СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M25/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению.

В двигателестроении известны способы наддува: турбонаддув, импульсный наддув, эжекционный наддув, резонансный наддув и т. д.

Известен двигатель, в каждом цилиндре которого имеется дополнительный клапан для впуска водяного пара под большим давлением.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ подачи водяного пара во впускной патрубок. Однако он имеет следующие недостатки. На испаритель, выполненный в виде змеевика, будет интенсивно осаждаться сажа, так как этот змеевик находится в выпускной трубе, в которой проходят выхлопные газы. Температура поверхности змеевика при этом на несколько сот градусов меньше, так как внутри него проходит вода. Теплоотдача (теплопередача) от выхлопных газов к змеевику будет уменьшаться. Поэтому данный испаритель будет создавать аэродинамическое сопротивление для выхлопных газов. Из-за этого будет падать мощность двигателя. Выпускную трубу вместе с испарителем придется разбирать периодически и очищать от сажи. Данная работа очень вредная, так как будет выделяться токсичные и канцерогенные вещества. Водяной пар при этом подается сверху над карбюратором, что не создает наддув двигателя.

Цель изобретения - повышение мощности, экономичности, снижение токсичности.

Поставленная цель достигается тем, что окислителем нагнетают воздух или топливно-воздушную смесь в цилиндры двигателя, а окислитель применяют в виде водяного пара насыщенного раствором марганцево-кислого калия в концентрации 8-12 мг/л, окислителя устанавливают в количестве 13-28% от расхода топлива. Во впускной патрубок окислитель нагнетают под давлением 0,8-3,6 атм, а в выпускную трубу под давлением 1,2-3,8 атм.

В заявляемом способе работы двигателя внутреннего сгорания от паросборника идут трубопровода в двух направлениях. В первом направлении трубопровод идет во впускной патрубок. Во втором направлении трубопровод идет в выпускную трубу. По трубопроводам идет окислитель, состоящий из двух или более компонентов. По первому трубопроводу идет окислитель под давлением, захватывает и нагнетает воздух или топливовоздушную смесь в цилиндры двигателя. Во втором трубопроводе идет окислитель в выпускную трубу, где происходит дожигание (окисление) несгоревших частиц, затем снижение температуры и уменьшение токсичности выхлопных газов. При этом во втором случае улучшается освобождение цилиндров двигателя от отработавших газов. Подача окислителя регулируется.

Сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что окислитель состоит из двух компонентов. Причем окислитель идет под давлением, поэтому он является рабочим телом, которое позволяет нагнетать воздух или топливно-воздушную смесь в цилиндры двигателя по первому трубопроводу и освобождают цилиндры двигателя от отработанных газов, делая разрежение в выхлопном патрубке путем подачи окислителя в выпускную трубу по второму трубопроводу.

Известно техническое решение, в котором пар в цилиндры двигателя подается через дополнительные клапаны. Подача водяного пара происходит под большим давлением в начале такта - рабочий ход. Давление должно быть больше давления газов в цилиндре двигателя во время такта - рабочий ход. Однако данное техническое решение не производит наддув двигателя воздухом или топливно-воздушной смесью и не подает окислитель в выпускную трубу, в отработанные газы. Наддув двигателя с окислителем и подача окислителя в отработанные газы производится в заявляемом техническом решении. Подача окислителя под давлением и воздуха или топливно-воздушной смеси в цилиндры двигателя обеспечивает более полное сгорание топлива. Повышается мощность двигателя, экономится топливо, так как производится наддув двигателя. Повышенная эффективность обусловливается окислителем, состоящим из двух компонентов; водяного пара и марганцево-кислого калия, т. е. в окислителе присутствует повышенное содержание кислорода. Так как окислитель имеет температуру более 100^оС, то он наиболее полно подготовлен химически к проведению реакции окисления в цилиндрах двигателя.

Если расход окислителя будет меньше 13% от расхода топлива и давление меньше 0,8 атм перед эжектором на входе в цилиндры двигателя, то это не окажет какого-либо существенного влияния на работу двигателя, так как такое малое количество окислителя и с таким маленьким давлением не сможет эффективно нагнетать с помощью эжектора воздух или топливовоздушную смесь в двигатель, т. е. эжектор не будет работать в оптимальном режиме. Малое количество окислителя до 13% практически не влияет на процесс сгорания топлива в лучшую сторону в цилиндрах двигателя, поэтому почти не получается экономии топлива и повышения мощности двигателя.

Если расход окислителя будет больше 28% от расхода топлива и давление окислителя более 3,8 атм, то это окажет отрицательное влияние на работу ДВС. Такое большое количество окислителя под таким большим давлением не сможет нагнетать оптимальное количество воздуха или топливовоздушную смесь в цилиндры двигателя. Поэтому крайне затруднено будет воспламенение топлива в цилиндрах двигателя и оно не сможет полностью сгорать в двигателе. В дизельных двигателях затруднено будет распыливание топлива. Все это происходит из-за того, что окислитель состоит в основном из водяного пара. Если концентрация марганцево-кислого калия в воде будет меньше 8 мг/л, то при такой малой концентрации топливо хуже будет сгорать. Если концентрация марганцево-кислого калия в воде будет больше 12 мг/л, то будет обнаружено отрицательное влияние на процесс сгорания, так как такое количество марганцево-кислого калия быстро растворится в воде не сможет и пар будет подаваться в цилиндры с частичками (крупинками) марганцево-кислого калия, а нерастворенные частицы будут препятствовать процессу сгорания топлива и осаждаться на стенках камеры сгорания в процессе работы ДВС.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа работы двигателя, марганцево-кислый калий растворяют в воде перед змеевиком; на фиг. 2 - то же, марганцево-кислый калий растворяется водяным паром перед впускным патрубком, а выпускную трубу идет один водяной пар; на фиг. 3 - схема реализации способа.

Схема подачи пара в двигатель состоит из водяного бачка 1, соединенного с электромагнитным смягчителем 2, который через промежуточный бак 3 соединен со змеевиком 4. Змеевик 4 соединен с эжектором 5 и с эжектором 7 через паросборник 6. Эжектор 5 соединен с выхлопной трубой 12. Эжектор 7 соединен с впускным патрубком 8 с одной стороны, а с другой стороны - с воздухоочистителем 9. В паросборнике есть запирающая заслонка 10. Выпускная труба 11 раздваивается перед глушителем на отводную трубу 12 и вспомогательную трубу 14, которая может запираться заслонкой 13.

Устройство работает следующим образом.

Выхлопные газы по выпускной трубе 11 поступают в отводную трубу 12 и нагревают ее стенки. Одновременно вода из водяного бачка 1 поступает через кран к электромагнитному смягчителю 2, затем в промежуточный бак 3, где она растворяет вещество с повышенным содержанием кислорода, например марганцево-кислый калий. Дальше раствор воды с марганцево-кислым калием поступает в змеевик 4. Испарившаяся в змеевике (испарителе) 4 вода превращается в пар и поступает по двум трубопроводам. Один трубопровод идет в эжектор 5 отводной трубы, а другой - в паросборник 6, а из него - в эжектор 7 впускного патрубка 8, т. е. водяной пар, смешанный с марганцево-кислым калием, поступает в эжекторы 5 и 7. Эжектор 7 работает как нагнетатель, т. е. засасывает паром дополнительно большое количество воздуха или топливно-воздушную смесь и подает во впускной патрубок 8. Происходит наддув воздуха или топливно-воздушной смеси в цилиндры двигателя.

Использование предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышается мощность двигателя внутреннего сгорания в пределах 12-20% в среднем на всех типах ДВС, повышается экономичность на 7-11% двигателя внутреннего сгорания, уменьшается токсичность выхлопных газов, увеличивается срок службы отдельных узлов и деталей ДВС, в частности свечей зажигания.

Использование: в области машиностроения, в частности в двигателестроении. Сущность: окислитель под давлением подают в выпускную трубу. Кроме того, окислителем нагнетают топливно-воздушную смесь или воздух в цилиндры двигателя. Окислитель применяют в виде водяного пара, насыщенного раствором марганцево-кислого калия в концентрации 8 . . . 12 мг/л, а содержание окислителя составляет 13 . . . 28 от расхода топлива. Во впускной патрубок окислитель нагнетают под давлением 0,8 . . . 3,6 атм. , а в выпускную трубу - под давлением 1,2 . . . 3,8 атм. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в приготовлении топливовоздушной смеси, присадке окислителя и подаче этой смеси в цилиндры, отличающийся тем, что окислитель под давлением подают в выпускную трубу, окислителем нагнетают топливовоздушную смесь или воздух в цилиндры двигателя и окислитель применяют в виде водяного пара, насыщенного раствором марганцевокислого калия в концентрации 8 - 12 мг/л. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание окислителя составляет 13 - 28% от расхода топлива. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что окислитель нагнетают во впускной патрубок под давлением 0,8 - 3,6 атм. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что окислитель нагнетают в выпускную трубу под давлением 1,2 - 3,8 атм.