RU2070978C1 - Internal combustion engine and method of its operation - Google Patents
Internal combustion engine and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2070978C1 RU2070978C1 RU9595103981A RU95103981A RU2070978C1 RU 2070978 C1 RU2070978 C1 RU 2070978C1 RU 9595103981 A RU9595103981 A RU 9595103981A RU 95103981 A RU95103981 A RU 95103981A RU 2070978 C1 RU2070978 C1 RU 2070978C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- water
- reactor
- evaporator
- hydrocarbon fuel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к способам работы двигателей внутреннего сгорания и двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано при создании транспортных (карбюраторных и дизельных) двигателей в комплексе с каталитическими реакторами для производства на борту транспортного средства конвертированного газа, используемого в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and in particular to methods of operation of internal combustion engines and internal combustion engines and can be used to create transport (carburetor and diesel) engines in combination with catalytic reactors for the production of converted gas on board a vehicle as a fuel for an internal combustion engine.
Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором в котором реализуется способ работы, включающий подачу основного углеводородного топлива в камеру сгорания двигателя в смеси с водородной присадкой, получаемой в результате термохимической реакции воды и энергоаккумулирующего вещества (окиси алюминия), при этом химическую активность воды повышают с помощью отработавших газов. В состав двигателя входят система питания основным углеводородным топливом, контур подачи водородной присадки, связанный с реактором, расходные баки для воды и электроаккумулирующего вещества, снабженные питателями, и выпускной тракт, подключенный к баку с водой (авт. св. СССР N 937745, кл. F 02 B 43/10, 1982). A known internal combustion engine, in which a method of operation is implemented, comprising supplying the main hydrocarbon fuel to the combustion chamber of the engine in a mixture with a hydrogen additive resulting from a thermochemical reaction of water and an energy storage substance (aluminum oxide), while the chemical activity of the water is increased by exhaust gas. The engine includes a feed system for the main hydrocarbon fuel, a hydrogen additive supply circuit connected to the reactor, consumable water tanks and electroaccumulative substances equipped with feeders, and an exhaust path connected to the water tank (ed. St. USSR N 937745, cl. F 02 B 43/10, 1982).
Недостатком известных способа и двигателя является недостаточная экономия основного углеводородного топлива, поскольку основное углеводородное топливо поступает в камеру сгорания двигателя, не обладая высоким уровнем энергии, а высокоэнергетическая составляющая водород, используется в виде присадки и по отношению к основному углеводородному топливу в некоторой пропорции. Кроме этого, в процессе работы двигателя недостаточно рационально используется тепло выпускных газов. A disadvantage of the known method and engine is the insufficient economy of the main hydrocarbon fuel, since the main hydrocarbon fuel enters the combustion chamber of the engine without a high energy level, and the high-energy hydrogen component is used as an additive to the main hydrocarbon fuel in a certain proportion. In addition, in the process of engine operation, heat of exhaust gases is not used rationally.
Известен также способ работы двигателя внутреннего сгорания, реализуемый в двигателе, которые приняты в качестве прототипа предлагаемых способа и двигателя. Известный способ включает в начальном этапе подачу основного углеводородного топлива в камеру сгорания двигателя с последующим его сгоранием и перепуск отработавших газов по выпускному тракту двигателя с возможностью теплообмена с полостями реактора и испарителя воды и последующим их отводом в атмосферу, подачу воды из емкости с водой в испаритель, перепуск полученного пара из испарителя в реактор, осуществление в последнем термохимической реакции взаимодействия водяного пара с углеродсодержащим компонентом с получением конвертированного газа, направляемого в камеру сгорания двигателя. Двигатель внутреннего сгорания, в котором реализуется известный способ, содержит систему питания, включающую линию подвода основного углеводородного топлива и контур питания конвертированным газом, подключенные через смеситель и впускной тракт двигателя к его камере сгорания, выпускной тракт с оконечным патрубком и систему управления, имеющую три электромагнитных клапана и два датчика температуры, причем контур питания конвертированным газом выполнен в виде связанных между собой последовательно емкости с водой, сообщенной с атмосферой, испарителя воды и реактора, а выпускной тракт выполнен с возможностью теплообмена с полостями реактора и испарителя, что позволяет использовать тепло отработавших газов на нагрев реактора и получение водяного пара (авт. св. СССР N 1578373, кл. F 02 B 43/00, 1990). There is also a known method of operation of an internal combustion engine, implemented in an engine, which are adopted as a prototype of the proposed method and engine. The known method includes at the initial stage the supply of the main hydrocarbon fuel to the combustion chamber of the engine with its subsequent combustion and the passage of exhaust gases through the exhaust duct of the engine with the possibility of heat exchange with the cavities of the reactor and the evaporator of water and their subsequent discharge into the atmosphere, water supply from the tank with water to the evaporator , transferring the resulting vapor from the evaporator to the reactor, the implementation in the last thermochemical reaction of the interaction of water vapor with a carbon-containing component to obtain a converti gas directed into the combustion chamber of the engine. An internal combustion engine in which the known method is implemented includes a power supply system including a main hydrocarbon fuel supply line and a converted gas supply circuit connected through a mixer and an engine inlet to its combustion chamber, an exhaust path with an end pipe and a control system having three electromagnetic valves and two temperature sensors, and the converted gas supply circuit is made in the form of tanks connected in series with each other, connected with the atmosphere swarm, water evaporator and reactor, and the exhaust tract is made with the possibility of heat exchange with the cavities of the reactor and the evaporator, which allows the use of exhaust heat to heat the reactor and produce water vapor (ed. St. USSR N 1578373, class F 02 B 43/00 , 1990).
Недостатком известных способа и двигателя является недостаточная степень экономии основного углеводородного топлива, это связано с тем, что, во-первых, само основное углеводородное топливо не проходит за рабочий цикл через каталитический реактор и не подвергается преобразованию, повышающему степень его энергетизации, во-вторых, рабочий цикл не предусматривает возможность перехода на работу с преимущественным использованием конвертированного газа, как наиболее высокоэнергетизированного топлива, в-третьих, рабочий цикл не предусматривает экономию основного углеводородного топлива в топливной смеси за счет использования содержащихся в отработавших газах углеродосодержащих компонентов, а именно, диоксида углерода СО2, в-четвертых, не предусмотрена рациональная топливоподача конвертированного газа, которая позволила бы обеспечить автоматически экономичный режим топливоподачи, как основного углеводородного топлива, так и конвертированного газа. Кроме этого, известные способ и двигатель не решают экологических проблем, поскольку предусматривают открытый выброс отработавших газов в атмосферу без улавливания вредных компонентов, в том числе диоксида углерода СО2, характеризуемого как тепличный газ.A disadvantage of the known method and engine is the insufficient degree of economy of the main hydrocarbon fuel, this is due to the fact that, firstly, the main hydrocarbon fuel itself does not pass through the catalytic reactor during the working cycle and is not subjected to a conversion that increases its degree of energy, and secondly, the working cycle does not provide for the possibility of switching to work with the predominant use of converted gas as the most highly energetic fuel; thirdly, the working cycle is not foreseen Vaeth savings main hydrocarbon fuel in a fuel mixture through the use contained in the exhaust gases of carbonaceous components, namely, carbon dioxide CO 2, fourthly, is not provided rational fuel supply reformed gas, which would allow to provide automatically saving mode fuel as the primary hydrocarbon fuel , and converted gas. In addition, the known method and engine do not solve environmental problems, since they provide for the open emission of exhaust gases into the atmosphere without trapping harmful components, including carbon dioxide CO 2 , characterized as greenhouse gas.
Техническим результатом изобретения является повышение топливной экономичности и снижение выбросов в атмосферу тепличного газа СО2 и других вредных примесей отработавших газов.The technical result of the invention is to increase fuel economy and reduce emissions of greenhouse gas CO 2 and other harmful impurities in the atmosphere.
Это достигается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, включающем в начальном этапе подачу основного углеводородного топлива в камеру сгорания двигателя с последующим его сгоранием и перепуск отработавших газов по выпускному тракту двигателя с возможностью теплообмена с полостями реактора и испарителя воды и последующим их отводом в атмосферу, подачу воды из емкости с водой в испаритель, перепуск полученного пара из испарителя в реактор, осуществление в последнем реакции взаимодействия водяного пара с углеродосодержащим компонентом с получением конвертированного газа, направляемого в камеру сгорания двигателя, согласно изобретению в качестве углеродосодержащего компонента используют основное углеводородное топливо, реакцию взаимодействия последнего с водяным паром осуществляют в присутствии катализатора, отработавшие газы перед их отводом в атмосферу направляют в воду емкости с водой, а после направления конвертированного газа в камеру сгорания двигателя подачу в нее основного углеводородного топлива прекращают. This is achieved by the fact that in the method of operation of the internal combustion engine, which includes at the initial stage supplying the main hydrocarbon fuel to the combustion chamber of the engine with its subsequent combustion and bypassing the exhaust gases through the exhaust duct of the engine with the possibility of heat exchange with the cavities of the reactor and the evaporator of water and their subsequent removal to atmosphere, water supply from the water tank to the evaporator, transfer of the obtained steam from the evaporator to the reactor, implementation of the interaction of water vapor with carbon soda in the last reaction by a burning component to obtain a converted gas directed to the engine combustion chamber, according to the invention, the main hydrocarbon fuel is used as the carbon-containing component, the reaction of the interaction of the latter with water vapor is carried out in the presence of a catalyst, the exhaust gases are sent to the tank with water before being discharged to the atmosphere, and after the converted gas is directed into the combustion chamber of the engine, the supply of the main hydrocarbon fuel to it is stopped.
При этом в качестве основного углеводородного топлива может быть использовано газовое топливо, например, природный газ. In this case, gas fuel, for example, natural gas, can be used as the main hydrocarbon fuel.
Это достигается также тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем систему питания, включающую линию подвода основного углеводородного топлива и контур питания конвертированным газом, подключенные через смеситель и впускной тракт двигателя к его камере сгорания, выпускной тракт с оконечным патрубком и систему управления, имеющую три электромагнитных клапана и два датчика температуры, причем контур питания конвертированным газом выполнен в виде связанных между собой последовательно емкости с водой, сообщенной с атмосферой, испарителя воды и реактора, а выпускной тракт выполнен с возможностью теплообмена с полостями реактора и испарителя, согласно изобретению в контур питания конвертированным газом включены смеситель-дозатор основного углеводородного топлива и водяного пара, расположенный между испарителем, в полости которого установлен первый датчик температуры, а на выходе размещен первый электромагнитный клапан, и реактором, выполненным каталитическим, в полости которого установлен второй датчик температуры, и питатель, расположенный между емкостью с водой, в которую погружен оконечный патрубок выпускного тракта, и испарителем, система управления снабжена блоком управления, связанным со смесителем-дозатором, питателем, электромагнитными клапанами и датчиками температуры, клапаном-ограничителем падения давления, установленным в контуре питания конвертированным газом на выходе из реактора, и двумя редукторами, первый из которых расположен в контуре питания конвертированным газом между клапаном-ограничителем и смесителем, а второй установлен в линии подвода основного углеводородного топлива и выполнен двухступенчатым, причем выход его первой ступени сообщен через второй электромагнитный клапан со смесителем-дозатором, а выход его второй ступени подключен к смесителю и через дополнительно установленную дроссельную шайбу и третий электромагнитный клапан к контуру питания конвертированным газом между клапаном-ограничителем и первым редуктором. This is also achieved by the fact that in an internal combustion engine containing a power system including a main hydrocarbon fuel supply line and a converted gas power circuit connected through a mixer and an engine inlet to its combustion chamber, an exhaust path with an end pipe and a control system having three solenoid valves and two temperature sensors, wherein the converted gas supply circuit is made in the form of tanks connected in series with water connected to the atmosphere, and a water evaporator and a reactor, and the exhaust tract is capable of heat exchange with the cavities of the reactor and the evaporator, according to the invention, a dosing mixer for the main hydrocarbon fuel and water vapor, located between the evaporator in the cavity of which the first temperature sensor is installed, is included in the converted gas supply circuit the output is placed the first electromagnetic valve, and a catalytic reactor, in the cavity of which a second temperature sensor is installed, and a feeder located between the tank with water, into which the outlet end pipe is immersed, and an evaporator, the control system is equipped with a control unit connected to a metering mixer, a feeder, electromagnetic valves and temperature sensors, a pressure drop restriction valve installed in the supply circuit with converted gas at the outlet of the reactor, and two gearboxes, the first of which is located in the supply circuit of the converted gas between the limit valve and the mixer, and the second is installed in the supply line of the main hydrocarbon fuel and is made in two stages, the output of its first stage being communicated through a second solenoid valve with a metering mixer, and the output of its second stage connected to the mixer and through an additionally installed throttle washer and a third electromagnetic valve to the converted gas supply circuit between the limit valve and the first gearbox.
Часть выпускного тракта может быть размещена внутри полости реактора. Part of the exhaust tract can be placed inside the cavity of the reactor.
В варианте реактор может быть размещен внутри выпускного тракта. При этом смеситель-дозатор может быть выполнен в виде пары лопастных насосов. In an embodiment, the reactor may be located inside the exhaust path. In this case, the metering mixer can be made in the form of a pair of vane pumps.
Редукторы могут быть снабжены экономайзерами, управляющие полости которых соединены со смесителем. Gearboxes can be equipped with economizers, the control cavities of which are connected to the mixer.
Второй редуктор может быть снабжен третьей ступенью. The second gearbox may be provided with a third stage.
Испаритель может быть снабжен предохранительным клапаном, подсоединенным к емкости с водой. The evaporator may be equipped with a safety valve connected to a container of water.
Достижение большей степени экономии основного углеводородного топлива по сравнению с прототипом становится возможным, поскольку после окончания режима выхода двигателя на рабочие параметры по температуре и давлению, осуществляемого путем использования в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания основного углеводородного топлива, предусмотрен переход на режим работы с преимущественным использованием конвертированного газа, представляющего собой более энергетизированное газовое топливо за счет содержащегося в нем газообразного водорода. Причем к газообразному водороду, образующемуся из водяного пара, добавляется газообразный водород из основного углеводородного топлива, например, метана, для чего вся его топливоподача направляется в каталитический реактор для преобразования в конвертированный газ. При этом основное углеводородное топливо выполняет роль углеродосодержащего компонента, необходимого для прохождения реакций с водяным паром вы реакторе по способу-прототипу. Таким образом, сам реактор освобождается от фактора, который в известном двигателе при уменьшенных расходах пара может повышать вероятность появления сажи, загрязняющей реактор, магистрали и собственно конвертированный газ, что недопустимо в присутствии водорода. Такой режим позволяет получить ощутимый выигрыш тепловой энергии при сгорании в камере двигателя при меньших затратах основного углеводородного топлива. Причем выигрыш энергии и, следовательно, в экономии топлива пропорционален времени работы двигателя на таком режиме. Кроме всего вышеперечисленного предусмотренная в работе двигателя рециркуляция диоксида углерода, улавливаемого из отработавших газов в емкости с водой, позволяет также снизить долю основного углеводородного топлива в общей массе топливной смеси. Достижение более высоких экологических качеств в работе двигателя становится возможно благодаря максимальной степени улавливания всех вредных компонентов, в том числе и диоксида углерода СО2, растворяемых в емкости с водой. При этом повышается химическая активность воды в самой емкости, влияющая на скорость прохождения реакции в реакторе.Achieving a greater degree of economy of the main hydrocarbon fuel in comparison with the prototype becomes possible, since after the engine has reached the operating temperature and pressure parameters by using the main hydrocarbon fuel as the fuel for the internal combustion engine, it is envisaged to switch to the mode of operation with primary use converted gas, which is a more energetic gas fuel due to the gas contained in it hydrogen hydrogen. Moreover, to the gaseous hydrogen generated from water vapor, gaseous hydrogen is added from the main hydrocarbon fuel, for example, methane, for which all of its fuel supply is sent to a catalytic reactor for conversion to converted gas. In this case, the main hydrocarbon fuel plays the role of a carbon-containing component necessary for reactions with water vapor in the reactor using the prototype method. Thus, the reactor itself is freed from a factor that in a known engine, at reduced steam consumption, can increase the likelihood of soot contaminating the reactor, mains and actually converted gas, which is unacceptable in the presence of hydrogen. This mode allows you to get a tangible gain in thermal energy during combustion in the engine chamber at a lower cost of the main hydrocarbon fuel. Moreover, the gain in energy and, consequently, in fuel economy is proportional to the time of the engine in this mode. In addition to all of the above, the recirculation of carbon dioxide, which is captured from the exhaust gases in a tank with water, provided for in the engine, also allows to reduce the share of the main hydrocarbon fuel in the total mass of the fuel mixture. Achieving higher environmental performance in engine operation is possible due to the maximum degree of capture of all harmful components, including carbon dioxide CO 2 , dissolved in a container with water. At the same time, the chemical activity of water in the tank itself increases, affecting the rate of the reaction in the reactor.
На фиг.1 представлена схема двигателя внутреннего сгорания, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 вариант размещения реактора. Figure 1 presents a diagram of an internal combustion engine that implements the proposed method; figure 2 option of placing the reactor.
Описываемый двигатель содержит корпус 1 (фиг.1) с камерой сгорания (не показана), систему питания, включающую линию 2 подвода основного углеводородного топлива и контур 3 питания конвертированным газом, подключенные через смеситель 4 и впускной тракт 5 двигателя к его камере сгорания, выпускной тракт 6 с оконечным патрубком 7, систему 8 охлаждения, например, воздушного типа, систему управления, имеющую заслонку 9, связанную с задатчиком 10 режима работы, блок 11 управления, три электромагнитных клапана 12, 13, 14, два датчика 15, 16 температуры, клапан-ограничитель 17 падения давления и два редуктора 18, 19, а также воздушный фильтр 20 и карбюратор 21. The described engine comprises a housing 1 (Fig. 1) with a combustion chamber (not shown), a power supply system including a main hydrocarbon
В контур 3 питания конвертированным газом включены связанные между собой последовательно емкость 22 с водой, сообщенная с атмосферой, соединенной с емкостью 22 при помощи линии 23 связи с расположенным в ней питателем 24 испаритель 25 воды, в полости которого установлен датчик 15 температуры, смеситель-дозатор 26 основного углеводородного топлива и водяного пара, соединенного с выходом испарителя 25 при помощи линии 27 связи с расположенным в ней электромагнитным клапаном 12, и соединенный со смесителем-дозатором 26 при помощи линии 28 связи каталитический реактор 29, в полости которого установлен датчик 16 температуры. При этом испаритель 25 может быть снабжен предохранительным клапаном 30, подсоединенным к емкости 22 при помощи линии 31, выходной конец которой размещен под водой. Смеситель-дозатор 26 может быть выполнен в виде пары лопастных насосов (не показаны), каждый из которых рассчитан на заданный расход рабочих сред в соответствии с необходимым соотношением между ними. Реактор 29 может быть выполнен в виде трубчатых металлических элементов (не показаны) с нанесенным на их поверхность никелевым катализатором. The converted gas supply circuit 3 includes a water tank 22 connected in series with each other, connected to the atmosphere, connected to the tank 22 via a
Оконечный патрубок 7 погружен в воду емкости 22, а часть выпускного тракта 6 может быть размещена внутри полостей реактора 29 и испарителя 25. В варианте реактор 29 (фиг.2) может быть размещен внутри выпускного тракта 6. The terminal pipe 7 is immersed in the water of the tank 22, and part of the
Клапан-ограничитель 17 падения давления и редуктор 18 расположены в контуре 3 питания конвертированным газом, причем клапан-ограничитель 17 установлен на выходе из реактора 29, а редуктор 18 между клапаном-ограничителем 17 и смесителем 4. The pressure
Редуктор 19 установлен в линии 2 подвода основного углеводородного топлива и выполнен двухступенчатым, причем выход его первой ступени 32 сообщен при помощи линии 33 связи через расположенный в ней электромагнитный клапан 13 со смесителем-дозатором 26, а выход его второй ступени 34 подключен к смесителю 4 и при помощи линии 35 связи через установленные в ней дроссельную шайбу 36 и электромагнитный клапан 14 к контуру 3 питания конвертированным газом между клапаном-ограничителем 17 и редуктором 18. The gearbox 19 is installed in the
Редукторы 18, 19 могут быть снабжены экономайзерами 37, 38, управляющие полости 39, 40 которых соединены со смесителем 4. Кроме того, редуктор 19 может быть снабжен третьей ступенью 41, что позволяет осуществлять более тонко регулирование давления в связи с меньшей разницей перепада давления между его ступенями 32, 34, 41. The gearboxes 18, 19 can be equipped with economizers 37, 38, the control cavities 39, 40 of which are connected to the
Блок 11 управления связан со смесителем-дозатором 6, питателем 24, электромагнитными клапанами 12, 13, 14 и датчиками 15, 16 температуры. The control unit 11 is connected with a
Линия 2 подвода основного углеводородного топлива подключена к баллону 42 с основным углеводородным топливом, например, со сжатым осушенным природным газом метаном СН4 или любым другим газом из его гомологического ряда. Кроме того, в линии 2 установлены вентиль 43, датчики 44, 45 давления, редуктор 46 высокого давления, запорный электромагнитный клапан 47, снабженный фильтром 48. В составе редуктора 19 также имеется фильтр 49.
Описываемый способ осуществляют следующим образом. The described method is as follows.
Перед запуском двигателя внутреннего сгорания баллон 42 с находящимися в нем под большим давлением основным углеводородным топливом, например, метаном СН4, сообщают с помощью вентиля 43 с линией 2 подвода основного углеводородного топлива. При этом газовое топливо редуцируется с помощью редуктора 46 высокого давления, а после открытия запорного электромагнитного клапана 47 и включения зажигания, осуществляемых с приборного щитка, фильтруется фильтрами 48 и 49 и проходит через редуктор 19 в смеситель 4, где его смешивают с атмосферным воздухом, очищаемым фильтром 20. Затем приготовленную газовоздушную смесь подают через заслонку 9, карбюратор 21 и впускной тракт 5 в камеру сгорания корпуса 1 двигателя. После сгорания смеси отработавшие газы перепускают по выпускному тракту 6 с возможностью теплообмена с полостями реактора 29 и испарителя 25, а из оконечного патрубка 7 их направляют в воду емкости 22. При прохождении в выпускном тракте 6 отработавшие газы отдают тепловую энергию теплоизолированному реактору 29, испарителю 25 и емкости 22. Кроме того, проходя сквозь толщу воды, заполняющую емкость 22, отработавшие газы частично насыщают собой воду. Нерастворенные газы отводят в атмосферу. В воде емкости 22, по существу, происходит улавливание вредных компонентов, содержащихся в отработавших газах, таких как СО, СО2, NO2 и др. При этом вода становится химически более активной. При достижении в полости испарителя 25 температуры парообразования, фиксируемой датчиком 15 температуры, от блока 11 управления поступает сигнал на включение питателя 24. После этого в испаритель 25 начинает поступать вода из емкости 22, постепенно переходя в паровую фазу. Допустимое давление пара в испарителе 25 регулируется с помощью предохранительного клапана 30, который при превышении расчетного уровня давления открывается и сообщает полость испарителя 25 по линии 31 с водяной полостью емкости 22. Избыточный пар, конденсируясь, вновь пополняет емкость 22. При достижении в полости реактора 29 расчетной температуры, при которой активируется катализатор, контролируемой датчиком 16 температуры, блок управления 11 подает сигналы на открытие электромагнитных клапанов 12, 13, 14 и включение смесителя-дозатора 26. При этом в смеситель-дозатор 26 начинает поступать по линии 27 связи пар, а по линии 33 связи с выхода первой ступени 32 редуктора 19 основное углеводородное топливо, т.е. газообразный метан CH4. Смеситель-дозатор 26 обеспечивает смешение метана и водяного пара в соотношении 1:2. Это соотношение обеспечивает в дальнейшем полное окисление углерода до диоксида углерода СО2, благодаря чему рабочий процесс в реакторе 29 полностью безопасен от выпадения углерода в виде сажи в самом реакторе 29 и далее по тракту. Затем полученную смесь метана и водяного пара с диоксидом углерода перепускают по линии 28 связи в реактор 29, в котором под действием катализатора осуществляют следующие реакции взаимодействия с поглощением тепла:
CH4 + H2O 3H2 + CO (-206 кДж/моль) (1)
CH4 + CO2 2CO + 2H2 (-247 кДж/моль) (2)
В результате преобразования метана и водяного пара, содержащего растворенные составляющие отработавших газов, на выходе из реактора 29 получают конвертированное газовое топливо, которое в своем составе имеет определенное количество водорода, являющегося высокоэнергоспособным компонентом конвертированного газа. При достижении на выходе из реактора 29 необходимого для функционирования давления клапан-ограничитель 17 падения давления открывается, а часть конвертированного газа поступает по линии 35 через открытый электромагнитный клапан 14 и дроссельную шайбу 36 на выход второй ступени 34 редуктора 19, закрывая прямое поступление основного углеводородного топлива в смеситель 4. При этом основную часть конвертированного газа через редуктор 18 направляют по контуру 3 питания в смесит ель 4 взамен подачи основного углеводородного топлива по линии 2 подвода. С этого момента питание двигателя осуществляется преимущественно конвертированным высокоэнергетизированным газом, на получение которого направляют основное углеводородное топливо. Таким образом, в начальном этапе двигатель работает на основном углеводородном топливе. Во время этого этапа происходит подготовка двигателя к переходу на работу на конвертированном газе. Далее конвертированный газ, смешиваясь с воздухом, поступает по впускному тракту 5 в камеру сгорания корпуса 1 двигателя и сгорает. Горение газов, составляющих конвертированный газ, можно описать следующими уравнениями:
2CO + O2 2CO2 (+566 кДж/моль) (3)
2H2 + O2 2H2O (+484 кДж/моль) (4)
Таким образом расчетная суммарная теплота сгорания составит 1050 кДж/моль. Тогда как реакция горения основного углеводородного топлива, например, метана идет согласно уравнению:
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O (+802 кДж/моль) (5)
Таким образом, использование конвертированного газа, являющегося по сути смесью газов, в том числе водорода, позволяет экономить основное углеводородное топливо как за счет использования паров воды, содержащих водород, так и за счет водорода, входящего в состав основного углеводородного топлива. Кроме того, используя в данном двигателе конвертированный газ по предлагаемой схеме с рециркуляцией диоксида углерода, теоретически можно иметь приращение тепла порядка 31 Учитывая необходимость режима прогрева реактора 29, занимающего определенный период времени, можно рассчитывать в среднем на приращение теплоты сгорания порядка 26 28 В качестве основного углеводородного топлива, кроме метана и его гомологов, могут быть использованы отходы энергетики и различных производственных процессов (доменный газ, продукты химических производств, биогаз и тому подобное), т. е. по существу бросовые, дешевые компоненты. Что касается экологических особенностей предлагаемого способа и двигателя, то они позволяют снизить выброс тепличного газа СО2 и других вредных примесей в составе отработавших газов. При этом насыщенная вредными составляющими из отработавших газов вода в емкости 22 позволяет полностью задействовать эти вредные примеси в рабочем процессе двигателя.Before starting the internal combustion engine, the cylinder 42 with the main hydrocarbon fuel, for example, methane CH 4 , which is in it under high pressure, is informed via valve 43 with the main hydrocarbon
CH 4 + H 2 O 3H 2 + CO (-206 kJ / mol) (1)
CH 4 + CO 2 2CO + 2H 2 (-247 kJ / mol) (2)
As a result of the conversion of methane and water vapor containing dissolved components of the exhaust gases, converted gas fuel is obtained at the outlet of the reactor 29, which contains a certain amount of hydrogen, which is a highly energy-efficient component of the converted gas. When reaching the pressure drop necessary for the functioning of the pressure at the outlet from the reactor 29, the pressure drop
2CO + O 2 2CO 2 (+566 kJ / mol) (3)
2H 2 + O 2 2H 2 O (+484 kJ / mol) (4)
Thus, the calculated total heat of combustion will be 1050 kJ / mol. Whereas the combustion reaction of the main hydrocarbon fuel, for example, methane, proceeds according to the equation:
CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O (+802 kJ / mol) (5)
Thus, the use of converted gas, which is essentially a mixture of gases, including hydrogen, allows you to save the main hydrocarbon fuel both through the use of water vapor containing hydrogen, and due to the hydrogen that is part of the main hydrocarbon fuel. In addition, using converted gas in this engine according to the proposed scheme with recirculation of carbon dioxide, it is theoretically possible to have a heat increment of the order of 31. Given the need for a heating mode of the reactor 29, which takes a certain period of time, we can count on average an increase in the calorific value of about 26 28 hydrocarbon fuels, in addition to methane and its homologues, can be used waste energy and various production processes (blast furnace gas, chemical products c, biogas and the like), i.e., essentially waste, cheap components. As for the environmental features of the proposed method and engine, they can reduce the emission of greenhouse gas CO 2 and other harmful impurities in the composition of the exhaust gases. At the same time, the water saturated in the harmful components from the exhaust gases in the tank 22 allows these harmful impurities to be fully involved in the working process of the engine.
На переходных и мощностных режимах работы двигателя количество подаваемых основного углеводородного топлива по линии 2 подвода и конвертированного газа по контуру 3 питания определяется и регулируется степенью вакуумирования, создающегося на такте всасывания в камеру сгорания корпуса 1 двигателя, при помощи экономайзеров 37, 38 редукторов 18, 19. Организация регулирования подачи топлива в экономайзерном режиме является наиболее экономичной. At transient and power modes of engine operation, the amount of main hydrocarbon fuel supplied through the
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595103981A RU2070978C1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Internal combustion engine and method of its operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595103981A RU2070978C1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Internal combustion engine and method of its operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2070978C1 true RU2070978C1 (en) | 1996-12-27 |
RU95103981A RU95103981A (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=20165792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9595103981A RU2070978C1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Internal combustion engine and method of its operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2070978C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2468222C2 (en) * | 2011-03-02 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота" | Internal combustion engine with generation device of combustible gases from hydrocarbon fuel mixed with water |
RU2499154C2 (en) * | 2010-11-24 | 2013-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" | Power plant to supply power and thermal energy to commercial and social facilities |
RU2499903C2 (en) * | 2010-11-24 | 2013-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" | Power plant to produce electric and thermal energy |
-
1995
- 1995-03-21 RU RU9595103981A patent/RU2070978C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 937745, кл. F 02 B 43/10, 1982. 2. Авторское свидетельство СССР N 1578373, кл. F 02 B 43/00, 1990. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499154C2 (en) * | 2010-11-24 | 2013-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" | Power plant to supply power and thermal energy to commercial and social facilities |
RU2499903C2 (en) * | 2010-11-24 | 2013-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" | Power plant to produce electric and thermal energy |
RU2468222C2 (en) * | 2011-03-02 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота" | Internal combustion engine with generation device of combustible gases from hydrocarbon fuel mixed with water |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95103981A (en) | 1996-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN201083166Y (en) | Engine device for hydrogen oxygen vehicle | |
CN101617104B (en) | Method and device for producing ammonia for exhaust gas treatment in internal combustion engines in motor vehicle | |
CN111197532A (en) | Hydrogen/methanol composite fuel engine | |
CN111156111A (en) | Methanol engine capable of improving heat efficiency | |
CN111219245A (en) | Methanol fuel engine | |
RU2070978C1 (en) | Internal combustion engine and method of its operation | |
CN112983689A (en) | Vehicle-mounted methanol and/or ethanol hydrogen production device based on engine tail gas preheating | |
US4242076A (en) | Process of combustion | |
CN104949111B (en) | Full automatic program-control biomass granule fuel energy-saving burner | |
CN109630245B (en) | Light hydrocarbon/diesel fuel reforming system and reforming method | |
CN102235265A (en) | Engine for generating steam as work medium by using afterheat | |
CN202140146U (en) | Diesel engine exhaust waste heat utilization system with oxygenated fuel serving as heat absorption carrier | |
CN112902163B (en) | Hydrogen-doped low-nitrogen combustion system and method based on ammonia decomposition | |
CN108592077A (en) | A kind of power economized boiler based on fume afterheat secondary use | |
CN203879651U (en) | Internal combustion engine fuel saving device full-automatically controlled | |
CN1644909A (en) | IC steaming power equipments | |
CN215566299U (en) | Vehicle-mounted methanol and/or ethanol hydrogen production device based on engine tail gas preheating | |
CN205076798U (en) | Automatic hydrogen manufacturing environmental protection and energy saving equipment of automobile engine plasma | |
CN114562397B (en) | Ammonia-hydrogen mixing internal combustion engine structure based on in-cylinder ammonia cracking and control method | |
CN111001421A (en) | Catalyst for producing hydrogen from steam, preparation method, application and combustion device thereof | |
CN103993988B (en) | Petroleum economizer and application process thereof for internal combustion engine Automatic Control | |
CN201089757Y (en) | Mixed coal-firing gas furnace | |
CN101487427A (en) | EGR composite structure for automobile with self-cleaning function | |
CN117109025A (en) | Nitrogen-free combustion system and combustion control method thereof | |
CN205127709U (en) | System for it discharges to reduce coke oven flue gas nitrogen oxide |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110322 |