a mixture of mixtures of various types of liquid hydrocarbon fuel and air.
Например, при подаче смеси в камеру сгорания газовоздушная смесь в ней соприкасается с катализатором для более уверенной инициации запуска реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси. При этом при подаче смеси в камеру сгорания, газовоздушная смесь вступает при участии катализатора в реакцию конвертации низшах алканов в водород и окись углеровда. При этом для использования катализатора на стенки камеры сгорания предварительно может быть нанесен слой комбинированного катализатора толщиной 20 мкм путем порошкового напыления из комбинации катализаторов реакций Тропша-Фишера. Например, порошковое покрытие для комбинированного катализатора может иметь в составе, по меньшей мере, кобальт, железо и медь. Топливных емкостей может быть несколько. Поэтому жидкое топливо или их смесь из, по меньшей мере, одной топливной емкости через штатную топливную систему автомобиля и впускной коллектор подают в камеру сгорания.For example, when the mixture is fed into the combustion chamber, the gas-air mixture in it contacts the catalyst to more confidently initiate the start of the reaction of the combined conversion of the lower alkanes that make up the gas-air mixture. In this case, when the mixture is fed into the combustion chamber, the gas-air mixture enters, with the participation of the catalyst, the reaction of lower alkanes to hydrogen and carbon monoxide conversion. To use the catalyst, a layer of a combined catalyst with a thickness of 20 μm can be preliminarily applied to the walls of the combustion chamber by powder spraying from a combination of Tropsch-Fischer reaction catalysts. For example, a powder coating for a combined catalyst may comprise at least cobalt, iron, and copper. There may be several fuel tanks. Therefore, liquid fuel or a mixture thereof from at least one fuel tank is fed through a standard fuel system of an automobile and an intake manifold into a combustion chamber.
При использовании паро газо воздушной смеси, полученной в парогенераторе, получают смесь в расчетной объемной пропорции. Необходимый нагрев смеси на этапе сжатия до температуры не менее -500-700°С, поскольку температура начала конверсии содержащихся в бензине низших алканов от 200 до 400 градусов.When using the steam-gas-air mixture obtained in the steam generator, the mixture is obtained in the estimated volumetric proportion. The necessary heating of the mixture at the stage of compression to a temperature of at least -500-700 ° C, since the temperature of the beginning of the conversion of lower alkanes contained in gasoline from 200 to 400 degrees.
Расчетная объемная пропорция метана этана пропана бутана и прочих компонентов жидкого топлива может составлять, например: от 10/90 до 50/50.The estimated volumetric proportion of methane ethane, butane propane and other components of liquid fuel can be, for example: from 10/90 to 50/50.
Эту смесь подают в штатную камеру сгорания через впускной воздушный коллектор и далее в цилиндры двигателя на такте всасывания. При этом температуры паро газовой смеси может быть менее 500 градусов С, но при сжатии и повышении давления температура увеличивается, давление и соответственно температура в камерах сгорания и зажигания возрастают до 5-5,5 МПа и 500-600°С. В предложенном способе температура может достигать до 900°С, при степени сжатия в пределах 18:1 до 22:1. Эти величины устойчиво обеспечивают воспламенение газовоздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искрообразования. Если стенки камеры покрыты катализатором то конверсия алканов в синтез-газ увеличивается, что обеспечивает наивысшую энергоемкость такого топлива. Необходимая степень сжатия и требуемое давление в цилиндре двигателя определяется исходя из штатных настроек двигателя конкретного типа. При этом двигатель с искровым зажиганием устойчиво работает без детонации со степенью сжатия, например, дизельного двигателя во всем диапазоне частот вращения, нагрузок и при переходных режимах. Коэффициент избытка воздуха от 1,7 до 2,0 достигается на этапе получения паро газо воздушной смеси. При этом эффективный коэффициент полезного действия в предложенном способе подаче топлива для двигателя с искровым зажиганием превысил 40%.This mixture is fed into the standard combustion chamber through the intake air manifold and further into the engine cylinders at the suction stroke. In this case, the vapor temperature of the gas mixture can be less than 500 degrees C, but with compression and increase in pressure, the temperature increases, the pressure and, accordingly, the temperature in the combustion and ignition chambers increase to 5-5.5 MPa and 500-600 ° C. In the proposed method, the temperature can reach up to 900 ° C, with a compression ratio in the range of 18: 1 to 22: 1. These values stably provide ignition of the gas-air mixture when the standard ignition system is triggered due to sparking. If the walls of the chamber are coated with a catalyst, then the conversion of alkanes to synthesis gas increases, which ensures the highest energy intensity of such fuel. The necessary compression ratio and the required pressure in the engine cylinder is determined based on the standard settings of the engine of a particular type. In this case, the spark ignition engine stably operates without detonation with a compression ratio of, for example, a diesel engine in the entire range of rotational speeds, loads and during transient conditions. The coefficient of excess air from 1.7 to 2.0 is achieved at the stage of obtaining steam gas-air mixture. Moreover, the effective efficiency in the proposed method of supplying fuel for an engine with spark ignition exceeded 40%.
Поскольку в дизельных двигателях воспламенение в цилиндрах происходит за счет сжатия, то подаваемая газопаро воздушная смесь также при заданных температуре и давлении будет воспламеняться. Однако в этом способе питания дизельного двигателя не надо применять высокое давление. В предложенном техническом решении паро газо воздушная смесь подается на такте впуска высокотемпературная паро-воздушная смесь, т.е. горячий пар дизельного топлива от парогенератора и воздух смешиваются уже во впускном коллекторе.Since ignition in cylinders in diesel engines occurs due to compression, the gas-vapor mixture supplied also will ignite at given temperature and pressure. However, in this method of powering a diesel engine, it is not necessary to apply high pressure. In the proposed technical solution, the vapor-gas-air mixture is supplied at the intake stroke to a high-temperature vapor-air mixture, i.e. hot diesel steam from the steam generator and air are already mixed in the intake manifold.
Известно изобретение «Внутреннее устройство зажигания двигателя внутреннего сгорания», патент US 5611307, опубл. 18.03.1997, МПК F02B 19/1014; F02B 19/108; F02B 43/10 F02M 25/10; F02M 27/02, F02B 1/04, F02P 9/007, предназначенное для газовых двигателей. Устройство содержит устройство зажигания для объединения с двигателем внутреннего сгорания, имеющего камеру сгорания заданного объема, состоящую из небольшой форкамеры, и предварительной камеры, имеющей по меньшей мере одно выходное отверстие в камеру сгорания; средства для создания в предварительной камере высоко горючей богатой водородом смеси в стехиометрическом соотношении, и средство для воспламенения горючей смеси в форкамере. Однако смесь обогащена водородом, а водород является высоко горючим и высокотемпературным газом, что пагубно воздействует на поршни двигателя. Клапаны двигателя и катализаторы испытывают изменения давления и температуры от 0,1 до 11 МПа и от 50 до 1700°С соответственно каждые 80 мс при частоте вращения двигателя 1500 мин. При этом двигатель может перегреваться, а иногда может возникнуть детонация. Приходится применять управляемый клапан, который имеет очень сложную и дорогую конструкцию. Не применяется паро-газовоздушная смесь, полученная из жидких топлив.The invention is known "Internal ignition device of an internal combustion engine", patent US 5611307, publ. 03/18/1997, IPC F02B 19/1014; F02B 19/108; F02B 43/10 F02M 25/10; F02M 27/02, F02B 1/04,
Одновременно в патенте RU 2099549, опубл. 20.12.1997, ссылка на который имеет выше, устройство двигателя внутреннего сгорания, содержит основную камеру сгорания с рабочим цилиндром, камеру зажигания, выполненную симметрично относительно оси цилиндра, и снабженную устройством зажигания с кольцевым искровым промежутком и сообщенную с основной камерой сгорания соединительными каналами. Однако требуется очень сложная конфигурация сопел каналов выходом оси периферийных сопел таким образом, чтобы они были ориентированы касательно к условной окружности центра масс топливовоздушного заряда для заданного объема основной камеры сгорания. Для этого требуется большая точность изготовления сопел и очень сложные, точные расчеты, что не всегда представляется возможным, а, следовательно, значительные доработки двигателя.At the same time in patent RU 2099549, publ. 12.20.1997, referenced above, the internal combustion engine device comprises a main combustion chamber with a working cylinder, an ignition chamber made symmetrically about the axis of the cylinder, and equipped with an ignition device with an annular spark gap and connected to the main combustion chamber by connecting channels. However, a very complicated configuration of the channel nozzles is required with the output of the axis of the peripheral nozzles in such a way that they are oriented with respect to the conditional circumference of the center of mass of the air-fuel charge for a given volume of the main combustion chamber. This requires greater accuracy in the manufacture of nozzles and very complex, accurate calculations, which is not always possible, and, consequently, significant engine improvements.
Известно изобретение «Газовый двигатель с форкамерно-факельным воспламенением», патент RU 2080471, опубл. 27.05.1997, МПК F02M 21/04, в котором основная свеча зажигания поджигает рабочую смесь лишь в ближайшей к ней зоне, поэтому устанавливают дополнительную свечу зажигания. Но при этом основным инициатором сжигания цилиндровой газовоздушной смеси является факел горящих газов, выбрасываемый из форкамеры. Применяется только для газовых двигателей с форкамерно-факельным воспламенением. Имеет преимущество перед дизельными двигателями при использовании природного газа, двигатель по сравнению с дизелями этого класса имеет безусловное преимущество в отношении износа деталей, расхода смазочного масла, межремонтных сроков и других эксплуатационных показателей. Однако приходится продувать форкамеру чистым газом через газовый клапан, очищаясь от продуктов сгорания и использовать в крышке цилиндра форкамеру с дополнительной свечой зажигания и газовпускным клапаном. Что приводит к сложностям и высокой стоимости топливной системы.The invention is known "Gas engine with a flash chamber ignition", patent RU 2080471, publ. 05/27/1997, IPC F02M 21/04, in which the main spark plug ignites the working mixture only in the zone closest to it, therefore an additional spark plug is installed. But at the same time, the main initiator of the combustion of the cylinder gas-air mixture is the torch of burning gases discharged from the prechamber. It is used only for gas engines with a flashlight. It has an advantage over diesel engines when using natural gas, the engine compared with diesel engines of this class has an unconditional advantage in terms of wear of parts, consumption of lubricating oil, turnaround times and other performance indicators. However, it is necessary to blow the prechamber with clean gas through the gas valve, cleaning it of combustion products and use the prechamber with an additional spark plug and gas inlet valve in the cylinder cover. Which leads to difficulties and the high cost of the fuel system.
Наиболее близким техническим решением, которое взято за прототип является изобретение «Бензогазогенератор для совместной работы на двигателе со штатной системой питания », патент RU 18840, опубл. 20.07.2001, МПК Р02В 43/00, в котором за счет подаваемой теплоты жидкий бензин образует газовую гомогенную горючую смесь и устанавливают в качестве основного источника смесеобразования параллельно штатной системе. В данном устройстве применяют механизм привода дросселей и бензогазогенератор, которые управляются с помощью электронного блока, а серийная система смесеобразования двигателя (карбюратор) включается в работу позже. Устройство позволяет адаптирорвать бензогазогенератор к серийным и широко эксплуатируемым автомобильным двигателям для перевода их на экологически чистый процесс сгорания без изменения конструкции и регулировок.The closest technical solution, which is taken as a prototype, is the invention “Gas-and-gas generator for working together on an engine with a standard power system”, patent RU 18840, publ. 07/20/2001, IPC Р02В 43/00, in which, due to the supplied heat, liquid gasoline forms a gas homogeneous combustible mixture and is installed as the main source of mixture formation in parallel with the standard system. This device uses a throttle drive mechanism and a gas and gas generator, which are controlled by an electronic unit, and the serial engine mixing system (carburetor) is included in the work later. The device allows you to adapt the gas-gas generator to serial and widely-used automobile engines to transfer them to an environmentally friendly combustion process without changing the design and adjustments.
Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности работы при минимальных изменениях в конструкции. Однако все равно необходимо вносить изменения в конструкцию двигателя, в отличие от предложенного технического решения. Кроме того, в данной конструкции не используют топливно-воздушная смесь, состоящую из высокотемпературных паров одного вида топлива или из смесей различных видов жидкого топлива и воздуха, как составного газа. В прототипе используют в качестве условия для формирования водородно-воздушной смеси нагрев исходной газовоздушной смеси. Однако не используется подача высокотемпературного паро-газа как газовоздушной смеси из различных компонентов группы алканов, определяющих наилучшие условия для начала протекания реакции конверсии алканов в водород и окись углерода. Недостаточно повышена энергия разряда.The technical result of this invention is to increase operating efficiency with minimal changes in design. However, it is still necessary to make changes to the engine design, in contrast to the proposed technical solution. In addition, this design does not use a fuel-air mixture consisting of high-temperature vapors of one type of fuel or mixtures of various types of liquid fuel and air, as a composite gas. In the prototype, heating of the initial gas-air mixture is used as a condition for the formation of a hydrogen-air mixture. However, the high-temperature steam-gas supply is not used as an air-gas mixture from various components of the alkane group, which determine the best conditions for starting the reaction of the conversion of alkanes to hydrogen and carbon monoxide. The discharge energy is not sufficiently increased.
Необходимо улучшить качество смеси подаваемой в ДВС как с искровым зажиганием, так и с форкамерно-факельным зажиганием за счет применения принципиально новой топливной аппаратуры. Для этих целей предлагается применить парогенератор. Функциональным назначением парогенератора является выработка пара из различных жидких топлив и их смесей. В качестве смесей жидких топлив необходимо использовать жидкие топлива легких бензиновых фракций или жидкие топлива тяжелых дизельных фракций или керосин, спирт, которые образуют смесь для паро-газовой фракции, состоящей из низших алканов в различных объемных пропорциях.It is necessary to improve the quality of the mixture supplied to the internal combustion engine with spark ignition and with a pre-flash ignition due to the use of a fundamentally new fuel equipment. For these purposes, it is proposed to use a steam generator. The functional purpose of the steam generator is to produce steam from various liquid fuels and their mixtures. As mixtures of liquid fuels, it is necessary to use liquid fuels of light gasoline fractions or liquid fuels of heavy diesel fractions or kerosene, alcohol, which form a mixture for the vapor-gas fraction consisting of lower alkanes in various volumetric proportions.
Тогда возможно достичь улучшения качества топливной смеси, подаваемой в ДВС с искровым зажиганием, за счет применения принципиально новой топливной аппаратуры в виде парогенератора.Then it is possible to achieve improved quality of the fuel mixture supplied to the internal combustion engine with spark ignition, through the use of a fundamentally new fuel equipment in the form of a steam generator.
При этом решается задача инициации запуска реакции комбинированной конверсии низших алканов, входящих в состав газовоздушной смеси, в водород и окись углерода, называемой синтез-газом, не за счет пропускания паровоздушной смеси через катализатор, а за счет покрытия катализатором стенок камеры сгорания ДВС, При этом следует учитывать, что камера сгорания - это объем или выемка в головке цилиндров, закрытая снизу головкой поршня или отдельная камера сгорания, присоединяемая к форкамере.This solves the problem of initiating the start of the reaction of the combined conversion of the lower alkanes that are part of the gas-air mixture to hydrogen and carbon monoxide, called synthesis gas, not by passing the steam-air mixture through the catalyst, but by coating the walls of the combustion engine with the catalyst. it should be borne in mind that the combustion chamber is the volume or recess in the cylinder head, closed from below by the piston head or a separate combustion chamber attached to the prechamber.
В предложенном конструктивном решении не требуется вносить никаких изменений в конструкцию двигателя, который уже приспособлен для работы на газе. В штатных дизельных двигателях на такте впуска открывается впускной клапан и цилиндр заполняется воздухом, в предложенном способе заполняется паро газовоздушной смесью. Если же используют бензиновый или дизельный двигатели, то штатные системы впрыска топлива, такие как карбюратор, форсунки, инжекторы, просто заменяют на предложенную систему подачи топлива. За счет этого достигают наибольшей энергии разряда за счет подачи высокотемпературной паро-газовоздушной смеси. При этом обеспечивается разряд, намного превышающий 200 мДж, который обеспечивает уверенное воспламенение водородно-воздушной смеси при высокой степени сжатия и, соответственно, высоком давлении.The proposed design solution does not require any changes to the design of the engine, which is already adapted for gas operation. In standard diesel engines at the intake stroke, the inlet valve opens and the cylinder is filled with air, in the proposed method the vapor is filled with a gas-air mixture. If gasoline or diesel engines are used, then standard fuel injection systems, such as a carburetor, injectors, injectors, are simply replaced with the proposed fuel supply system. Due to this, the highest discharge energy is achieved by supplying a high-temperature vapor-gas-air mixture. This ensures a discharge much higher than 200 mJ, which provides reliable ignition of the hydrogen-air mixture at a high compression ratio and, accordingly, high pressure.
Таким образом, достигаемым техническим результатом предложенной конструкции является:Thus, the achieved technical result of the proposed design is:
- получение более равномерной смеси высокотемпературных паров топлива и воздуха;- obtaining a more uniform mixture of high temperature fuel vapor and air;
- облегчение вспышки в цилиндрах ДВС с искровым зажиганием, что обеспечивает полноту сгорания смеси;- facilitate flash in the cylinder ICE with spark ignition, which ensures the completeness of combustion of the mixture;
- полнота сгорания, в свою очередь, обеспечивает более высокую топливную экономичность ДВС с искровым зажиганием;- the completeness of combustion, in turn, provides higher fuel efficiency of ICE with spark ignition;
Технический результат достигается за счет того, что для способа применяют парогенератор. Парогенератор для ДВС представляет собой автономную топливную аппаратуру для подачи топлива в ДВС, и содержит испаритель с медным змеевиком, который получает тепло от внешнего источника. При этом в частном случае внешним источником тепла служит выпускной коллектор двигателя. Впускной воздушный коллектор ДВС на входе может быть снабжен редуктором, обеспечивающим подачу от парогенератора смеси высокотемпературных паров жидкого топлива (сжиженного газа) под расчетным давлением в смесительную камеру. Для дизельных двигателей может быть применен турбонаддув. В частном случае смесительную камеру устанавливают дополнительно перед впускным воздушным коллектором для образования смеси высокотемпературных паров смеси жидких топлив и атмосферного воздуха. Парогенератор может быть выполнен электрическим и запитан от генератора или выполнен электрическим и запитан от двух источников энергии: аккумуляторной батареи для запуска и генератора для постоянной работы. В частном случае парогенератор может быть выполнен двухступенчатым, в первую ступень встроен медный змеевик, посредством которого осуществляют начальный подогрев жидкого топлива в теплообменнике-испарителе посредством отбора тепла от выхлопных газов, а во второй ступени встроен электрический парогенератор-испаритель для получения высокотемпературных паров из смеси жидких топлив с заданными (расчетными) параметрами. Также, например, в систему подачи топлива могут устанавливать на выпускном коллекторе ДВС дополнительно утилизационный парогенератор, который последовательно соединен с электропарогенератором.The technical result is achieved due to the fact that a steam generator is used for the method. The steam generator for the internal combustion engine is an autonomous fuel equipment for supplying fuel to the internal combustion engine, and contains an evaporator with a copper coil that receives heat from an external source. In this particular case, the exhaust manifold of the engine serves as an external heat source. The inlet air intake manifold of the internal combustion engine at the inlet can be equipped with a reducer that provides a mixture of high-temperature vapors of liquid fuel (liquefied gas) from the steam generator under the design pressure to the mixing chamber. For diesel engines, turbocharging can be applied. In the particular case, the mixing chamber is additionally installed in front of the air intake manifold to form a mixture of high-temperature vapors of the mixture of liquid fuels and atmospheric air. The steam generator can be made electric and powered by a generator or made electric and powered by two energy sources: a battery for starting and a generator for continuous operation. In the particular case, the steam generator can be performed in two stages, a copper coil is built into the first stage, by means of which the initial heating of the liquid fuel in the heat exchanger-evaporator is carried out by means of heat extraction from the exhaust gases, and in the second stage an electric steam generator-evaporator is built in to produce high-temperature vapors from the liquid mixture fuels with specified (calculated) parameters. Also, for example, in the fuel supply system, an additional recovery steam generator can be installed on the exhaust manifold of the internal combustion engine, which is connected in series with the electric steam generator.
Парогенератор - это устройство по заявке, обеспечивающее способ подачи топлива в ДВС как для двигателей с искровым зажиганием, так и для дизелей, через впускной коллектор (аналогично подачи газа в ДВС, работающих на природном газе и газовых смесях) и может быть исполнен конструктивно в виде трех конструкций:A steam generator is a device upon request that provides a method of supplying fuel to an internal combustion engine both for spark ignition engines and for diesel engines through an intake manifold (similar to supplying gas to an internal combustion engine running on natural gas and gas mixtures) and can be constructed in the form of three designs:
1. Парогенератора утилизационного типа: встроенный в выхлопной коллектор ДВС с искровым зажиганием змеевик из медной трубки - теплообменник отбирает тепло выхлопных газов и вырабатывает из жидкого топлива пар и подает через впускной коллектор в цилиндры ДВС.1. Utilization-type steam generator: a coil from a copper tube built into the exhaust manifold of the internal combustion engine with spark ignition - the heat exchanger selects the heat of the exhaust gases and generates steam from the liquid fuel and delivers it through the intake manifold to the internal combustion engine cylinders.
В данной конструкции используется тепловая положительная обратная связь: с выхода (выпускной коллектор ДВС) на вход (впускной коллектор ДВС) за счет процесса рекуперации части тепла выхлопных газов в виде теплоты испарения топлива, содержащегося в объеме паро-газовоздушной смеси.This design uses positive thermal feedback: from the output (exhaust manifold of the internal combustion engine) to the input (intake manifold of the internal combustion engine) due to the process of recovering part of the heat of the exhaust gases in the form of the heat of vaporization of the fuel contained in the volume of the vapor-gas mixture.
2. Электрического парогенератора, данная конструкция удобна для газового поршневого генератора, в котором достаточно электрической мощности для питания парогенератора.2. Electric steam generator, this design is convenient for a gas piston generator, in which there is enough electric power to power the steam generator.
3. Объединенной конструкции: когда в утилизационном парогенераторе производят начальный подогрев топлива, затем испаряют в электрическом парогенераторе, что уменьшает рассчетную мощность электрического парогенератора для окончательной выработки паро-газовоздушной смеси необходимых параметров.3. The combined design: when the initial heating of the fuel is carried out in the recovery steam generator, then it is evaporated in the electric steam generator, which reduces the calculated power of the electric steam generator for the final production of the vapor-gas mixture of the necessary parameters.
Устройство иллюстрируется чертежом, который не охватывает всех возможных вариантов исполнения подачи жидкого топлива в двигатель.The device is illustrated in the drawing, which does not cover all possible options for supplying liquid fuel to the engine.
На Фиг. 1 показана схема подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием с использованием парогенератора и характеризующая принцип работы парогенератора.In FIG. 1 shows a diagram of the fuel supply to the internal combustion engine with spark ignition using a steam generator and characterizing the principle of operation of the steam generator.
Представленный пример описывает схему двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и подключением последовательно двух парогенераторов, исполняющих функцию топливной аппаратуры для ДВС.The presented example describes the circuit of an internal combustion engine with spark ignition and the connection of two steam generators in series, which perform the function of fuel equipment for internal combustion engines.
Схема состоит из следующих рабочих элементов на фиг. 1: двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (1), впускной коллектор (2), смесительная камера (3), воздушный фильтр двигателя (4), газовый редуктор (5), синхронный электрогенератор (6), электрический парогенератор (7), пусковая аккумуляторная батарея(8), парогенератор утилизационного типа, встроенный в глушитель двигателя (9), топливный насос (10), топливный бак (11), выпускной коллектор двигателя (12), камера сгорания двигателя (13).The circuit consists of the following working elements in FIG. 1: spark ignition internal combustion engine (1), intake manifold (2), mixing chamber (3), engine air filter (4), gas gear (5), synchronous electric generator (6), electric steam generator (7), starting a storage battery (8), a recovery type steam generator built into the engine muffler (9), a fuel pump (10), a fuel tank (11), an engine exhaust manifold (12), an engine combustion chamber (13).
Запуск в работу топливной аппаратуры осуществляется в следующем порядке: при подключении ключом аккумуляторной батареи (8) к электрическому парогенератору(7) происходит нагрев от постоянного тока тепловыделяющих ТЭНов, далее подключается топливный насос (10), который подает топливо или смесь из различных видов жидкого топлива под давлением по топливопроводу из топливного бака (11) через змеевик утилизационного парогенератора (9) в электрический парогенератор впрыском в разогретый объем электрического парогенератора (7), где происходит впрыснутых капель испарение топлива с получением высокотемпературного топливного пара далее оно поступает через газовый редуктор (5) в камеру смешения (3), где воздух, поступающий от воздушного фильтра двигателя (4), смешивается с высокотемпературным топливным паром с получением паровоздушной топливной смеси, которая поступает на цикле впуска по впускному коллектору двигателя (2) в камеру сгорания двигателя (1), где в конце цикла сжатия происходит зажигание паровоздушной смеси.The fuel equipment is put into operation in the following order: when the battery key (8) is connected to the electric steam generator (7), the heating fuel elements are heated from direct current, then the fuel pump (10) is connected, which delivers fuel or a mixture of various types of liquid fuel under pressure through the fuel line from the fuel tank (11) through the coil of the recovery steam generator (9) into the electric steam generator by injection into the heated volume of the electric steam generator (7), where droplets droplets evaporation of the fuel to produce high-temperature fuel vapor, then it enters through the gas reducer (5) into the mixing chamber (3), where the air coming from the engine air filter (4) is mixed with the high-temperature fuel vapor to produce a vapor-air fuel mixture that enters on the intake cycle through the intake manifold of the engine (2) into the combustion chamber of the engine (1), where at the end of the compression cycle the vapor-air mixture ignites.
Работа после запуска осуществляется в следующем порядке: после того как двигатель и выхлопная система нагреется до рабочей температуры, топливо или топливная смесь предварительно подогревается в змеевике утилизационного парогенератора (9), питание электрического парогенератора (7) от аккумуляторной батареи (8) отключается и подключается питание переменным током электрического парогенератора (7) от штатного синхронного электрогенератора. Предварительный подогрев топлива или топливной смеси в утилизационном парогенераторе (9) облегчает впрыск в рабочий объем электрического парогенератора (7), где получается более высокотемпературный топливный пар, который обеспечивает полноту сгорания, следовательно топливную экономичность двигателя.Work after start-up is carried out in the following order: after the engine and the exhaust system are heated to operating temperature, the fuel or fuel mixture is preheated in the coil of the recovery steam generator (9), the power of the electric steam generator (7) from the battery (8) is turned off and the power is turned on alternating current of an electric steam generator (7) from a regular synchronous electric generator. Preheating the fuel or fuel mixture in a recovery steam generator (9) facilitates the injection into the working volume of an electric steam generator (7), where a higher-temperature fuel vapor is obtained, which ensures complete combustion, hence the fuel economy of the engine.
Таким образом, данным техническим решением достигается технический результат, обеспечивающий при использовании в качестве топливной аппаратуры парогенераторов утилизационного и электрического следующие особенности:Thus, this technical solution achieves the technical result, which ensures the following features when using the utilization and electrical steam generators as fuel equipment:
- отпадает необходимость применения штатной топливной аппаратуры в виде карбюратора, инжектора, форсунки или форкамеры;- there is no need to use standard fuel equipment in the form of a carburetor, injector, nozzle or prechamber;
- облегчается запуск двигателя за счет подачи высокотемпературной газовоздушной топливной смеси, особенно для дизельных двигателей;- engine starting is facilitated by supplying a high-temperature gas-air fuel mixture, especially for diesel engines;
- обеспечивается процесс получения в камере сгорания вторичного объема топлива за счет реакций комбинированной конверсии в виде синтез-газа, сжигание которого обеспечивает топливную экономичность двигателя.- the process of obtaining a secondary volume of fuel in the combustion chamber is ensured due to combined conversion reactions in the form of synthesis gas, the combustion of which provides fuel efficiency of the engine.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151527A RU2681873C2 (en) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151527A RU2681873C2 (en) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016151527A RU2016151527A (en) | 2018-06-26 |
| RU2016151527A3 RU2016151527A3 (en) | 2018-06-26 |
| RU2681873C2 true RU2681873C2 (en) | 2019-03-13 |
Family
ID=62713239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016151527A RU2681873C2 (en) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2681873C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708104C1 (en) * | 2019-04-23 | 2019-12-04 | Алексей Николаевич Звеков | Methods for express diagnostics of dead-end gasoline supply system and low-pressure loop of automotive injector ice |
| RU2722006C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-05-25 | Мусин Ильшат Гайсеевич | Operating method of internal combustion engine (ice) with spark ignition and fuel supply device therefor |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725648C1 (en) * | 2019-08-30 | 2020-07-03 | Мусин Ильшат Гайсеевич | Method of feeding water-hydrogen fuel into hydroelectric spark device with spark ignition, water-hydrogen fuel, and device for production thereof |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU392262A1 (en) * | 1972-01-25 | 1973-07-27 | Костромской сельскохоз йственный институт Караваево , Автомобильный завод имени Ленинского комсомола | POWER SUPPLY SYSTEM INTERNAL COMBUSTION |
| SU1432255A2 (en) * | 1987-01-12 | 1988-10-23 | Алма-Атинский Энергетический Институт | I.c. engine |
| SU1638347A1 (en) * | 1988-08-23 | 1991-03-30 | Уральский Автомоторный Завод | Internal combustion engine with forced ignition and evaporator |
| SU1802185A1 (en) * | 1990-10-15 | 1993-03-15 | Ural Avtomotornyj Z Proizv Ob | Internal combustion engine |
| RU2212554C1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-09-20 | ООО "ГИГ-инжиниринг" | Internal combustion engine fuel injection system |
| RU2011122398A (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-10 | Вен-Чен ВУ | METHOD FOR USING FUEL IN A VEHICLE TO REDUCE FUEL CONSUMPTION AND CARBON EMISSIONS |
| RU2535308C2 (en) * | 2012-04-20 | 2014-12-10 | Константин Иванович Федин | Method of operation for gas piston engine with spark ignition |
-
2016
- 2016-12-26 RU RU2016151527A patent/RU2681873C2/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU392262A1 (en) * | 1972-01-25 | 1973-07-27 | Костромской сельскохоз йственный институт Караваево , Автомобильный завод имени Ленинского комсомола | POWER SUPPLY SYSTEM INTERNAL COMBUSTION |
| SU1432255A2 (en) * | 1987-01-12 | 1988-10-23 | Алма-Атинский Энергетический Институт | I.c. engine |
| SU1638347A1 (en) * | 1988-08-23 | 1991-03-30 | Уральский Автомоторный Завод | Internal combustion engine with forced ignition and evaporator |
| SU1802185A1 (en) * | 1990-10-15 | 1993-03-15 | Ural Avtomotornyj Z Proizv Ob | Internal combustion engine |
| RU2212554C1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-09-20 | ООО "ГИГ-инжиниринг" | Internal combustion engine fuel injection system |
| RU2011122398A (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-10 | Вен-Чен ВУ | METHOD FOR USING FUEL IN A VEHICLE TO REDUCE FUEL CONSUMPTION AND CARBON EMISSIONS |
| RU2535308C2 (en) * | 2012-04-20 | 2014-12-10 | Константин Иванович Федин | Method of operation for gas piston engine with spark ignition |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708104C1 (en) * | 2019-04-23 | 2019-12-04 | Алексей Николаевич Звеков | Methods for express diagnostics of dead-end gasoline supply system and low-pressure loop of automotive injector ice |
| RU2722006C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-05-25 | Мусин Ильшат Гайсеевич | Operating method of internal combustion engine (ice) with spark ignition and fuel supply device therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016151527A (en) | 2018-06-26 |
| RU2016151527A3 (en) | 2018-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102251897A (en) | Multi-fuel premixing combustion system for internal combustion engine | |
| GB2073317A (en) | Hydrogen-oxygen thermochemical combustion initiation | |
| WO2015142738A1 (en) | Supplying oxygen to an engine | |
| RU2681873C2 (en) | Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof | |
| CN1167519A (en) | Charge conditioning system for enabling cold starting and running of spark-ignited, diesel piston engines | |
| RU2535308C2 (en) | Method of operation for gas piston engine with spark ignition | |
| KR0140975B1 (en) | Aqueous fuel for internal combustion engine and method of combustion | |
| CN109973266A (en) | A kind of the methanol engine cold-starting device and method of multi-stage jet | |
| US6866016B2 (en) | System and method for controlling ignition in internal combustion engines | |
| EP4326981A1 (en) | Internal combustion engine | |
| CA2859958C (en) | Multistage method for producing hydrogen-containing gaseous fuel and thermal gas-generator unit | |
| CN110318892A (en) | A kind of ethanol vapor/Diesel Dual-Fuel Engine Multi-mode combustion method for organizing | |
| US2692587A (en) | Internal-combustion engine | |
| JPH024773B2 (en) | ||
| KR0165563B1 (en) | Piston type internal combustion engine | |
| CN112443389B (en) | Fuel supply system for actively scavenging a prechamber by means of a fuel evaporator | |
| CN107701299A (en) | A kind of method and engine that drive vehicle motor to start or/and run | |
| JPS61171870A (en) | Internal-combustion engine utilized reforming natural gas | |
| RU75699U1 (en) | DEVICE FOR HEATING OF ABSORBED AIR IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES | |
| CN207122373U (en) | Alcohol hydrogen fuel combination dynamical system | |
| RU2722006C1 (en) | Operating method of internal combustion engine (ice) with spark ignition and fuel supply device therefor | |
| Bakar et al. | The internal combustion engine diversification technology and fuel research for the future: A Review | |
| KR100568994B1 (en) | Energy increment device of heat engine | |
| RU2204727C2 (en) | Method of operation of multicylinder four-stroke internal combustion engine | |
| Kuleshov et al. | Study of the working process of a dual-fuel hydrogen engine |