Способ облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

)5 Р 02 й 17/08 САНИЕ ИЗОБРЕ ИяПАТЕН следует отнести то, что элементы системы топливоподачи находятся под давлением, из-за чего снижается безопасность эксплуатации. Кроме того, распыление пусковой жидкости происходит во впускной трубопровод, что понижает температуру пускового заряда, а это отрицательно влияет на пусковые характеристики двигателя.Известен способ облегчения запуска двигателя 3, принятый за прототип, в котором часть метанола, поступающего в двигатель, преобразуется в диметиловый эфир, который смешивается с зарядом, поступает в цилиндр двигателя, где воспламеняется, Энергоэатраты на электроподогрев реактора велики, так как необходимо разогреть всю массу катализатора, При работе двигаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(71) Луганский машиностроительный институт(73) Луганский машиностроительный институт(56) Кагрцк М,ЕСовеу Я.УУ, Оп Ьоагб с 3 увейу ейег цепегабоп то азззс гпейапб епсИпе. соЫ зтаг 0 п 9, ЯАЕ Тесал. Рар. зег 1988, М 881678,.р. 1-7.(54) СПОСОБ ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПУСКАДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения: с целью расширения ресурсов пусковых жидкостей и ениИзобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к способам облегчения запуска последних.Известен способ облегчения запуска двигателя (1) путем подачи в двигатель смеси эфира с жидким спиртом. Эфир в этом способе получают разложением части спирта в электроподогреваемом пусковом реакторе. Недостатком этого способа является то, что вследствие большой массы катализатора увеличивается время и энергозатраты для разогрева реактора.Известен способ облегчения запуска двигателя (2) с помощью пусковой жидкости на основе эфира, распыляемом во впускном трубопроводе, К недостаткам этого способа жения энергозатрат при пуске пусковую жидкость получают смешиванием спиртового раствора щелочного металла и жидкого галогенопроизводного метана, поступающих из отдельных капсул. При смешении протекает экзотермическая реакция с выделением газообразного диметилового эфира, который используется для облегчения запуска двигателя. Непрореагировавшие продукты химической реакции подвергаются дегидратации на подогреваемой поверхности с нанесенным катализатором, а также активируются ультрафиолетовым излучением, Устройство для реализации способа содержит смесительную камеру и механизм распределения компонентов пусковой жидкости, В качестве растворителя реагентов применяется метанол с примесью этанола и высших спиртов. 2 с, и. и 5 з. и, ф-лы,3 ил,2 табл.теля на бензометанольной смеси активность катализатора уменьшается за счет егоотравления, Для преобразования метанолав эфир необходима большая теплопередающая поверхность, что увеличивает габариты 5и массу реактора.Целью изобретения является расширение ресурсов пусковых жидкостей и снижение энергозатрат при пуске двигателя,Для достижения указанной цели пусковую жидкость получа 1 от смешиванием спиртового раствора метилацетата щелочногометалла и жидкого галогенпроизводногометана, поступающих из Отдельных капсул,с проведением экзотермической реакции. 15При этом выделяется газообразный диметиловый эфир и жидкие продукты реакции,причем спиртовый растворитель и жидкиепродукты реакции направляют во впускнойколлектор после запуска двигателя во время 20его прогрева. В качестве растворителя используется метанол, а в качестве галогенпроизводного метана - йодистый метил.Спиртовый растворитель и продукты реакции во впускном коллекторе подогревают, дегидратируют с использованиемкатализатора и активируют ультрафиолетовым излучением. В качестве катализатораиспользуют оксид алюминия или смесь оксидов алюминия, меди и цинка. 30На фиг, 1 приведено устройство.для реализации предложенного способа, содержащее капсулы 1 и 2, смеситель 3,электромагнитный клапан 4, впускной коллектор 5, на котором крепится устройство, атакже подогреватель коллектора 6, источник ультрафиолетового излучения 7, установленный после воздушного фильтра 8двигателя и блок питания 9.На фиг, 2 приведен вариант вы пол нения, 40смесительной камеры, содержащий сердечник электромагнита с коническим клапаном10, кулису 11, тягу 12 с шиберной заслонкой13, каналы 14 и 15, жиклеры 16,На фиг. 3 приведен вариант выполнения 45смвсительной камеры, в случае соединенияканала 15 для слива жидких реагентов споплавковой камерой карбюратора 17,В качестве компонентов пускового топлива В предложенном способе применяются спиртовый раствор метилата щелочногометалла (например, раствор метилата натрия в метиловом спирте) и жидкое галогенпроизводное метана (например, йодистыйметил), Последний, например, реагирует сметилатом натрия, образуя диметиловыйэфир:гСНз - О -Яа+ 3,- СНз -- (-8,4) + (-238,57)1 = -226,23 кДж/моль.Этот расчет подтверждает, что реакция экзотермична. Поэтому в предлагаемом способе будет происходить подогрев заряда и испарение жидких компонентов пускового топлива за счет теплоты реакции, в отличие от способов в которых применяется диэтиловый эфир, у которого Ь Нисп. = 26,6 КДж/моль и скип. = 35,6 С Г 43,Один из компонентов пускового топлива - галоген производные углеводородов свойства которых приведены в табл, 1,Из таблицы видно, что в жидкой фазе при и. у. находятся СНз 5, С 2 Н 53, С 2 Н 5 Вг, Бромистый этил имеет скип,= 38,4 С, йодистый этил соответственно скип, = 72,2 С, а йодистый метил скип.= 42,5 ОС. Последний наиболее подходит с точки зрения температуры кипения и получения целевого продукта - диметилового эфира, поэтому в предлагаемом способе выбран СНзЗ.Метилат натрия представляет собой вещество, хорошо растворимое в спиртах, так же, как и полученный в результате реакции ИаЗ, Поэтому в качестве основного растворителя принят метанол. Однако в целях экономии средств на рафинирование метанола допускается наличие в нем этанола и высших спиртов в пределах, допустимых при производстве метанола, например, 70 мас, СНзОН, 1,5 мас.оь С 2 Н 5 ОН; 2 мас.СзН 7 ОН; 10 мас, С 4 НЯОН; 0,5 мас,С 5 Н 11 ОН; 10 мдс, Д СбН 1 зОН и С 7 Н 15 ОН; 6 мас СВН 17 ОН. Совместный синтез метанола и высших спиртов позволяет снизить стоимость производства, Состав спирта находится в следующих пределах, мас.: СНзОН 6585; С 2 Н 5 ОН 1,52,0; СзН 7 ОН 23; С 4 Н 9 ОН 1020; С 5 Н 11 ОН 01; СбН 13 ОН 510, СОН 17 ОН 05.Общий вид реакции алкоголята металла с галогенпроизводными метана можно представить следующим уравнением:й- ОМе+ йХ .+й - О - й+ МеХ,иааф где Ме - металл из ряда О, Иа, К, 1/2 Мд,1/ЗА;Х - галоген иэ ряда С 1, Вг, 3;(7) 45 50 55 ВОН - растворитель (спирт, эфир, диоксан и др.).В качестве одного из компонентов принят в предлагаемом способе метилат натрия, что обусловлено меньшей опасностью проведения синтеза метилата натрия, связанной с более низкой активностью йа по сравнению с К, Активность же О, Мц, А недостаточна для проведения реакции получения алкоголята.Наиболее активным из всех галогенидов является й 3 Я, поэтому он применяется в предлагаемом способе.Мелевым продуктом реакции является диметиловый эфир, однако благодаря валичию в растворителе других спиртов (этиловогоо и в ысш их) возможно образование незначительных количеств жидкого диэтилового эфира. Возможно также образование метилэтилового эфира (С 2 Нь - О - СНз). Жидким продуктом реакции является также спиртовый раствор йодистого натрия. Газообразные продукты подаются во впускной коллектор при пуске, а жидкие продукты подаются после запуска двигателя.Дегидратировэть метиловый спирт можно с применением катализаторов из фторированной окиси алюминия (у А 1 + 0,3; Е). в прототипе при 1 = 350 С, В предлагаемом способе спиртовый раствор йодистого натрия и жидкий диэтиловый эфир из смесителя подаются на ребристую поверхность покрытую катализатором из оксида А или смеси оксидов алюминия, меди и цинка и подогреваемую электрическим элементом, Применение смеси окислов предпочтительно, так как на них дегидратируют как метиловый, этиловый, так и высшие спирты со снижением рабочей температуры катализатора. Например: 2 С 2 НБОН -фСгНБ-С 2 НБ+ Н 20 (2) Так как количество жидких продуктов реакции невелико, то и затраты энергии на подогрев ниже, чем в прототипе. Поскольку диэтиловый эфир, образовавшийся в смесителе как один из побочных продуктов реакции и.на ребристой поверхности впускного коллектора как продукт дегидратации, имеет низкую температуру воспламенения, он дополнительно активируется УФ-облучением с образованием перекиси оксиэтила:НО НСК О-С-СНО + 30(ИНЗНО Н Перекись очень неустойчива и легко воспламеняется, что способствует возникновению цепной реакции окисления топлива 6. Остаток жидких продуктов реакции или балластные компоненты растворителя в виде высших спиртов под воздействием УФ-излучения расщепляются на низкомолекулярные продукты - Нг, СО, С 02, Н 20, СНд, С 2 Н 4, С 2 Н 2 и дрт, е. подвергаются предварительной фотофрагментации (7,Йодистый натрий, после пуска двигателя, в растворенном виде попадает во впускной коллектор. Температура кипения Май равна 1304 С, поэтому, попадая в камеру сгорания, он испаряется, а под действием энергии реакции сгорания топлива(метанола) он атомизируется: Атомы йа взаимодействуют с кислородомзаряда или кислородом топлива (в метаноле02 до 50 мас.7 ь): Возможно взаимодействием йа с радикалами гидроксила с образованием гидроксида натрия, Натрий может замещать атом водорода в несгоревших молекулах метилового спирта. Следует заметить, что известен способ экономии топливной смеси (8, в котором в бензин добавляют хлористый магний, причем последний в камере сгорания переходит в окись магния.Атомы 3 могут присоединиться к молекулам ненасыщенных углеводородов по месту разрыва двойных или тройных связей: 23+ СН и СН -ф СН = СН1Д У Йодид натрия может также взаимодействовать с водой, присутствующей в продуктах сгорания метилового спирта: йаЗ+ Н 20 -фйэОН+ НЗ (8) Образующийся в результате этой реакции Н 3 взаимодействует с ацетиленом; Н 3+СНжСН СН 2=СН (9)гИз приведенных выше реакций (4) - (9) можно видеть, что продукты реакции получения диметилового эфира из жидких компонентов в виде ЙаЗ, попадая в камеру сгораниядвигателя, включаются в цепь окислительных реакций и уносятся из цилиндра с отработавшими газами, Свойства эфиров в сравнении с другими пусковыми жидкостями приведены в табл, 2,Из таблицы следует, что наиболее эффективным как пусковые компоненты ДМЭ и ДЭЭ, причем последний необходимо испарять перед подачей в двигатель. Поэтому теплота реакции в предлагаемом способе расходуется также на .испарение жидких компонентов как растворителя, так и продуктов реакции,Таким образом, способ осуществляется следующим образом,Спиртовь 1 й раствор метилата натрия из капсулы 1 и жидкий йодистый метил из капсулыы 2 подают в смесител ь 3 путем открытия клапана электромагнитом при включении стартера. В результате смешения в смесителе 3 между. компонентами протекает химическая реакция с образованием диметилового эфира. Из смесителя 3 эфир под действием разрежения поступает во впускной коллектор, а затем в камеру сгорания двигателя. Двигатель запускается на легковоспламеняемом диметиловом эфире. После запуска и выключения стартера реле времени отключает электромагнит и каналы подвода пусковых компонентов перекрываются клапаном, а жидкие продукты реакции из смесителя 3 поступают самотеком на обогреваемуо подогревателем 6 и облучаемую УФ источником 7 поверхность, где они дегидратируются до простых эфиров и активируются с образованием пероксидов, Электрический подогреватель 6 и блок питания 9 источника УФ-излучения 7 (например, безэлектродная вь 1 сокочастотная лампа) питаются от аккумулятора или от бортового генератора. Электрический подогрев впускного коллектора организуется лишь для дегидратации спирта, использованного в качестве растворителя метилацетата натрия, Причем он включается после отключения стартера, т. е. аккумулятор не разряжается, После прогрева двигателя подогрев и источник УФ-излучения отключаются. Образующийся при реакции г 4 а 1 окисляется в цилиндре и выводится с отработавшими газами двигателя.Устройство для реализации способа, изображенное на фиг. 2 и 3, работает следующим образом. При подаче напряжения на стартер открывается электромагнитный клапан 4, втягивая сердечник 10, связанный с кулисой. Кулиса 11 приводит в движение тягу 12 и запирает шиберной заслонкой 13 канал 15. Жидкие компоненты топлив их капсул 1 и 2 поступают через жиклеры 16 всмесительную камеру 3. В смесителе 3 происходит химическая реакция с выделением тепла. Газообразные и родукты диметиловый эфир) поступают по каналу 14 во впуск 5 .ной коллектор двигателя, под действием разрежения в коллекторе, при прокручивании двигателя стартером. После запуска отключается питание стартера и через реле времени отключается электромагнитный 10 клапан 4. Сердечник электромагнита с коническим клапаном 10 запирает канал подачи жидких компонентов пускового топлива в смеситель 3. Одновременно движение сердечника передается через кулису 11 при помощи тяги 12 шиберной заслонке 13 Последняя открывается и жидкие продукты реакции и непрореагировавшие компоненты спирты - растворители) подаются на подогреваемую поверхность впускного коллектора, где остатки спирта дегратируются на катализаторе. Образуемый эфир обрабатывается УФ-излучением для получения пероксидов. Время открытия электроклапана 4 определяется требуемой величиной пускового топлива в зависимости от температуры окружающего воздуха,20 25 На фиг. 3 дан пример выполнения смесительной камеры. Принцип работы устройства тот же, что и на фиг, 2, отличие состоит в том, что диметиловый эфир подается во впускной коллектор 5 с помощью дополнИ- тельного шланга, присоединяемого к штуцеру канада 14. Жидкие продукты реакции в этом случае по каналу 15 попадают в по плавковую камеру карбюратора 17, где.смешиваются с основным топливом. Этот вариант особенно приемлем при работе двигателя на спиртовых топливах, которые являются хорошими растворителями жид ких реагентов, Кроме того, в этом случаеотпадает надобность в электроподогреве впускного коллектора, так как запуск осуществляется на диметиловом эфире, без дегидратации жидких реагентов.45 Известно, что для одного пуска двигателя необходимо до 2 мл легковоспламеняющейся жидкости на 1 л рабочего обьема двигателя при температуре окружающей среды - 30 С 91. Пусть за 1 цикл распылива 0 ется в смесителе 6,23 мл СНз,3 и 6,84 мл50-ного раствора СНзОйа в СНзОН. При этом образуется 2,24 л 4,6 г) диметилового. эфира и выделится 22,6 кДж тепла. Этоготепла вполне достаточно для испарения 0,117 моль СНзОН (Л Нис. = 38,45 кДж/моь для СНзОН), Такого количества диметилового эфира вполне достаточно для пуска двигателя с рабочим обьемом 1 Чь= 2,4 л дви г ател ь 3 М 3-24, автомобиля ГАЗ), Для 10 пусков понадобится обьем10 1777631 Таблица 1 СНзз = 62,3 мл, СНзОйа = 68,4 мл. Следовательно, объем капсул для хранения пусковых компонентов не будет превышать объемов, существующих для аналогичных целей.Предлагаемый способ отличается от известного тем, что позволяет повысить температуру заряда на впуске; снизить энергоэатраты на получение диметилового эфира, расширить диапазон применяемых пусковых топлив. Формула изобретения 1. Способ облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания путем подачи во впускной коллектор двигателя пусковой легковоспламеняющейся жидкости на основе диметилового эфира, смешивания эфира с зарядом, поступающим в цилиндр двигателя, и его воспламенения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения ресурсов пусковых жидкостей и снижения энергозатрат, пусковую жидкость получают смешиванием спиртового раствора метилата щелочного металла и жидкого галогенпроизводного метана, поступающих из отдельных капсул, с проведением экзотермической реакции, выделением газообразного диметилового эфира и получением жидких продуктов реакции, причем спиртовой растворитель и жидкие продукты реакции направляют во впускной коллектор после запуска двигателя во время его прогрева.2, Способ по и. 1, отл и ч э ю щи йс я тем, что в качестве растворителя используют метанол с примесью этанолэ и высших спиртов в пределах, мас,%: СНз 0 Н = 65- 85%; С 2 Н 50 Н = 1,5 - 2,0%; СзН 70 Н = 2-3%; С 4 Н 90 Н = 10 - 20%; СБН 110 Н = 0 - 1%, С 6 Н 1 зОН = 5 - 10%, СаН 170 Н = 0-0,5%. 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что в качестве метилата металлаиспользуют метилат натрия СНз - О-йа), а вкачестве галогенпроизводного метана -5 йодистый метил (СНз - 3).4. Способ по пп. 1 - 3, отл и ч а ю щи йс я тем, что спиртовой растворитель ипродукты реакции во впускном коллекторе подогревают, дегидратируют с использо 10 ванием катализатора и активируютультрафиолетовым излучением,5. Способ по п.4, отл и ч а ю щи йс ятем, что в качестве катализатора используют оксид алюминия или смесь оксидов алюминия, меди и цинка,6. Устройство для облегчения запускадвигателя внутреннего сгорания, содержащее источник пусковой легковоспламеняющейся жидкости на основе диметиловогоэфира, соединенный через запорный органс впускным коллектором двигателя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширенияресурсов пусковых жидкостей и сниженияэнергозатрат, оно снабжено смесительной25. камерой, размещенной между впускнымколлектором и источником пусковой жидкости, выполненным в виде отдельных капсул,заполненных спиртовым раствором метилата щелочного металла и жидким галогенпро 30 изеодным метана и подключенных череззапорный орган к смесительной камере,связанной с впускным коллектором при прмощи по меньшей мере двух каналов, одиниз которых расположен в верхней части смесительной камеры, а другой - в ее нижнейчасти и снабжен шиберной заслонкой.7. Устройство по и. 6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что запорный орган выполнен ввиде электромагнитного клапана, а шибер 40 ная заслонка снабжена приводом от электромагнитного клапана, выполненным в видетяги и кулисы.177763112Таблица 2Свойства компонентов пусковых топливП ри меча н ие.- в закрытом сосуде- в воздухе1777631 Корректор О,Густи актор Т.Ку оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4132 ВНИИПИ Го Составитель В.Греч Техред М,Моргента Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 У 5