RO132389B1

RO132389B1 - Process of burning liquefied petroleum gas for high-compression internal combustion engines

Info

Publication number: RO132389B1
Application number: ROA201600546A
Authority: RO
Inventors: Mihai-Mărţişor Ciobanu; Ion Lucaciuc; Dan-Cătălin Şipoteanu
Original assignee: Mihai-Mărţişor Ciobanu; Ion Lucaciuc; Dan-Cătălin Şipoteanu
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2020-08-28
Also published as: RO132389A2

Description

Invenția se referă la un nou procedeu de ardere a gazelor ușor lichefiabile (G.P.L.), cu aplicație la motoarele cu combustie internă, cu rapoarte de compresie mari.The invention relates to a new process for burning easily liquefiable gases (G.P.L.), with application to internal combustion engines, with high compression ratios.

Se cunoaște că, în prezent, motoarele cu combustie internă, cu aprindere prin scânteie, funcționează și cu gaze ușor lichefiabile, respectiv G.P.L., motoarele având rapoarte specifice alimentării cu benzină (maximum 12,5:1).It is known that, at present, internal combustion engines, with spark ignition, also operate with easily liquefiable gases, respectively G.P.L., the engines having specific ratios of gasoline supply (maximum 12.5: 1).

Se cunoaște că instalația de alimentare cu G.P.L. are în componență un reductor-vaporizator, a cărui incintă de încălzire, necesară vaporizării gazului lichefiat din rezervorul-butelie, este încălzită de lichidul de răcire al motorului.It is known that the G.P.L. it consists of a reducer-evaporator, whose heating chamber, necessary for the vaporization of the liquefied gas in the tank-cylinder, is heated by the engine coolant.

Se cunoaște că, pentru a alimenta cu G.P.L., un motor cu aprindere prin scânteie, este necesară, pentru pornirea la rece, folosirea drept carburant a benzinei, iar după încălzirea lichidului de răcire, prin funcționarea motorului alimentat cu benzină, este încălzită, cu lichidul de răcire, incinta de încălzire a regulatorului-vaporizator (legat în circuitul de răcire al motorului), și astfel se realizează apoi alimentarea cu G.P.L. a motorului.It is known that in order to supply LPG, a spark ignition engine, it is necessary, for cold start, the use of gasoline as fuel, and after heating the coolant, by operating the gasoline engine, it is heated with the liquid cooling chamber, the heating chamber of the regulator-evaporator (connected in the engine cooling circuit), and thus the LPG supply is then made of the engine.

Se cunoaște că, în cazul alimentării cu G.P.L. a motoarelor cu aprindere prin scânteie, alimentate cu benzină, consumul de G.P.L. crește față de consumul de benzină, iar puterea maximă a motorului scade.It is known that in the case of G.P.L. of spark-ignition, gasoline-powered engines, G.P.L. it increases compared to petrol consumption and the maximum engine power decreases.

Se știe astfel, din stadiul tehnicii, documentul WO 02090750 A1, care dezvăluie un sistem de conversie a combustibilului lichid în combustibil gazos, în special pentru motoarele Diesel transformate să funcționeze pe gaz lichid, având un schimbător de căldură care utilizează lichid de răcire a motorului pentru a converti combustibilul lichid în gaz, fluxul lichidului de răcire fiind controlat de o supapă termostatică care este activată de temperatura combustibilului lichid.Thus, it is known from the prior art that WO 02090750 A1 discloses a system for converting liquid fuel to gaseous fuel, in particular for diesel engines converted to run on liquid gas, having a heat exchanger using engine coolant. to convert the liquid fuel into gas, the coolant flow being controlled by a thermostatic valve which is activated by the liquid fuel temperature.

Mai este cunoscut și documentul US 20040118557 A1, care prezintă o metodă și un aparat pentru introducerea combustibilului într-un cilindru al unui motor cu combustie internă care funcționează cu gaz, introducând o primă porțiune din combustibil gazos în cilindru, formând un amestec substanțial omogen care cuprinde combustibil gazos și aer înainte de ardere și introducerea unei a doua cantități de combustibil gazos pentru a arde într-un mod substanțial prin difuzie.US 20040118557 A1 is also known, which discloses a method and apparatus for introducing fuel into a cylinder of a gas-fired internal combustion engine by introducing a first portion of gaseous fuel into the cylinder, forming a substantially homogeneous mixture which comprises gaseous fuel and air before combustion and the introduction of a second quantity of gaseous fuel to burn substantially by diffusion.

Se mai cunoaște și documentul RO 68107, care dezvăluie o instalație pentru alimentarea cu gaze lichefiate a motoarelor cu ardere internă cu aprindere prin scânteie, utilizată pentru alimentarea autovehiculelor.Document RO 68107 is also known, which discloses an installation for the supply of liquefied gas to internal combustion engines with spark ignition, used for the supply of motor vehicles.

Soluțiile existente de alimentare cu G.P.L. a motoarelor cu combustie internă, cu aprindere prin scânteie, prezintă următoarele dezavantaje:Existing G.P.L. of internal combustion engines, with spark ignition, has the following disadvantages:

- pornirea la rece se face prin alimentarea cu benzină a motorului, motor ce funcționează pe benzină, până în momentul încălzirii lichidului de răcire, lichid care, ajuns la o temperatură de regim stabilizat de funcționare a motorului, încălzește regulatorul-vaporizator și permite lichefierea gazului lichid din rezervorul-butelie al autoturismului;- the cold start is made by refueling the engine, engine running on gasoline, until the moment of heating the coolant, liquid which, having reached a stabilized operating temperature of the engine, heats the regulator-vaporizer and allows liquefaction of gas liquid from the tank-bottle of the car;

- ca urmare a raportului de compresie scăzut al motorului alimentat cu benzină, crește consumul de G.P.L., iar puterea motorului, în sarcină maximă, scade cu circa 8%;- as a result of the low compression ratio of the petrol engine, the G.P.L. consumption increases, and the engine power, at maximum load, decreases by about 8%;

- modificarea instalației de răcire a motorului, prin legarea în circuitul de răcire a regulatorului-vaporizator.- modification of the engine cooling system, by connecting the regulator-evaporator in the cooling circuit.

Scopul invenției este de a elimina dezavantajele soluțiilor actuale existente.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of current existing solutions.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenție constă în realizarea unui procedeu de ardere la motoarele cu combustie internă, cu aprindere prin scânteie, alimentat cu G.P.L. cu raport de compresie ridicat (16:1), raport care, în prezent, este folosit doar la motoarele Diesel.The problem solved by the present invention is to perform a combustion process on internal combustion engines, with spark ignition, powered by G.P.L. with high compression ratio (16: 1), a ratio that is currently used only for diesel engines.

RO 132389 Β1RO 132389 Β1

Procedeul de ardere a gazelor ușor lichefiabile, conform invenției, rezolvă problema 1 tehnică menționată prin faptul că se realizează în următoarele etape:The process for burning easily liquefiable gases according to the invention solves the technical problem 1 mentioned by the fact that it is carried out in the following steps:

- gazul petrolier lichefiat este transmis din rezervorul în care se află în stare lichidă, 3 într-un reductor-vaporizator cu încălzire proprie a incintei de vaporizare, unde, cu ajutorul unor bujii incandescente care încălzesc lichidul care circulă în incinta de vaporizare la o temperatură 5 constantă de 40°C, gazul este încălzit și transformat în stare gazoasă;- the liquefied petroleum gas is transmitted from the tank in which it is in the liquid state, 3 in a reducer-evaporator with its own heating of the vaporization chamber, where, with the help of incandescent spark plugs which heat the liquid circulating in the vaporization chamber to a temperature 5 constant of 40 ° C, the gas is heated and transformed into a gaseous state;

- amestecul carburant format din gaz petrolier lichefiat aflat în stare gazoasă și aer este 7 aspirat la o temperatură controlată într-un interval de 2O...25°C, printr-un regulator-vaporizator și niște difuzoare ajutaj montate pe colectorul de admisie, având rolul de a mări viteza 9 amestecului carburant și a scădea temperatura acestuia, și este comprimat în cilindrul motor la un raport de compresie de 16:1, raport la care gazul nu detonează; 11- the fuel mixture consisting of liquefied petroleum gas in the gaseous state and the air is aspirated at a controlled temperature in the range of 2O ... 25 ° C by means of a vaporizer regulator and nozzle diffusers mounted on the intake manifold, having the role of increasing the speed 9 of the fuel mixture and lowering its temperature, and is compressed in the engine cylinder at a compression ratio of 16: 1, a ratio at which the gas does not detonate; 11

- amestecul carburant aspirat este comprimat, iar în urma acestui proces, o parte din gazul aflat în capul cilindrilor este relichefiat, înmagazinând o parte din energia cinetică a 13 ambielajului motorului;- the aspirated fuel mixture is compressed, and following this process, a part of the gas in the cylinder head is reliqued, storing a part of the kinetic energy of the engine assembly;

- declanșarea scânteii de aprindere determină aprinderea și arderea unei părți a 15 amestecului carburant, iar partea relichefiată a gazului se revaporizează, cedând energie ciclului motor, apoi se aprinde și arde, deoarece gazul lichefiat nu arde în fază lichidă, lucru ce 17 generează creșterea duratei de acțiune a presiunii maxime a gazelor de ardere pe capul pistoanelor, determinând creșterea randamentului termodinamic al ciclului motor cu 45%. 19- the ignition of the spark causes the ignition and combustion of a part of the 15 fuel mixture, and the reliqued part of the gas is revaporized, giving energy to the engine cycle, then ignites and burns because the liquefied gas does not burn in liquid phase, which 17 increases the duration of action of the maximum flue gas pressure on the piston head, determining the increase of the thermodynamic efficiency of the engine cycle by 45%. 19

Realizarea unui astfel de motor, cu aprindere prin scânteie, alimentat numai cu G.P.L., funcționând la un raport de compresie ridicat (16:1), necesită, conform prezentei invenții, 21 următoarele modificări:The realization of such a spark ignition engine, powered only by G.P.L., operating at a high compression ratio (16: 1), requires, according to the present invention, 21 the following modifications:

- folosirea unui nou colector de admisie la care, pe fiecare canal de alimentare a unei 23 supape, la capătul de fixare pe chiulasa motorului, se montează un difuzor ajutaj, cu rolul de a mării viteza amestecului carburant (aer - G.P.L în stare gazoasă) și a scădea temperatura 25 acestuia, la o valoare controlată (circa 2O...25°C);- the use of a new intake manifold in which, on each supply channel of a 23 valve, at the end of fixing on the engine cylinder head, a nozzle diffuser is mounted, with the role of increasing the speed of the fuel mixture (air - LPG in gaseous state) and lower its temperature to a controlled value (about 2O ... 25 ° C);

- folosirea, în instalație de alimentare cu G.P.L. a motorului, a unui reductor-vaporizator 27 cu încălzire proprie a incintei de vaporizare, care are rolul de a realiza o vaporizare a G.P.L., cu o temperatură controlată a gazului carburant din incinta de vaporizare. încălzirea incintei de 29 vaporizare se realizează prin încălzirea lichidului din incintă cu ajutorul unor bujii de încălzire, comandate de un termostat, în scopul menținerii constante a temperaturii lichidului din incintă, 31 la circa 40°C.- use in the G.P.L. of the engine, of a reducer-evaporator 27 with its own heating of the vaporization chamber, which has the role of performing a vaporization of the G.P.L., with a controlled temperature of the fuel gas in the vaporization chamber. the heating of the vaporization chamber is carried out by heating the liquid inside the chamber by means of heating plugs, controlled by a thermostat, in order to maintain a constant temperature of the liquid inside the chamber, 31 to about 40 ° C.

Astfel, procedeul de ardere, ce face obiectul prezentei invenții, se desfășoară după cum 33 urmează:Thus, the combustion process, which is the subject of the present invention, is carried out as follows:

- prin alimentarea cu curent a bujiilor de încălzire, se realizează încălzirea, la o anumită 35 temperatură, a lichidului din incinta de vaporizare, încălzire ce permite trecerea G.P.L. din rezervorul unde se află în stare lichidă, în stare gazoasă; 37- by supplying the heating plugs with current, the heating of the liquid in the vaporization chamber is heated to a certain temperature, heating that allows the passage of G.P.L. from the tank where it is in liquid state, in gaseous state; 37

- amestecul carburant, aspirat la o temperatură controlată (circa 2O...25°C) prin regulatorul-vaporizator și difuzoarele ajutaj montate în colectorul de admisie, este comprimat 39 în motor, la un raport de compresie ridicat (16:1), raport de compresie la care G.P.L. nu detonează; 41- the fuel mixture, aspirated at a controlled temperature (approx. 2O ... 25 ° C) by the vaporizer regulator and the nozzle diffusers mounted in the intake manifold, is compressed 39 in the engine, at a high compression ratio (16: 1), compression ratio at which LPG does not detonate; 41

- în urma comprimării, la o valoare ridicată, a amestecului carburant aspirat, o parte din gazul aflat în capul cilindrilor este lichefiat, înmagazinând astfel o parte din energia cinetică a 43 ambielajului motorului;- after compression, at a high value, of the aspirated fuel mixture, part of the gas in the cylinder head is liquefied, thus storing part of the kinetic energy of the engine assembly;

- prin declanșarea scânteii de aprindere are loc aprinderea și arderea unei părți a 45 amestecului carburant, format din aer și faza gazoasă a G.P.L. iar partea relichefiată a G.P.L. se revaporizează, cedând energie ciclului motor, apoi se aprinde și arde, căci gazul lichefiat nu 47 arde în fază lichidă;- by triggering the ignition spark, a part of the 45 fuel mixture, consisting of air and the gaseous phase of the G.P.L. and the reliquated part of the G.P.L. it evaporates, giving energy to the engine cycle, then it ignites and burns, because the liquefied gas does not burn in the liquid phase;

RO 132389 Β1RO 132389 Β1

- prin relichefiere și apoi revaporizareși arderea unei părți aG.P.L., crește cu circa48% durata de acțiune a presiunii maxime pe capul pistonului, astfel încât randamentul termodinamic 3 al ciclului motor crește cu circa 45%.- by reliquing and then re-evaporating and burning a part of the G.P.L., the duration of action of the maximum pressure on the piston head increases by about 48%, so that the thermodynamic efficiency 3 of the engine cycle increases by about 45%.

Invenția propusă, respectiv realizarea unui nou procedeu de ardere a gazelor ușor lichefiabile, pentru motoarele cu combustie internă cu rapoarte mari de compresie, prezintă următoarele avantaje:The proposed invention, namely the realization of a new process for burning easily liquefiable gases, for internal combustion engines with high compression ratios, has the following advantages:

- creșterea puterii maxime a motorului, în raport cu alimentarea cu benzină cu circa 45%;- increase of the maximum engine power, in relation to the petrol supply by about 45%;

- scăderea consumului de G. P. L., în raport cu consumul de benzină, ca urmare a faptului că puterea calorifică inferioară a G.P.L., la rapoarte mari de compresie (16:1), este mai mare decât puterea calorifică inferioară a benzinei, iar randamentul termodinamic al ciclului motor 11 este, de asemenea, mai mare;- decrease in LPG consumption, compared to gasoline consumption, due to the fact that the lower calorific value of LPG, at high compression ratios (16: 1), is higher than the lower calorific value of gasoline, and the thermodynamic efficiency of the cycle engine 11 is also larger;

- creșterea randamentului gravimetric al umplerii, ca urmare a scăderii temperaturii 13 amestecului carburant în incinta de vaporizare;- increase of the gravimetric efficiency of the filling, as a result of the decrease of the temperature 13 of the fuel mixture in the vaporization chamber;

- pornirea la rece direct prin utilizarea carburantului G.P.L., ca urmare a 15 regulatorului-vaporizator cu încălzire proprie;- direct cold start by using G.P.L. fuel, as a result of the regulator-evaporator with own heating;

- alimentarea motoarelor cu combustie internă numai cu G.P.L.;- supply of internal combustion engines only with G.P.L .;

- reducerea emisiilor poluante sub valorile actuale impuse prin norme sau regulamente;- reduction of polluting emissions below the current values imposed by norms or regulations;

- utilizarea în continuare a motoarelor Diesel, prin transformarea lorîn M.A.S., alimentate- further use of Diesel engines, by transforming them into M.A.S., powered

Claims

Claim 1

Liquefied petroleum gas combustion process for internal combustion engines with 3 high compression ratios, characterized in that the combustion of gas in a spark ignition engine, with a compression ratio of 16: 1, is performed in the following steps: 5

- the liquefied petroleum gas is transmitted from the tank in which it is in the liquid state, in a reducer-evaporator with own heating of the vapor chamber, where, with the help of 7 incandescent spark plugs, which heat the liquid circulating in the vapor chamber to a constant temperature of 40 ° C, the gas is heated and transformed into a gaseous state; 9

- the fuel mixture consisting of liquefied petroleum gas in the gaseous state and air is aspirated at a controlled temperature in a range of 2O ... 25 ° C, through a regulator-evaporator 11 and some nozzle diffusers mounted on the intake manifold, having the role of increasing the speed of the fuel mixture and lowering its temperature, and is compressed in the engine cylinder 13 at a compression ratio of 16: 1, a ratio at which the gas does not detonate;

- the aspirated fuel mixture is compressed, and following this process, a part of the gas in the cylinder head is re-liquefied, storing a part of the kinetic energy of the engine packaging; 17

- the ignition of the ignition spark ignites and burns part of the fuel mixture, and the reliqued part of the gas is revaporized, giving energy 19 to the engine cycle, then ignites and burns, because the liquefied gas does not burn in liquid phase, which increases the duration of action of the maximum flue gas pressure on the head 21 of the pistons, determining the increase of the thermodynamic efficiency of the engine cycle by 45%.