Спосіб підігріву повітря, що всмоктується, в двигунах внутрішнього згоряння.
Власники патенту UA 2395707:
Винахід відноситься до двигунобудування, зокрема способів роботи систем двигунів внутрішнього згоряння. У винаході вирішується завдання полегшення пуску двигуна за рахунок пристрою для підпуску підігріву двигунів внутрішнього згоряння. Спосіб підігріву всмоктуваного повітря двигуна внутрішнього згоряння заснований на впорскуванні, змішуванні вуглеводневої суміші з повітрям. У способі відокремлюють частину повітря від загального потоку повітря, споживаного двигуном, перетворюють його в низькотемпературну повітряну плазму, змішують вуглеводневу суміш з повітрям, обробляють вуглеводневу суміш низькотемпературною повітряною плазмою в реакторі плазмового конвертора палива, здійснюючи конверсію і самозаймання суміші повітря у впускному колекторі за рахунок теплоти згоряння паливоповітряної суміші. 1 іл.
Винахід відноситься до пристроїв для полегшення пуску двигуна, зокрема пристроїв для передпускового підігріву двигунів внутрішнього згоряння.
Відомий спосіб для підпускового підігріву двигунів внутрішнього згоряння, в основному дизелів, заснований на прогріванні повітря у впускному трубопроводі двигуна за рахунок теплоти, отриманої від згоряння паливоповітряної суміші. Спосіб полягає в тому, що свічка розжарювання попередньо нагрівається і після закінчення часу попереднього нагрівання паливо впорскується форсункою на розпечений нагрівальний елемент свічки розжарювання, відбувається запалення паливоповітряної суміші. Свічки розжарювання встановлюють на початку впускного трубопроводу або в місцях розведення каналами циліндрів. Дивись джерело: Чижков Ю.П. Електроустаткування автомобілів. Ч 1. - М:"Машинобудування", 2002, сс. 157 ... 162, рис.1, 2, 3.
Недоліками відомого способу є низька ефективність застосування свічок розжарювання при пуску дизелів, залежність ефективності роботи свічок розжарювання робочої температури відкритої спіралі або кожуха штифтової свічки. Через втрату теплоти за великої довжини трубопроводу знижується ефективність роботи свічок підігріву в умовах низьких температур.
Як аналог розглянуто спосіб підігріву повітря, що всмоктується, в двигунах внутрішнього згоряння за допомогою електрофакельного підігріву (патент Україна №2092713, F02N 17/047).
Спосіб грунтується на тому, що при низьких температурах попередньо нагрівають свічку розжарювання, встановлену у впускному трубопроводі, протягом першого проміжку часу шляхом пропускання через неї постійного струму, після закінчення заданого проміжку часу на свічку розжарювання впорскується паливо за допомогою форсунок, відбувається запалення паливоповітряної суміші , надалі, поки двигун не досягне певної робочої температури, струм до свічки розжарювання подається імпульсами, у відповідність до зниженою потужністю, а паливо продовжує впорскуватися форсунками у впускний трубопровід, продовжує горіти і підігрівати повітря, що всмоктується.
Недоліком аналога є складність включення даного пристрою в роботу, повторне використання можливе тільки після повного остигання свічки розжарювання, спосіб не враховує залежність займистості паливної суміші від температури навколишнього повітря, не торкається молекулярної структури підготовки палива і слабко впливає на процес активізації палива.
Як прототип розглянуто спосіб спалювання нафтових газів та пристрій для його здійснення (патент Україна №96123631, F23D 14/00).
Спосіб спалювання нафтових газів шляхом їх змішування з повітрям з подальшим займанням та спалюванням у факельному пальнику. Спалювання суміші здійснюють у поздовжньому, стосовно факелу полум'я, електричному полі з напруженістю в залежності від складу газів, причому встановлюють міжелектродну відстань додатка поздовжнього поля більше розмірів факела на величину, достатню для запобігання електричному пробою джерела електричного поля через факел.
Недоліком прототипу є те, що спосіб не враховує залежність займистості паливної суміші від температури навколишнього повітря, не торкається молекулярної структури підготовки палива і слабко впливає на процес активізації палива.
Метою цього винаходу є полегшення холодного пуску дизельного двигуна, скорочення часу пуску двигуна при температурі повітря нижче плюс 5°З з можливістю регулювання процесу підготовки робочої суміші в залежності від температури навколишнього повітря плазмовим конвертором палива, забезпечення роботи пристрою на різних сортах моторного палива.
Поставлена мета досягається тим, що в способі підігріву повітря, що всмоктується в двигунах внутрішнього згоряння, заснованому на впорскуванні, змішуванні вуглеводневої суміші з повітрям, відокремлюють частину повітря від загального потоку повітря, споживаного двигуном, перетворюють в низькотемпературну повітряну плазму, змішують вуглеводневу вуглеводневу суміш низькотемпературної повітряної плазмою в реакторі плазмового конвертора палива, здійснюючи конверсію та самозаймання отриманої паливоповітряної суміші у впускному колекторі, нагріваючи повітря у впускному колекторі за рахунок теплоти згоряння паливоповітряної суміші.
Спосібвідрізняється від відомого способу підігріву повітря у впускному трубопроводі двигуна внутрішнього згоряння за допомогою пускового електрофакельного підігрівача тим, що факел горіння вуглеводневої суміші формується обробкою вуглеводневої суміші низькотемпературною повітряною плазмою в реакторі плазмового конвертора палива, з наступним самозайманням суміші в отриманій.
Отже, заявлений винахід відповідає вимогам новизни.
Можливість регулювання процесом конверсії фізико-хімічних характеристик паливної суміші забезпечує широкі діапазони регулювання питомих та інтегральних характеристик підігрівача повітря, що позитивно впливає на економічні, потужнісні та екологічні показники двигуна в цілому.
Пропонований спосіб підігріву повітря, що всмоктується, реалізується пристроєм, зображеним на кресленні, де 1 - впускний трубопровід (колектор), 2 - плазмовий конвертор палива. На корпусі впускного трубопроводу 1 за допомогою різьбового з'єднання кріпиться плазмовий конвертор палива 2, виконаний з різьбовими приєднувальними вузлами на одному кінці, для приєднання паливного трубопроводу і повітряної магістралі, та різьбовим приєднувальним вузлом на іншому кінці, для кріплення до посадкового місця корпусу впуск. Плазмовий дуговий конвертор палива є газорозрядним пристроєм для отримання низькотемпературної повітряної плазми. Робочий газ (повітря) перетворюється на плазму, проходячи через стислу електричну дугу з високою концентрацією енергії, що описано [Новий політехнічний словник. / Гол. ред. А.Ю.Ішлінський. – К.: Велика українська енциклопедія, 2000. – с.381]. Органічне паливо розщеплюється, потрапляючи в зону піролізу шляхомконтактування з низькотемпературною плазмою, утворюючи хімічно активні частинки, які легко самозаймисті, і факел полум'я, викинутий в об'єм впускного колектора з плазмового конвертора, забезпечує прогрів повітря, що всмоктується, так як займання суміші відбувається на виході з плазмового конвертора палива, встановленого на корпусі. Регулювання процесу самозаймання паливоповітряної суміші після впливу на неї низькотемпературної плазми здійснюється зміною поєднання витрат палива GT і повітря GB через плазмовий конвертор, а також зміною напруги U, що забезпечує запалення електричної дуги в іонізованому іскровому проміжку плазмового конвертора, з урахуванням температури навколишнього повітря.
У процесі роботи пристрою для нагрівання всмоктуваного повітря у впускному трубопроводі двигуна повітря проходить через впускний трубопровід 1, електронний блок управління формує командні сигнали на виконавчі елементи, наприклад дросельні заслінки, встановлені у впускному трубопроводі, що дозволяє направляти частину потоку повітря, що надходить, на вхід плазмового конвертора палива (не показані), перетворювати його в низькотемпературну повітряну плазму, пропускаючи через плазмовий конвертор 2, що взаємодіє на вуглеводневу суміш, з утворенням хімічно активних радикалів паливоповітряної суміші, здійснюючи конверсію та займання паливоповітряної суміші. Повітря у впускному трубопроводі нагрівається за рахунок теплоти згоряння паливоповітряної суміші. Застосування електронного блоку управління з використанням мікропроцесора (не показано) дозволяє вибирати оптимальні варіанти отримання активних радикалів паливної суміші, змінювати енергетику електричної дуги та кількісні співвідношенняпалива та повітря, що робить процес сумішоутворення паливоповітряної суміші регульованим та ефективним на всіх режимах роботи двигуна, незалежно від вуглеводневого палива, що використовується.
Техніко-економічна ефективність запропонованого способу полягає в тому, що застосування плазмового конвертора палива дозволяє змінювати структуру молекул палива з утворенням у ньому хімічно активних радикалів, залежно від режимів роботи двигуна та типу палива, керувати ентальпією газового струменя, концентрацією та типом хімічно активних частинок. Відпадає необхідність у додаткових пристроях для забезпечення активізації складу робочої суміші, залежно від температури навколишнього повітря, забезпечувати надійне займання робочої суміші при використанні різних сортів моторного палива, знижується питома витрата палива. Інваріантність до різних типів вуглеводневого палива забезпечується його деструкцією за допомогою низькотемпературної повітряної плазми, що відомо (Піроліз. Коротка хімічна енциклопедія. М.: Рад. енциклопедія, 964, сс.1069…1082).
Зазначений технічний результат досягається також тим, що встановлений плазмовий конвертор палива дозволяє за допомогою електронного блоку управління формувати командні сигнали на виконавчі елементи, наприклад дросельні заслінки, встановлені у впускному трубопроводі, що дозволяє направляти частину повітря, що надходить, на вхід плазмового конвертора палива, відокремлюючи частину повітря від загального потоку повітря, що споживається двигуном, перетворювати його в низькотемпературну повітряну плазму, що взаємодіє з паливом, змінюючи структуру молекул палива з утворенням у ньому хімічно активних радикалів, що відіграють велику роль у розгалужених ланцюгових реакціях,яким відбувається горіння вуглеводневого палива, змінюючи енергетику електричної дуги та кількісні співвідношення палива та повітря, організувати динаміку подачі активних частинок палива, автоматично змінювати фізико-хімічний склад палива, залежно від температури навколишнього середовища, формувати робочу суміш та забезпечувати гарантоване займання її у впускному трубопроводі двигуна.
Досягається більш повне та ефективне використання палива, покращуються економічні та екологічні характеристики двигуна загалом. При впровадженні заявленого винаходу серйозних змін конструкції двигуна не потрібно.
Плазмовий конвертор палива здатний працювати у трьох режимах:
- Забезпечення режиму електрофакельного підігріву;
- Забезпечення режиму електрофакельного підігріву з піролізом активних до займання паливних частинок;
- Забезпечення режиму піролізу активних до займання паливних частинок.
Спосіб підігріву всмоктуваного повітря двигуна внутрішнього згоряння, заснований на впорскуванні, змішуванні вуглеводневої суміші з повітрям, обробляють вуглеводневу суміш з повітрям плазмою в реакторі плазмового конвертора палива, здійснюючи конверсію та самозаймання отриманої паливоповітряної суміші у впускному колекторі, нагріваючи повітря у впускному колекторі за рахунок теплоти згоряння паливоповітряної суміші.