RU2167317C2 - Способ совершенствования процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания и система для его осуществления - Google Patents
Способ совершенствования процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания и система для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2167317C2 RU2167317C2 RU98111896/06A RU98111896A RU2167317C2 RU 2167317 C2 RU2167317 C2 RU 2167317C2 RU 98111896/06 A RU98111896/06 A RU 98111896/06A RU 98111896 A RU98111896 A RU 98111896A RU 2167317 C2 RU2167317 C2 RU 2167317C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- hydrogen
- air mixture
- electrolyzer
- oxygen
- 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
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам работы двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов при повышении безопасности автотранспортного средства. Сущность изобретения заключается в том, что водород получают в электролизере на борту транспортного средства. Подача водорода осуществляется при отношении массы водорода к массовому расходу основного топлива на режиме холостого хода в диапазоне 0,01 - 0,04, а топливно-воздушная смесь обедняется до коэффициента избытка воздуха α=1,2...1,4. В электролизере водород и кислород получают раздельно и из водородной и кислородной камер направляют в трубопроводы. Водород поступает во впускной трубопровод, смешиваясь с топливно-воздушной смесью, которая при открытии клапана, размещенного в стенке впускного трубопровода, обедняется воздухом, поступающим из атмосферы. Другой трубопровод соединяет кислородную камеру с выпускной системой. При работе двигателя обедненная топливно-воздушная смесь с примесью газообразного водорода сгорает устойчиво и с высокой полнотой при минимальной концентрации токсичных веществ в отработавших газах. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к способам и устройствам совершенствования процесса сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), как в поршневых, так и в роторно-поршневых.
Известен способ совершенствования процесса сгорания топлива в ДВС за счет введения газообразного водорода в топливно-воздушную смесь (ТВС), благодаря чему расширяются пределы устойчивого воспламенения и горения в ДВС [1, с. 51.69].
Недостатком указанного способа является значительный расход водорода, что требует наличия на борту автотранспортного средства специального резервуара с необходимым запасом водорода, который является источником взрывоопасности. Кроме того, резервуар с водородом имеет большие габариты, а по массе сравним с двигателем. Не определены минимальные расходы водорода, обеспечивающие высокую полноту сгорания и низкую токсичность отработавших газов.
Известны способ работы ДВС с введением в ТВС добавок водорода и система для осуществления этого способа по авторскому свидетельству (АС) N 1302359 [2] , по которому водород подводится в межэлектродное пространство свечи зажигания.
Основные недостатки указанного способа работы ДВС и системы питания водородом заключаются в невозможности их эффективного использования при малых расходах водорода из-за неопределенности соотношения расхода водорода к расходу основного топлива. Отсутствует система обеднения ТВС.
Часть этих недостатков устранена в способе работы ДВС по источнику информации [3], согласно которому подача водорода в количестве 0,1 - 1,5% от расхода бензина осуществляется в зону электродов свечи при обеднении смеси на режиме холостого хода и на частичных нагрузках двигателя. Система подачи водорода включает источник водорода, электромагнитный клапан-дозатор и свечу зажигания с каналами подачи водорода. Работой системы управляет электронный блок.
Недостатки данного способа и устройства заключаются в отсутствие системы обеднения смеси, а также в сложности системы подачи водорода и устройства свечи зажигания.
В энергетической установке транспортного средства по АС N 1088959 [4] источником водорода является электролизер, разлагающий воду на водород и кислород. Способ работы установки включает следующие операции. При торможении двигателя в электролизере, связанном через индуктор с тормозом, выделяются водород и кислород, которые аккумулируются в специальной емкости. 3атем в соответствии с программой регулирования полученные водород и кислород вместе поступают через редуктор во впускной тракт двигателя вместе с основной ТВС. Распределение даже небольшого количества водорода и кислорода в объеме камеры сгорания создает благоприятные условия для более полного сгорания топлива и расширения пределов воспламенения и устойчивого горения.
Основные недостатки этой энергетической установки транспортного средства [4] заключаются в отсутствии операции обеднения смеси и устройства для его осуществления на режимах добавки водорода, что не позволяет эффективно снижать концентрацию оксидов азота и в отсутствии заданных отношений количества добавляемого водорода к расходу основного топлива. Кроме того, совместная подача водорода и кислорода увеличивает взрывоопасность системы.
3адачей, решаемой изобретением, является технический результат - снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов при повышении безопасности автотранспортного средства.
Технический результат достигается тем, что водород получают в электролизере отдельно от кислорода и вводят его в топливно-воздушную смесь при отношении массы водорода к массе основного топлива на режиме холостого хода в диапазоне 0,01...0,04 и обедняют топливно-воздушную смесь до коэффициента избытка воздуха 1,2...1,4.
Обеднение топливно-воздушной смеси осуществляют путем подачи дополнительного воздуха.
Обеднение топливно-воздушной смеси осуществляют путем уменьшения подачи топлива.
Технический результат достигается также тем, что имеется регулятор обеднения смеси, электролизер выполнен с раздельными камерами для водорода и кислорода и подключен к электрической цепи транспортного средства, причем камера водорода электролизера соединена трубопроводом с впускным трубопроводом двигателя, а камера кислорода электролизера соединена трубопроводом с выпускным трубопроводом двигателя.
Регулятор обеднения топливно-воздушной смеси содержит размещенный в стенке впускного трубопровода клапан, сообщающий впускной трубопровод с атмосферой.
Электронный блок управления системой впрыска топлива имеет калибровочные таблицы для обеднения топливно-воздушной смеси.
Известно, что концентрация оксидов азота (NO) в отработавших газах ДВС, при прочих равных условиях, определяется величиной коэффициента избытка воздуха (α) ТВС. При использовании бедных ТВС с величиной α ≥ 1,2 происходит резкое уменьшение концентрации NO в отработавших газах. Однако бензиновые ДВС, как карбюраторные, так и с впрыском топлива, на таких бедных смесях работают или с "пропусками" зажигания, или с низкой полнотой сгорания, что приводит к увеличенному расходу топлива и к повышению концентрации оксида углерода (CO) и несгоревших углеводородов (CH) в отработавших газах. При добавке необходимого количества водорода в ТВС бензиновые ДВС устойчиво работают при коэффициенте α = 1,4 и выше с высокой полнотой сгорания и низкой эмиссией оксидов азота.
При работе ДВС водород подается в количестве, составляющем 0,01...0,04 от массового расхода основного топлива на режиме холостого хода от камеры водорода электролизера, подключенного к электрической цепи транспортного средства, а смесь обедняется путем подачи дополнительного воздуха через специальный клапан, сообщающий пространство впускного трубопровода с атмосферой, или уменьшением подачи топлива в двигателях с впрыском до коэффициента α = 1,2...1,4. При увеличении нагрузки, когда устойчивость работы двигателя по составу смеси улучшается, отношение количества добавляемого водорода к расходу основного топлива уменьшается.
Снижение расхода топлива достигается за счет более полного сгорания компонентов топлива при избытке воздуха и добавке водорода - одного из основных источников активных центров для развития цепных реакций горения углеводородного топлива. Этим снижается содержание CO и CH в отработавших газах. Обеднение смеси приводит к снижению температуры горения и, следовательно, к резкому уменьшению содержания NO в отработавших газах. Безопасность транспортного средства повышается, так как генерируемые в электролизере водород и кислород получаются раздельно, подводятся в разные узлы и системы ДВС раздельно и расходуются без создания значительных запасов.
На фиг. 1 показана схема системы для осуществления предлагаемого способа совершенствования процесса сгорания топлива в ДВС; на фиг. 2 - зависимости концентрации CO и CH в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха при различных количествах добавок водорода; на фиг. 3 - результаты испытания предлагаемого способа и системы для его осуществления на двигателе ВА3 - 1111 в составе автомобиля "Ока" на стенде с беговым барабаном по ездовому циклу.
Система для осуществления предлагаемого способа содержит электролизер 1, подсоединенный к электрической сети транспортного средства, трубопроводы водорода 2 и кислорода 3, канал подвода водорода 4, клапан 5, размещенный в стенке воздушного трубопровода 6, и выпускной трубопровод 7. Трубопровод 2 сообщает водородную камеру электролизера 1 с каналом 4. Трубопровод 3 сообщает кислородную камеру электролизера с выпускным трубопроводом 7. Клапан 5 сообщает впускной трубопровод 6 с атмосферой.
При работе ДВС в электролизере 1 генерируемые водород и кислород получаются раздельно и из водородной и кислородной камер поступают соответственно в трубопроводы 2 и 3. Водород через канал 4 поступает во впускной трубопровод и в ТВС, которая при открытии клапана 5 обедняется до значений коэффициента избытка воздуха 1,2...1,4. Водород подается в ТВС в количестве 0,01...0,04 от массового расхода топлива двигателем в режиме холостого хода, так как на этом режиме образуется максимальная концентрация токсичных веществ в отработавших газах.
В случае топливной системы с электронным впрыском увеличение коэффициента избытка воздуха обеспечивается уменьшением подачи топлива. В электронный блок управления вводятся калибровочные таблицы для обеднения топливно-воздушной смеси.
При работе двигателя на холостом ходу введение водорода расширяет пределы устойчивого воспламенения и горения, способствует интенсивному развитию начального очага, быстрому переходу к турбулентному горению и высокой полноте сгорания. Обеднение смеси создает условия для более полного окисления горючих компонентов топлива и снижения тем самым токсичности отработавших газов за счет более полного выгорания CO и CH. Снижение концентрации оксидов азота достигается из-за более низкой температуры горения обедненной смеси.
При увеличении нагрузки доля водорода по отношению к расходу основного топлива снижается и водород оказывает меньшее влияние на показатели работы двигателя.
Кислород, поступающий в выпускной канал, способствует окислению продуктов неполного сгорания и дополнительно снижает токсичность отработавших газов.
Пример конкретного выполнения
1. Предлагаемый способ с использованием системы для его осуществления испытывался на поршневых двигателях ВА3 - 1111 и ВА3 - 2108 на лабораторных стендах и при ездовых испытаниях автомобиля "Ока" (двигатель ВА3 - 1111) на стенде с беговыми барабанами.
1. Предлагаемый способ с использованием системы для его осуществления испытывался на поршневых двигателях ВА3 - 1111 и ВА3 - 2108 на лабораторных стендах и при ездовых испытаниях автомобиля "Ока" (двигатель ВА3 - 1111) на стенде с беговыми барабанами.
Система для осуществления предлагаемого способа была собрана по схеме фиг. 1, в которой водородная камера электролизера трубопроводом 2 была соединена с впускным трубопроводом двигателя через канал 4. В процессе испытаний проводились замеры частоты вращения вала, расходов бензина и водорода, содержание CO, CH и NO в отработавших газах. Добавка водорода в ТВС варьировалась от 0 до 0,08 по массе от расхода бензина на холостом ходу. Обеднение смеси проводили до значений α = 1,8.
Результаты испытаний на моторном стенде двигателя с различными добавками водорода и увеличением коэффициента α представлены на фиг. 2. Обозначения кривых: 1 - без добавки водорода, 2 - добавка водорода 0,01, 3 - 0,025, 4 - 0,04, 5 - 0,05, 6 - 0,08 от расхода бензина на холостом ходу.
Оптимальная величина добавки водорода составляет 0,01...0,04 от массы расхода топлива на холостом ходу при обеднении топливно-воздушной смеси до α = 1,2...1,4.
На всех испытанных двигателях при использовании предлагаемого способа получено уменьшение расхода топлива до 10...12% и значительное снижение токсичности от работавших газов. Так, при испытании предлагаемого способа и системы для его осуществления на двигателе ВА3 - 1111 в составе автомобиле "Ока" на стенде с беговыми барабанами по ездовому циклу получено снижение CO до 75%, CH до 55% и NO до 40% на режимах холостого хода и низких скоростях движения, а в среднем по циклу на 20...30%, как это показано на фиг. 3.
2. При испытании предлагаемого способа и системы для его осуществления на роторно-поршневом двигателе ВА3-311 получено снижение концентрации CO на 70...85%, CH на 40...50%. Уменьшение расхода бензина составило 23...37%.
Применение предлагаемого способа и системы для его осуществления позволяет повысить экономичность работы ДВС и значительно снизить токсичность отработавших газов.
Источники информации
1. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наукова думка, 1984, с. 51.69.
1. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наукова думка, 1984, с. 51.69.
2. Авторское свид. N 1302359, СССР. 3апальная свеча для двигателя внутреннего сгорания/Попов Ю.М. БИ, 1987, N 13, с. 226-227; ИР N 2, 1990 г., с. 13.
3. 3лотин Г. Н. , Гибадуллин В.3. Если водород подавать в конце такта сжатия / Автомобильная промышленность, 1995, N 11, с.21-23.
4. Авторское свид. N 1088959, СССР. Энергетическая установка транспортного средства / Егин Н.Л. БИ, 1984, N 16, с.55; ИР N 1, 1987, с.17.
Claims (6)
1. Способ совершенствования процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, включающий получение водорода в электролизере на борту транспортного средства и подачу в камеру сгорания топливно-воздушной смеси и водорода, отличающийся тем, что водород получают в электролизере отдельно от кислорода и вводят его в топливно-воздушную смесь при отношении массы водорода к массе основного топлива в режиме холостого хода в диапазоне 0,01 - 0,04 и обедняют топливно-воздушную смесь до коэффициента избытка воздуха 1,2 - 1,4.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеднение топливно-воздушной смеси осуществляют путем подачи дополнительного воздуха.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеднение топливно-воздушной смеси осуществляют путем уменьшения подачи топлива.
4. Система для осуществления способа, содержащая электролизер и устройство подачи водорода и кислорода, электронный блок управления системой подачи топлива, отличающаяся тем, что имеется регулятор обеднения смеси, электролизер выполнен с раздельными камерами для водорода и кислорода и подключен к электрической цепи транспортного средства, причем камера водорода электролизера соединена трубопроводом с впускным трубопроводом двигателя, а камера кислорода электролизера соединена трубопроводом с выпускным трубопроводом двигателя.
5. Система по п.4, отличающаяся тем, что регулятор обеднения топливо-воздушной смеси содержит размещенный в стенке впускного трубопровода клапан, сообщающий впускной трубопровод с атмосферой.
6. Система по п. 4, отличающаяся тем, что электронный блок управления системой впрыска топлива имеет калибровочные таблицы для обедненной топливно-воздушной смеси.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98111896/06A RU2167317C2 (ru) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | Способ совершенствования процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания и система для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98111896/06A RU2167317C2 (ru) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | Способ совершенствования процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания и система для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98111896A RU98111896A (ru) | 2000-03-20 |
RU2167317C2 true RU2167317C2 (ru) | 2001-05-20 |
Family
ID=20207557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98111896/06A RU2167317C2 (ru) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | Способ совершенствования процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания и система для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2167317C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446294C2 (ru) * | 2010-04-26 | 2012-03-27 | Владимир Васильевич Салмин | Система питания двигателя внутреннего сгорания и способ ее работы |
US10016731B2 (en) | 2010-04-08 | 2018-07-10 | Advanced Fuel Technologies Uk Limited | Fuel enrichment method and device |
RU2738747C1 (ru) * | 2017-02-03 | 2020-12-16 | Атис - Алтимит Текнолоджи Ту Индастриал Сэйвингз, Лда | Способ повышения эффективности систем непрерывного горения |
-
1998
- 1998-06-24 RU RU98111896/06A patent/RU2167317C2/ru active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10016731B2 (en) | 2010-04-08 | 2018-07-10 | Advanced Fuel Technologies Uk Limited | Fuel enrichment method and device |
US10695727B2 (en) | 2010-04-08 | 2020-06-30 | Advanced Fuel Technologies Uk Limited | Fuel enrichment method and device |
RU2446294C2 (ru) * | 2010-04-26 | 2012-03-27 | Владимир Васильевич Салмин | Система питания двигателя внутреннего сгорания и способ ее работы |
RU2738747C1 (ru) * | 2017-02-03 | 2020-12-16 | Атис - Алтимит Текнолоджи Ту Индастриал Сэйвингз, Лда | Способ повышения эффективности систем непрерывного горения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
D'andrea et al. | The addition of hydrogen to a gasoline-fuelled SI engine | |
Akansu et al. | Experimental study on a spark ignition engine fuelled by methane–hydrogen mixtures | |
Su et al. | Improving the lean performance of an n-butanol rotary engine by hydrogen enrichment | |
Saravanan et al. | An experimental investigation of hydrogen-enriched air induction in a diesel engine system | |
Hoang et al. | A study on a solution to reduce emissions by using hydrogen as an alternative fuel for a diesel engine integrated exhaust gas recirculation | |
Al-Baghdadi | Hydrogen–ethanol blending as an alternative fuel of spark ignition engines | |
Su et al. | Research on performance of a hydrogen/n-butanol rotary engine at idling and varied excess air ratios | |
Jakliński et al. | An experimental investigation of the impact of added HHO gas on automotive emissions under idle conditions | |
Su et al. | Investigation on combustion and emissions characteristics of a hydrogen-blended n-butanol rotary engine | |
Su et al. | Idle performance of a hydrogen/gasoline rotary engine at lean condition | |
MacDonald | Evaluation of the hydrogen-supplemented fuel concept with an experimental multicylinder engine | |
Krishna | Emissions control and performance evaluation of spark ignition engine with oxy-hydrogen blending | |
Su et al. | Reducing the idle speed of a gasoline rotary engine with hydrogen addition | |
Saravanan et al. | An experimental investigation on manifold‐injected hydrogen as a dual fuel for diesel engine system with different injection duration | |
Krishna et al. | Effect of hydroxy gas addition on performance and exhaust emissions in variable compression spark ignition engine | |
RU2167317C2 (ru) | Способ совершенствования процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания и система для его осуществления | |
Çakmak et al. | Effects of hydroxy gas addition on the performance and emission characteristics of liquefied petroleum gas-powered lean-operated spark-ignition engine | |
CZ308272B6 (cs) | Zážehový plynový spalovací motor | |
Modi | An experimental analysis of ic engine by using hydrogen blend | |
Wasiu et al. | Brake specific energy consumption (BSEC) and emission characteristics of the direct injection spark ignition engine fuelled by hydrogen enriched compressed natural gas at various air-fuel ratios | |
Ahmed | Hydrogen fueled internal combustion engine: A review | |
Daingade et al. | Electronically operated fuel supply system to control air fuel ratio of biogas engine | |
Zammit et al. | Experimental investigation of the effects of hydrogen enhanced combustion in SI and CI engines on performance and emissions | |
Kondratyuk et al. | Improving special motor vehicle internal combustion engines to raise environmental safety | |
Niculae et al. | EFFICIENCY AND CO 2 EMISSION OF HEAT ENGINES OPERATING WITH HYDROGEN RICH GAS (HRG) ADDITION. |