RU2193682C2 - Method to control working processes in multifuel internal combustion engine - Google Patents
Method to control working processes in multifuel internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193682C2 RU2193682C2 RU2000127339/06A RU2000127339A RU2193682C2 RU 2193682 C2 RU2193682 C2 RU 2193682C2 RU 2000127339/06 A RU2000127339/06 A RU 2000127339/06A RU 2000127339 A RU2000127339 A RU 2000127339A RU 2193682 C2 RU2193682 C2 RU 2193682C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- combustion chamber
- internal combustion
- air
- plasma
- Prior art date
Links
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
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для организации рабочего процесса в двигателях внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива. The invention relates to the field of engine building and is intended for organizing a working process in internal combustion engines with direct fuel injection.
Известен способ управления рабочими процессами двигателя внутреннего сгорания, технической реализацией которого является двигатель внутреннего сгорания [1]. В камеру сгорания этого двигателя поступает обедненная топливовоздушная смесь, которую воспламеняют факелом плазмы топлива, полученным в форкамере. A known method of controlling the working processes of an internal combustion engine, the technical implementation of which is an internal combustion engine [1]. A depleted air-fuel mixture enters the combustion chamber of this engine, which is ignited by a fuel plasma torch obtained in the prechamber.
Недостаток известного способа состоит в том, что в процессе работы двигателя внутреннего сгорания не обеспечивается экономичность и экологичность сгорания топлива, так как всасываемый через любой карбюратор воздух дозируется только по объему, а не по массе, необходимой для обеспечения экономного расхода топлива и экологически чистого процесса его сгорания. The disadvantage of this method is that during operation of the internal combustion engine, fuel economy and environmental friendliness of the fuel are not ensured, since the air drawn in through any carburetor is dosed only by the volume and not by the mass necessary to ensure economical fuel consumption and an environmentally friendly process combustion.
Наиболее близким известным техническим решением в качестве прототипа является способ управления рабочими процессами многотопливного двигателя внутреннего сгорания, основанный на впрыскивании топлива в камеру сгорания на такте сжатия, формировании совместно с воздушным зарядом углеводородной смеси и ее воспламенении с помощью электроискровой свечи, расположенной либо в форкамере, либо непосредственно в камере сгорания [2]. При этом устройство, реализующее прототип, содержит электронную систему управления двигателем, системы подачи воздуха и топлива, блок электропитания и систему непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания. За счет использования обедненной горючей смеси, в которой на одну часть бензина приходится 40-50 частей воздуха, компьютеризации процесса управления двигателем и периодической регенерации катализатора обеспечиваются экономичность и экологичность транспортного средства с таким двигателем. The closest known technical solution as a prototype is a method of controlling the working processes of a multi-fuel internal combustion engine, based on the injection of fuel into the combustion chamber at a compression stroke, the formation of a hydrocarbon mixture together with air charge and its ignition using an electric spark plug located either in the pre-chamber or directly in the combustion chamber [2]. In this case, the device that implements the prototype contains an electronic engine control system, air and fuel supply systems, a power supply unit and a direct fuel injection system into the combustion chamber. Through the use of a lean fuel mixture, in which 40-50 parts of air falls on one part of gasoline, computerization of the engine control process and periodic regeneration of the catalyst ensure the economy and environmental friendliness of a vehicle with such an engine.
Недостаток прототипа заключается в узком динамическом диапазоне управляющего воздействия на рабочие процессы многотопливного двигателя внутреннего сгорания, который задан ограниченным интервалом возможного изменения состава горючей смеси (α<3,0) и необходимостью прецизионного дозирования топлива и воздуха, а также задания с высокой точностью моментов электроискрового воспламенения. Другой недостаток прототипа состоит в сложности технической реализации управления работой двигателя внутреннего сгорания на топливах широкого фракционного состава и его промышленного изготовления с узким диапазоном допусковых отклонений элементов цилиндропоршневой группы. Узкий динамический диапазон управляющего воздействия на рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания, высокая стоимость и сложность технической реализации снижают экономичность и экологичность двигателя внутреннего сгорания. The disadvantage of the prototype lies in the narrow dynamic range of the control action on the working processes of a multi-fuel internal combustion engine, which is given by a limited interval of a possible change in the composition of the combustible mixture (α <3.0) and the need for precision dosing of fuel and air, as well as setting high-precision moments of electric spark ignition . Another disadvantage of the prototype is the complexity of the technical implementation of the control of the internal combustion engine for fuels of a wide fractional composition and its industrial production with a narrow range of tolerance deviations of the elements of the cylinder-piston group. The narrow dynamic range of the control action on the working processes of the internal combustion engine, the high cost and complexity of technical implementation reduce the efficiency and environmental friendliness of the internal combustion engine.
Целью изобретения является расширение динамического диапазона управляющего воздействия на рабочие процессы многотопливного двигателя внутреннего сгорания за счет автоматического регулирования не только состава горючей смеси (до значения α>3,0), но и ее химической активности, а также упростить его техническую реализацию за счет снижения требований к топливной аппаратуре высокого давления и замены сложной электроискровой системы на плазмоэлектрохимическую технологию пиролиза углеводородного топлива широкого фракционного состава с последующим непосредственным впрыском продуктов пиролиза в камеру сгорания для их самовоспламенения. The aim of the invention is to expand the dynamic range of the control action on the working processes of a multi-fuel internal combustion engine by automatically regulating not only the composition of the combustible mixture (up to α> 3.0), but also its chemical activity, as well as simplifying its technical implementation by reducing requirements to high-pressure fuel equipment and replacing a complex electrospark system with a plasma-electrochemical technology for the pyrolysis of hydrocarbon fuel of wide fractional composition with the next direct injection of pyrolysis products into the combustion chamber for self-ignition.
Сущность изобретения заключается в том, что кроме известных и общих операций, основанных на впрыскивании топлива в камеру сгорания на такте сжатия и формировании совместно с воздушным зарядом углеводородной смеси, предлагается новая совокупность операций, которая характеризуется тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания через плазмоэлектрохимический реактор с одновременным поступлением туда из генератора низкотемпературной плазмы потока химически активной воздушной плазмы, который обеспечивает в реакторе плазмоэлектрохимический пиролиз и возбуждение молекул и атомов топлива с последующим его самовоспламенением при перемешивании с воздушным зарядом в камере сгорания. The essence of the invention lies in the fact that in addition to the known and general operations based on the injection of fuel into the combustion chamber on a compression stroke and the formation of a hydrocarbon mixture together with the air charge, a new set of operations is proposed, which is characterized in that fuel is injected into the combustion chamber through a plasma electrochemical reactor with the simultaneous entry there from a low-temperature plasma generator of a stream of chemically active air plasma, which provides a plasma electrochemical in the reactor pyrolysis and excitation of molecules and fuel atoms with its subsequent self-ignition with stirring with an air charge in the combustion chamber.
Новизна изобретения состоит в том, что топливо впрыскивают в камеру сгорания через плазмоэлектрохимический реактор с одновременным поступлением туда из генератора низкотемпературной плазмы потока химически активной воздушной плазмы, который обеспечивает в реакторе плазмоэлектрохимический пиролиз и возбуждение молекул и атомов топлива с последующим его самовоспламенением при перемешивании с воздушным зарядом в камере сгорания, что позволяет расширить динамический диапазон управляющего воздействия на рабочие процессы многотопливного двигателя внутреннего сгорания и упростить его техническую реализацию. The novelty of the invention lies in the fact that the fuel is injected into the combustion chamber through a plasma electrochemical reactor with the simultaneous flow of chemically active air plasma from the low-temperature plasma generator, which provides plasma electrochemical pyrolysis and excitation of fuel molecules and atoms with its subsequent self-ignition with stirring with an air charge in the combustion chamber, which allows to expand the dynamic range of the control action on the working processes of multi-fuel internal combustion engine and simplify its technical implementation.
Функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления рабочими процессами многотопливного двигателя внутреннего сгорания, изображена на чертеже, где обозначено:
1 - электронная система управления двигателем; 2 - измерительные каналы (датчики); 3 - контроллер; 4 - исполнительные механизмы; 5 - система подачи воздуха в генератор низкотемпературной плазмы; 6 - блок электропитания: 7 - система подачи топлива в плазмохимический реактор; 8 - магистраль подачи воздуха; 9 - генератор низкотемпературной плазмы; 10 - дозатор подачи топлива; 11 - магистраль подачи топлива; 12 - плазмоэлектрохимический реактор; 13 - канал подачи воздуха; 14 - поршень; 15 - камера сгорания; 16 - запорный клапан; 17 - химически активная горючая смесь.A functional diagram of a device that implements the proposed method for controlling the working processes of a multi-fuel internal combustion engine is shown in the drawing, where it is indicated:
1 - electronic engine management system; 2 - measuring channels (sensors); 3 - controller; 4 - actuators; 5 - a system for supplying air to a low-temperature plasma generator; 6 - power supply unit: 7 - fuel supply system to the plasma chemical reactor; 8 - air supply line; 9 - low-temperature plasma generator; 10 - fuel dispenser; 11 - fuel supply line; 12 - plasma electrochemical reactor; 13 - air supply channel; 14 - a piston; 15 - combustion chamber; 16 - shutoff valve; 17 - chemically active combustible mixture.
В исходном состоянии электронная система управления двигателем 1, содержащая последовательно соединенные между собой измерительные каналы (датчики) 2, контроллер 3 и исполнительные механизмы 4, подключена к соответствующим входам системы подачи воздуха 5 в генератор низкотемпературной плазмы, блока электропитания 6 и системы подачи топлива 7 в плазмохимический реактор. Магистраль подачи воздуха 8 подключена к одному входу генератора низкотемпературной плазмы 9, к другому входу которого подключен выход блока электропитания 6. Дозатор топлива 10 включен в магистраль подачи топлива 11 для плазмоэлектрохимического реактора 12. Канал подачи воздуха 13 направлен через клапаны на поршень 14 камеры сгорания 15, в которую через запорный клапан 16 направлен поток химически активной горючей смеси 17. In the initial state, the electronic engine control system 1, containing measuring channels (sensors) 2 connected in series, controller 3 and actuators 4, is connected to the corresponding inputs of the air supply system 5 to the low-temperature plasma generator, power supply unit 6 and fuel supply system 7 c plasma chemical reactor. The air supply line 8 is connected to one input of the low-temperature plasma generator 9, the output of the power supply unit 6 is connected to the other input thereof. The fuel metering device 10 is included in the fuel supply line 11 for the plasma electrochemical reactor 12. The air supply channel 13 is directed through the valves to the piston 14 of the combustion chamber 15 into which a flow of reactive combustible mixture 17 is directed through a shutoff valve 16.
Устройство, реализующее предлагаемый способ управления рабочими процессами многотопливного двигателя, работает следующим образом. A device that implements the proposed method of controlling the working processes of a multi-fuel engine, operates as follows.
Генератор низкотемпературной плазмы 9 потребляет воздух и электрическую энергию, необходимые для формирования потока воздушной низкотемпературной плазмы, который на выходе генератора низкотемпературной плазмы 9 становится химически активным, так как состоит из заряженных частиц, возбужденных атомов и молекул соединений воздуха. Поток воздушной низкотемпературной плазмы под избыточным давлением поступает в плазмоэлектрохимический реактор 12. В связи с высокой химической активностью воздушной низкотемпературной плазмы в плазмоэлектрохимическом реакторе 12 происходит высокоскоростной (со скоростью перемешивания) плазмохимический пиролиз топлива. При этом наблюдается экзотермическое окисление части топлива с выделением дополнительного тепла, деструкция и возбуждение молекул и атомов топлива. The low-temperature plasma generator 9 consumes the air and electric energy necessary for the formation of an air low-temperature plasma stream, which at the output of the low-temperature plasma generator 9 becomes chemically active, since it consists of charged particles, excited atoms and molecules of air compounds. The flow of air low-temperature plasma under excess pressure enters the plasma electrochemical reactor 12. Due to the high chemical activity of the air low-temperature plasma in the plasma electrochemical reactor 12, high-speed (with mixing speed) plasma-chemical pyrolysis of the fuel occurs. In this case, exothermic oxidation of a part of the fuel with the release of additional heat, destruction and excitation of molecules and atoms of the fuel is observed.
В заданный электронной системой управления двигателя 1 момент времени через плазмоэлектрохимический реактор 12 и запорный клапан 16 в камеру сгорания 15 впрыскивают требуемый заряд топлива. В результате этих процессов на выходе плазмоэлектрохимического реактора 12, установленного непосредственно на головке блока цилиндров и соединенного с камерой сгорания 15, образуется химически активный многофазный поток топлива 17, который самовоспламеняется при взаимодействии с зарядом воздуха в камере сгорания 15. At a point in time specified by the electronic engine control system of the engine 1, the required fuel charge is injected into the combustion chamber 15 through a plasma electrochemical reactor 12 and a shut-off valve 16. As a result of these processes, a chemically active multiphase fuel stream 17 is formed at the outlet of the plasma-electrochemical reactor 12, mounted directly on the cylinder head and connected to the combustion chamber 15, which self-ignites when interacting with a charge of air in the combustion chamber 15.
Регулирующее изменение объема и момента впрыска топлива в камеру сгорания 15 через плазмоэлектрохимический реактор 12 осуществляют циклически по командам электронной системы управления двигателя 1, согласно установленному алгоритму и порядку работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Воздух и электрическая энергия могут потребляться генератором низкотемпературной плазмы 9 как непрерывно, так и дискретно, в соответствии с циклограммой потребления топлива. The regulatory change in the volume and moment of fuel injection into the combustion chamber 15 through the plasma-electrochemical reactor 12 is carried out cyclically according to the commands of the electronic control system of the engine 1, according to the established algorithm and the order of operation of the cylinders of the internal combustion engine. Air and electrical energy can be consumed by the low-temperature plasma generator 9 both continuously and discretely, in accordance with the fuel consumption pattern.
Генератор низкотемпературной плазмы 9 потребляет около 1% воздуха, поступающего в двигатель, и электрическую мощность, составляющую около 0,5% от выходной мощности двигателя. Коэффициент избытка воздуха в плазмоэлектрохимическом реакторе 9 в зависимости от теплового состояния конструкции и режимов работы двигателя, типа используемого топлива и потребляемой генератором низкотемпературной плазмы 9 электрической энергии может изменяться в широком диапазоне от 0,001 до 0,4. При этом алгоритм работы электронной системы управления двигателя 1 организуют так, что в любом режиме работы двигателя через плазмоэлектрохимический реактор 12 в камеру сгорания 15 поступает химически активный многофазный поток горючей углеводородной топливной смеси 17, которая при взаимодействии (в процессе перемешивания в камере сгорания 15) с воздушным зарядом самовоспламеняется. The low-temperature plasma generator 9 consumes about 1% of the air entering the engine and electric power, which is about 0.5% of the engine output. The coefficient of excess air in the plasma electrochemical reactor 9 depending on the thermal state of the structure and engine operating conditions, the type of fuel used and the electric energy consumed by the low-temperature plasma generator 9 can vary in a wide range from 0.001 to 0.4. In this case, the operation algorithm of the electronic engine control system 1 is organized so that in any engine operation mode, a chemically active multiphase flow of combustible hydrocarbon fuel mixture 17 enters the combustion chamber 15 through the plasma-electrochemical reactor 12, which, when interacting (during mixing in the combustion chamber 15), self-igniting air charge.
Промышленная применимость заявленного изобретения подтверждается тем, что процесс плазмохимической технологии известен в работе [3], по предлагаемому изобретению в 1998-2000 г.г. разработана техническая документация, изготовлены и проводятся испытания опытных образцов двигателей внутреннего сгорания на автомобилях Волжского автозавода. Industrial applicability of the claimed invention is confirmed by the fact that the process of plasma chemical technology is known in [3], according to the invention in 1998-2000 Technical documentation has been developed, prototypes of internal combustion engines have been manufactured and tested on automobiles of the Volga Automobile Plant.
Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что расширяется динамический диапазон управляющего воздействия на рабочие процессы многотопливного двигателя внутреннего сгорания за счет того, что, кроме известного компьютерного дозирования по объему засасываемого воздуха для горения и топлива, предлагается дополнительное автоматическое регулирование химической активности углеводородного топлива путем его деструкции с помощью воздушной низкотемпературной плазмы. The positive effect of the use of the invention is that the dynamic range of the control action on the working processes of a multi-fuel internal combustion engine is expanded due to the fact that, in addition to the well-known computer dosing by the amount of intake air for combustion and fuel, an additional automatic control of the chemical activity of hydrocarbon fuel by its destruction with the help of air low-temperature plasma.
Упрощение технической реализации заявленного способа достигается за счет снижения требований к топливной аппаратуре высокого давления и замены сложной электроискровой системы на плазмоэлектрохимическую технологию пиролиза углеводородного топлива широкого фракционного состава с последующим непосредственным впрыском продуктов пиролиза в камеру сгорания для их самовоспламенения. Simplification of the technical implementation of the claimed method is achieved by reducing the requirements for high-pressure fuel equipment and replacing a complex electrospark system with a plasma-electrochemical technology for the pyrolysis of hydrocarbon fuel of wide fractional composition with the subsequent direct injection of pyrolysis products into the combustion chamber for their self-ignition.
Инвариантность к различным типам используемого углеводородного топлива обеспечивается его деструкцией с помощью воздушной низкотемпературной плазмы, что известно в [4]. Invariance to various types of hydrocarbon fuels used is ensured by its destruction with the help of air low-temperature plasma, which is known in [4].
Литература
1. Патент США 4332223, МПК F 02 Р 23/00, F 02 В 19/10, F 02 В 23/00, 1982 г. (аналог).Literature
1. US patent 4332223, IPC F 02 P 23/00, F 02 B 19/10, F 02 B 23/00, 1982 (analogue).
2. Воробьев-Обухов А., Диалектика впрыска. Журнал "За рулем", 8, 2000 г. , с. 56-58 (прототип). 2. Vorobyov-Obukhov A., Dialectics of injection. The magazine "Behind the wheel", 8, 2000, p. 56-58 (prototype).
3. Патент РФ 2051289, МПК F 02 М 27/00, 1992 г. 3. RF patent 2051289, IPC F 02 M 27/00, 1992
4. Пиролиз, Краткая химическая энциклопедия, М.: Советская энциклопедия, 1964 г., с. 1069-1082. 4. Pyrolysis, Brief Chemical Encyclopedia, Moscow: Soviet Encyclopedia, 1964, p. 1069-1082.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127339/06A RU2193682C2 (en) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | Method to control working processes in multifuel internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127339/06A RU2193682C2 (en) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | Method to control working processes in multifuel internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000127339A RU2000127339A (en) | 2002-10-10 |
RU2193682C2 true RU2193682C2 (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=20241624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000127339/06A RU2193682C2 (en) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | Method to control working processes in multifuel internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2193682C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011005135A1 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Matveev Vladimir Anatolevich | Internal combustion engine |
-
2000
- 2000-11-01 RU RU2000127339/06A patent/RU2193682C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ А. Диалектика впрыска. - За рулем № 8, 2000, с.56-58. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011005135A1 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Matveev Vladimir Anatolevich | Internal combustion engine |
EA018267B1 (en) * | 2009-07-10 | 2013-06-28 | Александр Александрович ЗВОНОВ | Microwave plasma engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | Effects of diesel injection pressure on the performance and emissions of a HD common-rail diesel engine fueled with diesel/methanol dual fuel | |
Wang et al. | In-depth comparison between pure diesel and diesel methanol dual fuel combustion mode | |
CN101532437B (en) | Bi-fuel engine using hydrogen | |
US4722303A (en) | Method for operating an internal combustion engine | |
CN101131126A (en) | Flexible fuel engine with alterable compression ratio and control method thereof | |
CN207393322U (en) | A kind of engine for vehicle | |
JP2009533584A (en) | Combustion control by uniform combustion radical ignition (HCRI) or partial uniform combustion radical ignition in a circulating internal combustion engine | |
CN109098892A (en) | A kind of engine combined power system based on alternative fuel | |
DE3110511A1 (en) | "METHOD AND DEVICE FOR THE THERMO-CHEMICAL HYDROGEN-OXYGEN COMBUSTION INTRODUCTION" | |
CN113006928B (en) | Engine with precombustion chamber and working mode thereof | |
CN101368527A (en) | Hydrogen gas fuel internal combustion engine, its hydrogen gas injection system and combustion method | |
WO2011031763A1 (en) | Regulating a hydrocarbon combustion process using a set of data indicative of hydrocarbon fuel consumed corresponding to a monitored engine operating characteristic | |
Sendzikiene et al. | Impact of biomethane gas on energy and emission characteristics of a spark ignition engine fuelled with a stoichiometric mixture at various ignition advance angles | |
RU2446294C2 (en) | Ice fuel system and method of its operation | |
CN114616386A (en) | Internal combustion engine with precombustion chamber and ignition system | |
CN115234368B (en) | Integrated hydrogen-producing jet ignition device and ammonia fuel engine control system | |
CN114934839A (en) | Hydrogen jet ignition ammonia internal combustion engine and control method | |
CN111197532A (en) | Hydrogen/methanol composite fuel engine | |
WO2011031797A1 (en) | System for regulating a hydrocarbon combustion process using a substantially stoichiometric mix of hydrogen and oxygen | |
CN115234369B (en) | Ammonia-hydrogen fusion fuel diffusion combustion control system based on reactive activity regulation and control | |
CN104373207A (en) | Lean-combustion gas dual-fuel ignition type internal combustion engine system and control method | |
RU2193682C2 (en) | Method to control working processes in multifuel internal combustion engine | |
CN114575996B (en) | Ammonia gas internal combustion engine and control method thereof | |
CN101865020B (en) | Ignition type internal-combustion engine system for on-line hydrogen production and local hydrogen enrichment and control method | |
Goto et al. | LPG–Diesel engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031102 |