Спосіб роботи системи наддуву для двигунів внутрішнього згоряння

Спосіб роботи системи наддуву для двигунів внутрішнього згоряння, що полягає у спалюванні додаткової КІЛЬКОСТІ палива в камері згоряння для підтримання високого тиску на виході з компресора незалежно від режиму роботи поршневої частини, який відрізняється тим, що як додаткове паливо використовують водень, який отримують шляхом вилучення із складу випускних газів води з наступним її розкладанням на складові елементи Винахід належить до машинобудівної галузі і може бути застосований в енергетичному та транспортному машинобудуванні Відома система наддуву для двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), яка складається з газової турбіни і компресора Спосіб роботи такої системи наддуву [В П Алексеев, В Ф Воронин и др Двигатели внутреннего сгорания Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей Под общ ред А С Орлина, М Г Круглова -М Машиностроение, 1990 - 288с, ил] здійснюється наступним чином Випускні гази після поршневого двигуна, що мають ще високі температуру і тиск, приводять в обертання лопатки робочого колеса газової турбіни, яка передає крутний момент компресору Компресор засмоктує повітря з атмосфери і під певним тиском нагнітає його в циліндри двигуна Найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб роботи системи наддуву Гіпербар [ В П Алексеев, В Ф Воронин и др Двигатели внутреннего сгорания Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей Под общ ред А С Орлина, М Г Круглова - М Машиностроение, 1990 -288с, ил] Така система наддуву обладнана турбокомпресором 1, пусковим електродвигуном 2, охолоджувачем наддувочного повітря 3, перепускним каналом 4, паливним насосом 5, регулятором подачі перепускного повітря 6, камерою змішування випускних газів та обвідного повітря 7, камерою згоряння 8, пристроєм для запалювання і контролю полум'я 9 (фіг 1) Спосіб роботи системи наддуву Гіпербар здій снюється наступним чином Потік повітря, що надходить з компресора, розділяється на наддувочне, котре подається в двигун, і додаткове, котре проходить крізь перепускний канал 4 і змішується потім з випускними газами Додаткове повітря нагрівається в камері згоряння 8 і подається на турбіну Завдяки спалюванню додаткової КІЛЬКОСТІ палива в камері згоряння на виході з компресора, який може бути двоступінчастим, підтримується високий тиск 0,5 0,7МПа незалежно від режиму роботи поршневої частини двигуна Пуск турбокомпресора 1 здійснюється за допомогою електродвигуна 2 КІЛЬКІСТЬ палива у камері згоряння і перепуск повітря регулюють за певними залежностями спеціальним регулятором 6 Підчас пуску дизеля стиснуте повітря, минаючи охолоджувач 3, подається в циліндри Невеличкий запальний факел постійно горить в камері згоряння Суттєвими недоліками системи наддуву Гіпербар, що працює за означеним вище способом, є наступні 1 Відносно висока питома витрата палива (де=227 231г/кВт-год) 2 Токсичність випускних газів 3 Складність конструкції і способу регулювання В основу запропонованого винаходу поставлене завдання у відомому способі роботи системи наддуву для ДВЗ, шляхом зміни виду додаткового палива, отримати новий технічний результат, що полягає в покращенні еколопчності та ресурсозбереженні (економічності) Поставлене завдання вирішується наступним о со о> ю 59302 чином У відомому способі роботи системи наддуву для ДВЗ, що полягає у спалюванні додаткової КІЛЬКОСТІ палива в камері згоряння для підтримання високого тиску на виході з компресора незалежно від режиму роботи поршневої частини, згідно із запропонованим винаходом, в якості додаткового палива використовують водень, який отримують шляхом вилучення із складу випускних газів води з наступним її розкладанням на складові елементи Всі суттєві ВІДМІННІ ознаки спрямовані на отримання нового технічного рішення у порівнянні з відомими на дату подачі заявки рішеннями показує, що за сукупністю суттєвих ознак запропонованому способу роботи системи наддуву для ДВЗ притаманні новизна та суттєві ВІДМІННОСТІ, так як він не має з будь-яким відомим заявнику технічним рішенням ідентичних відрізняючих ознак На приведеному нижче кресленні зображено можливий варіант функціональної схеми для реалізації запропонованого способу роботи системи наддуву для ДВЗ (фіг 2), що включає наступні основні елементи турбокомпресор 1, компресорне колесо 2, розподільник повітря 3, перепускний канал 4, проміжний охолоджувач 5, впускний колектор 6, ДВЗ 7, випускний колектор 8, змішувальну камеру 9, камеру згоряння 10, пристрій подачі водню 11, пристрій вилучення води із складу випускних газів 12, проміжний резервуар для води 13, реактор 14, магістраль подачі водню 15, турбінне колесо 16 Спосіб роботи системи наддуву для ДВЗ, згідно із запропонованим винаходом, здійснюється наступним чином Потік повітря, що надходить від компресорного колеса 2 турбокомпресора 1, розділяється розподільником повітря 3 на наддувочне і додаткове Наддувочне повітря подається у ДВЗ 7 через проміжний охолоджувач 5 і впускний колектор 6 Додаткове - проходить перепускним каналом 4 у змішувальну камеру 9, де змішується з випускними газами ДВЗ, котрі потрапляють до змішувальної камери 9 з випускного колектора 8 ДВЗ 7 Далі, повітряно-газова суміш потрапляє в камеру згоряння 10, куди пристроєм подачі водню 11 подається водень В результаті спалювання водню у камері згоряння 10 температура і тиск повітряно-газової суміші на вході в турбінне колесо 16 турбокомпресора 1 підвищуються, що спричинює, за рахунок збільшення крутного моменту, підвищення тиску повітря на виході з компресорного колеса 2 турбокомпресора 1, незалежно від режиму роботи поршневої частини ДВЗ 7 Розширившись і виконавши роботу у турбінному колесі 16 випускні гази проходять крізь пристрій вилучення води із складу випускних газів 12 До складу випускних газів входять наступні основні компоненти вуглекислий газ - СОг, чадний газ - СО, окисли азоту - NOx, різноманітні вуглеводні - CmHn та пари води - НгО Концентрації деяких компонентів у складі випускних газів, зокрема CO, NOx і CmHn, можуть бути незначними Однак частка парів води при згорянні найбільш розповсюджених вуглеводневих палив (бензини, дизпаливо, природний і супутній гази) у складі випускних газів сягає не менше 20% [В М Архангельский и др Автомобильные двигатели Под ред М С Ховаха - ML, Машиностроениез 1977,- 591 с ] У пристрої вилучення води із складу випускних газів 12 вода вилучається із складу випускних газів і направляється у проміжний резервуар для води 13 Останній може бути попередньо заповнений водою з постороннього джерела Тоді КІЛЬКІСТЬ води у проміжному резервуарі для води 13 буде лише поповнюватись підчас роботи ДВЗ 7 і становитиме якусь постійну величину Далі, з проміжного резервуара для води 13 вода надходить в реактор 14, де вона розкладається на складові елементи кисень (Ог) і водень (Нг) Останній направляється по магістралі подачі водню 15 до пристрою подачі водню 11, який, у свою чергу, подає водень у камеру згоряння 10 Підчас пуску ДВЗ 7 стиснуте повітря від компресорного колеса 2 подається у впускний колектор 6, минаючи проміжний охолоджувач 5 Крім того, автор звертає увагу на наступні моменти щодо реалізації запропонованого способу роботи системи наддуву для ДВЗ 1 ДВЗ 7 може бути будь-яким як за типом сумішоутворення, протіканням робочого процесу, так і за типом робочої машини (з ЗОВНІШНІМ, внутрішнім і комбінованим/сумішоутворенням, дво-, чотири- і багатотактні, поршневі, роторні тощо) 2 Турбокомпресор 1 може бути обладнаний окремим пусковим пристроєм, а може запускатись і спільним з ДВЗ 7 пусковим пристроєм 3 Тип турбокомпресора 1 може бути будьяким одно-, дво-, багатоступінчастим, з осьовими, центрострімкими, комбінованими колесами тощо 4 Принцип роботи пристрою12 для вилучення води із складу випускних газів може бути будьяким капілярна абсорбція, ультразвукова конденсація тощо 5 Принцип роботи реактора 14 для розкладання води на складові елементи може бути будьяким ХІМІЧНИЙ, термічний, електроліз тощо В свою чергу, реактор 14 для розкладання води на складові елементи може являтись складовою частиною пристрою 11 подачі водню в камеру згоряння 10 Крім того, розкладання води на складові елементи може здійснюватись безпосередньо у змішувальній камері 9, чи камері згоряння 10 при створенні для цього необхідних умов 6 Займання повітряно-газо-водневої суміші у камері згоряння 10 може здійснюватись будь-яким чином свічками (іскровою або розжарювання), самозайманням за рахунок температури повітряно-газової суміші тощо 7 Для генерації енергії, необхідної, щоб розкласти воду на складові елементи, може бути використана одна, дві, або кілька ступенів турбокомпресора 1, в той час, коли ІНШІ ступені використовуватимуться для наддуву ДВЗ 7 8 Підчас примусового гальмування ДВЗ 7, обладнаного системою наддуву, що працює за означеним вище способом (або силової установки з таким ДВЗ), доцільно використовувати пристрої, які споживають енергію гальмування для розкладання більшої КІЛЬКОСТІ води на складові елементи та наступної подачі більшої КІЛЬКОСТІ ВОДНЮ у камеру згоряння 10 і в (або) ДВЗ 7 (принцип рекуперації енергії) 9 Якщо в процесі реакції по розкладанню води на складові елементи кисень (02) не зв'язувати 59302 меться, доцільно направити його у камеру згоряння 10 і (або) в ДВЗ 7 для покращення процесів згоряння 10 Проміжний охолоджувач 5 після компресорного колеса 2 може бути відсутній Таким чином, у порівнянні з існуючим, способу роботи системи наддуву для ДВЗ, згідно із запропонованим винаходом, притаманні наступні переваги 1 Покращення паливної економічності 2 Покращення екологічності випускних газів Комп'ютерна верстка С Волобуева 3 Можливість повної автоматизації процесів вилучення води із складу випускних газів, розкладання води на складові елементи, подачі водню в камеру згоряння 10 у необхідній КІЛЬКОСТІ, В залежності від режиму роботи поршневої частини ДВЗ (адаптивні системи управління із зворотнім зв'язком) 4 Покращення-динамічності ДВЗ на перехідних режимах за рахунок кращих займаючих властивостей водню Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна