Способ питания двигателя внутреннего сгорания

р 464999 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз Советских Социалистических(61) Зависимый от патента 22) Заявлено 14.07,72 (21) 1809353/24-6 51) М. Кл. Г 02 гп 21/00 1 02 тп 27/02 Г 02 Ь 43/0835650.3 32) Приоритет33) ФРГ 1 (31) Государственный комите овета Министров СССР ао делам изобретений и открытий(088.8) ллетень11 Дата опубликования описания 25.09.75 2) Авторы изобретени ИностранцыИ. Хенкель, Кристиан Кох, Хана Костка, А, Михель и Рихард Шнарц(ФРГ) 1) Заявител остранная фирма Сименс АГ4) СПОСОБ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯПри быстром нарастании акторе, от температуры ре ности катализатора до ра мпературы в ре ционной способ чей, уменьшени 30 Изобретение относится к области двигателестроения и касается способов питания.Известны способы питания двигателя внутреннего сгорания путем смешения жидкоготоплива по меньшей мере только с воздухоми получением в каталитическом реакторе смеси газов, имеющей окись углерода и метан,и последующим смешением ее с вторичнымвоздухом и подачей образовавшегося зарядав двигатель для сжигания и совершения работы,По предложенному способу в начальныймомент пуска в реактор подают смесь топлива и воздуха с составом, близким к стехиометрическому, воспламеняют перед ним, и подают смесь такого состава до достижения вреакторе такой температуры,при которой возникает реакционная способность катализатора. Затем смесь обогащают, например, увеличением подачи топлива (уменьшением подачивоздуха), обеспечивая ускорение прогрева катализатора, а при достижении в реакторе рабочей температуры количество подаваемоговоздуха уменьшают и к смеси перед реактором подводят отработавшие газы двигателя 25с одновременным снижением лодачи топлива. подачи воздуха и подвод отработавших газов производят в зоне, близкой к температуре реакционной способности, а при медленном росте - в зоне, близкой к рабочей температуре.При пуске вторичный воздух дросселируют, а при разогреве дросселирование уменьшают по мере уменьшения подачи воздуха перед реактором и увеличения подачи отработавших газов,Воздух перед реактором замещают отрабо. тавшими газами до соотношения 1: 1, а количество топлива уменьшают от стехпометричсского состава на 1/3 от доли замещенного количества воздуха, и при обратном замещении отработавших газов воздухом увеличивают в той же пропорции подачу. топлива.Для регулирования температуры катализатора на нагрузочных режимах при понижении температуры реактора уменьшают подачу отработавших газов и увеличивают подачу воздуха и топлива, а прп повышении температуры реактора соответственно уменьша:от подачу воздуха и топлива и увеличивают подачу отработавших газов, при этом при увеличении нагрузки двигателя увеличивают подачу воздуха и топлива в стехиометрическом соотношении.На режиме принудительного холостого хода подачу отработавшего газа прекращают, а воздух и топливо подают в стехиометриче20 ском составе, в количестве, меньшем, чем нарежиме нормального холостого хода,При понижении температуры в реакторениже реакционной способности катализатораи прсвышении рабочей температуры катализатора на нормальном и принудительном холостом ходу прекращают подачу отработавшихгазов и увеличивают подачу топлива и воздуха, обеспечивая общий состав смеси, близкийк стехиометрическому.При увеличении нагрузки двигателя увеличивают подачу вторичного воздуха и смеси отреактора с одновременным обогащением заряда, а при уменьшении нагрузки подачу вторичного воздуха и смеси от реактора уменьшают с одновременным обеднением поступающего в двигатель заряда.Смесь, поступающую в реактор, перед обогревом теплом отработавших газов подогревают теплом смеси, выходящей из реактора.Все это позволяет улучшить эксплуатациюдвигателя,На фиг. 1 приведена схема системы питаниядвигателя, работающей по предлокенномуспособу; на фиг. 2 - график температуры каталитического реактора при пуске и работедвигателя,Система питания автомобильного двигателя1 внутреннего сгорания содержит каталитический реактор 2, в рабочей камере которого установлен катализатор в виде спеченных элементов 3 и воспламенительное устройство 4,питаемое от батареи 5. Устройство 4 должнобыть расположено по потоку смеси ие менее,чем перед одним элементом 3. Реактор 2 сиабкен теплообменниками 6 и 7, Реактор при помощи трубопровода 8, в котором установленадроссельная заслонка 9, связанная с педальюакселератора 10, соединен с двигателем 1внутреннего сгорания. Трубопровод 8 связантакже с трубопроводом 11 вторичного воздуха, в котором установлен регулирующий клапан 12. К реактору 2 жидкое топливо подводится от насоса по трубопроводу 13 с дозирующим клапаном 14, а:первичный воздух - потрубопроводу 15 с дозирующим клапаном 16.Трубопровод 15 соединен при помощи трубопровода 17 с дозирующим клапаном 18 с выхлопным трубопроводом 19, связанным с теплообменником 6, Первичный воздух и жидкоетопливо поступают в дозатор 20, который трубопроводом 21 соединен с теплообменником 7реактора 2. Теплообменник 6 реактора 2 соединен также с выхлопным трубопроводом 22двигателя 1 и с теплообменником 7 - при помощи трубопровода 23, В реакторе 2 установлен датчик температуры 24, Все дозирующиеклапаны 12, 14, 16 и 18, дозатор 20 и датчиктемпературы 24 управляются блоком 25.При пуске двигателя одновременно с работой стартера включается воспламенительноеустройство 4. От дозатора 20 в реактор 2 подается смесь жидкого топлива и первичноговоздуха в составе, немного ниже стехиометрического. Эта смесь проходит теплообменники 25 зо 35 40 45 5 о 55 60 б 5 7 и б и воспламеняется внутри реактора 2 при помощи устройства 4, Вследствие сгорания смеси элементы 3 нагреваются, и в реакторе образуется смесь газов, имеющая окись углерода и метан. Эта смесь после реактора 2 смешивается со вторичным воздухом и в двигатель поступает заряд, обеспечивающий нормальный холостой ход. Стартер после этого выключается. Отработавший газ от двигателя по трубе 22 поступает через теплообменник 6 в трубопровод 19. Смесь, состав которой немного ниже стехиометрического, поступает в реактор 2 до тех пор, пока температура в реакторе не достигнет температуры реакционной способности катализатора, т. е. такой температуры, при которой из смеси топлива, воздуха и отработавших газов образуется смесь окиси углерода, метан и в зависимости от реакции - водорода. В связи с тем, что от реактора 2 поступает все больше смеси для смешивания со вторичным воздухом; подача последнего увеличивается при помощи дозирующего клапана 12, который в начальный момент пуска сильно дросселировал поток вторичного воздуха,После достижения в реакторе температуры реакционной способности катализатора обогащают смесь, поступающую в реактор 2, или увеличением подачи топлива или уменьшением подачи первичного воздуха, Уменьшение подачи первичного воздуха замедляет разогрев реактора, а увеличение подачи топлива - ускоряет его. Вследствие инерции системы температура в реакторе может превысить рабочую, и путем регулирования подачи топ,чива и первичного воздуха можно плавно перейти на рабочую температуру.Для перевода двигателя в нагрузочный режим в смеси перед реактором 2 первичный воздух замещается отработавшими газами, так как температура смеси перед реактором 2 повышается теплом отработавших газов. Первичный воздух может замещаться отработавшим газом до соотношения 1: 1, в то время как подача топлива уменьшается на 1/3 доли уменьшения подачи первичного воздуха. Так, например, если сначала подают 12 м первичного воздуха и 3 кг топлива, а после замещения - 6 м отработавших газов, то подачу топлива уменьшают на 1/3 от 1/2, т, е. на 1/6, таким образом топлива требуется 3 кг - 0,5 кг= =2,5,кг, Для регулирования двигателя на нагрузочных режимах и поддержания подачи требуемого количества смеси от реактора 2 и рабочей температуры в нем увеличивают подачу топлива и первичного воздуха в стехиометрическом составе. А при уменьшении нагрузки и повышении температуры в реакторе соответственно уменьшают подачу первичного воздуха и топлива.Для улучшения работы реактора нужно при понижении температуры замещать отработавшие газы первичным воздухом в соотношении 1: 1, а топливо увеличивать на 1/3 от доли замещения подачи воздуха. При повышениитемпературы в реакторе этот процесс осуществляют в обратном порядке,Для увеличения нагрузки двигателя увеличивают открытие дроссельной заслонки 9, одновременно дозатор 20 увеличивает подачу смеси к реактору 2, что обеспечивается блоком 25. Соответственно с уменьшением нагрузки уменьшается подача смеси в реактор 2. Одновременно обогащается или обедняется заряд, поступающий в цилиндры.Теплообменник 7 обеспечивает снижение температуры смеси, выходящей из реактора 2, что предотвращает самовоспламенение при смешивании со вторичным воздухом и детонацию в двигателе, одновременно увеличивая наполнение. Теплообменник 7 способствует также повышению температуры смеси перед реактором.Блок 25 по сигналам датчика температуры 24 включает воспламенительное устройство 4, если течпература в реакторе ниже температуры реакционной способности катализатора, а после достижения последней отключает воспламенительное устройство 4 и увеличивает подачу вторичного воздуха, одновременно увеличивая подачу топлива клапаном 14. При достижении рабочей температуры открывается клапан 18 для подачи отработавших газов и уменьшается подача топлива н первичного воздуха. Можно выполнять систему со связанными между собой дозатором 20 и дроссельной заслонкой 9. Для плавного перехода в реакторе на рабочую температуру необходимо пропорционально превышению температуры реакционной способности катализатора увеличение подачи вторичного воздуха и соответствующее уменьшение подачи первичного воздуха.Спеченные элементы 3 изготавливают перфорированными из А 10 э в качестве наполнителя и платины в качестве катализатора, при этом 5 мг платины приходится на 1 см наполнителя. Температура реакционной способности катализатора 120 С. При 420 С достигается полное преобразование смеси в реакторе 2, а рабочая температура реактора равна 480 С.При опекании элементов 3 образуются параллельные каналы с пористой поверхностью стенок. Объем пор составляет 20 - 607 о объема элемента, предпочтительно 40 - 50 Ъ. Диаметр каналов 0,1 - 2 мм, число каналов на см зависит от их диаметра, например при диаметре 1 мм каналов должно быть около сорока. 4649996этом в реакторе 2 происходят следующие рсакции:4 (02+ 4 Мг) + С 6 Н е -+ 4 СН 4+ 4 СО, + 16 К5 После смешения смеси лз реактора со вторичным воздухом в двигателе протекает реакция;(4 СН, + 4 СО, + 16 И,) + 8 (О, + И,) - 10 -э 8 СО, + 8 Н,О + 48 К,.При работе двигателя на нагрузочных режимах с замещением первичного воздуха отработавшими газами в реакторе при рабочей 15 температуре происходят реакции:2(О, +4 И,)+2(СО, + Н,О+6 И,)++ С,16- 5 СН 4 + 5 СО, + 20 К20 а в двигателе: БСН + 5 СОд + 20 К + 10 (О + 4 Кг) +10 СО, + 10 Н,О + 60 И,25 В графике на фиг. 2 по осп абсцисс отложено время 1, а по оси ординат - температура в реакторе 2. График показывает неравномерность роста температуры, При этом Тр -температура реакционной способности катали 30 затора, Т - температура начала полного преобразования в реакторе, Т - предпочтительная температура начала подачи отработавшихгазов, Трр - рабочая температура реактора 2.Непрямолинейность возрастания температу 35 ры в реакторе после температуры Тр обусловлена тем, что энергия на разогрев и преобразование расходуется параллельно, поэтомупри увеличении подачи топлива при новышающейся температуре выделение тепла сннжа 40 ется.Для быстрого нарастания температуры вреакторе от температуры реакционой способности катализатора до рабочей уменьшениеподачи воздуха и топлива п подвод отраба 45 тывших газов осуществляют в зоне, близкойк температуре реакционной способности, а длямедленного - в зоне, близкой к рабочей температуре.Если на режиме принудительного холостого50 хода температура в реакторе падает, прекращают подачу отработавшего газа в реактор, апервичный воздух и топливо подают в составе,близком к стехиометрическому,55Если при пуске стартером в двигатель всасывается около 10 м первичного воздуха на 1 кг жидкого топлива С 8 Н, что соответствует 50 молям воздуха на 1 моль топлива, то для достижения 120 С начала реакционной способости катализатора необходимо сгорание в течение 10 сек. В процессе разогрева реактора 2 уменьшают подачу, например, на 1 кг топлива С 8 Н, до 4 м гоздуха. Тогда на 1 моль горючего приходится 20 молей воздуха. Прн Предмет изобретения 1. Способ питания двигателя внутреннегосгорания путем смешения жидкого топлива по 60 меньшей мере с одним воздухом и полученияв каталитическом реакторе смеси газов, имеющей окись углерода и метан, с последующим смешением ее с вторичным воздухом и подачей образовавшегося заряда в двигатель для б 5 сжигания н совершения работы, отл ич а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения эксплуатации двигателя, в начальный момент пуска в реактор подают смесь топлива и воздуха с составом, близким к стехиометрическому, воспламеняют перед ним, и подают смесь такого состава до достижения в реакторе такой температуры, при которой возникает реакционная способность катализатора, после чего смесь обогащают, например, увеличением подачи топлива (уменьшением подачи воздуха), обеспечивая ускорение прогрева катализатора, а по достижении в реакторе рабочей температуры количество подаваемого воздуха уменьшают и к смеси перед реактором подводят отработавшие газы двигателя с одновременным снижением подачи топлива.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что,при быстром нарастании температуры в реакторе от температуры реакционной способности катализатора до рабочей уменьшение подачи воздуха и подвода отработавших газов производят в зоне, близкой к температуре реакционной способности, а при медленном росте - в зоне, прилежащей к рабочей температуре.3. Способ по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что при пуске вторичный воздух дросселируют, а при разогреве реактора дросселирование уменьшают по мере уменьшения подачи воздуха перед реактором и увеличения подачи отработавших газов.4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что воздух перед реактором замещают отработавшими газами до соотношения 1; 1, а количество топлива уменьшают от стехиометрического состава на 1/3 от доли замешенного количества воздуха, и при обратном замещении отработавших газов воздухом увеличивают в той же пропорции подачу топлива.5. Способ по п,п. 1 - 4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью регулирования температурыкатализатора на нагрузочных режимах, припонижении температуры реактора уменьшаютподачу отработавших газов и увеличивают по 5 дачу воздуха и топлива, а при повышении температуры реактора соответственно уменьшаютподачу воздуха и топлива и увеличивают подачу отработавших газов.6. Способ,по пп. 1 - 5, отличающийся10 тем, что при увеличении нагрузки двигателяувеличивают подачу воздуха и топлива в стехиометрическом соотношении.7, Способ по пп. 1 - 5, о тл и ч а ю щ и й с ятем, что на режиме принудительного холостого15 хода подачу отработавшего газа прекращают,а воздух и топливо подают в стехиометрическом составе в количестве, меньшем чем на режиме нормального холостого хода.8. Способ по пп. 1 - 6, о тл и ч а ю щ и й с я20 тем, что при понижении температуры в реакторе ниже температуры реакционной способности катализатора и превышении рабочейтемпературы катализатора на нормальном ипринудительном холостом ходу прекращают25 подачу отработавших газов и увеличивают подачу топлива и воздуха, обеспечивая общийсостав смеси, близкий к стехиометрическому.9. Способ по пл. 1 - 8, отличающийсятем, что при увеличении нагрузки двигателя30 увеличивают подачу вторичного воздуха и смеси от реактора с одновременным обогащениемпоступающего в двигатель заряда, а приуменьшении нагрузки подачу вторичного воздуха и смеси от реактора уменьшают с одно 35 временным обеднением поступающего в двигатель заряда,1 О, Способ по пп. 1 - 9, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что смесь, поступающую в реакторпередобогревом теплом отработавших газов подо 40 гревают теплом смеси, выходящей из реактора,464999 тавитель Л, Синай Техред М. Семено рректор Е. Хмелева Редактор Е. Кравцов Подписи ипография, пр. Сапунов аказ 2309/1 Изд,832 ЦНИИПИ Государственного коми по делам изобрете Москва, Ж, РаушТираж 648 та Совета Министров СС ий и открытий кая наб., д. 4/5