ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02M25/22 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в устройствах для введения воды в цилиндр двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий форсунку для впрыска воды в цилиндр через распылитель, соединенную с насосом, снабженным механизмом привода, и средства газораспределения, управляемые кулачковым валом через толкатель и коромысло (патент США N 3845745, кл. 123-251, 1974).

Недостатком известной конструкции является повышенная токсичность выхлопных газов, связанная с несогласованностью фаз впрыска воды и газораспределения.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель внутреннего сгорания, содержащий форсунку для впрыска воды во впускной трубопровод, соединенную трубопроводом через теплообменник с водяным резервуаром. Теплообменник помещен в струе выхлопных газов, служит для подогрева впрыскиваемой воды и превращения ее в пар (заявка ФРГ N 3111053, кл. F 02 M 25/02, 1982).

Недостатками известного двигателя является повышенная токсичность выхлопных газов и пониженный механический КПД, связанный с неравномерностью нагружения системы преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала.

Цель изобретения снижение токсичности выхлопных газов и повышение КПД за счет уменьшения удельного расхода топлива.

Цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем систему введения воды в цилиндр, соединенную через теплообменник с устройством подачи воды, система введения воды выполняется в виде форсунки, соединенной с впускным коллектором, а теплообменник выполнен в виде испарителя, установленного на выхлопном коллекторе, вход которого соединен с резервуаром с водой и снабжен жиклером и термочувствительным клапаном. Теплообменник выбирается из расчета полного испарения поступающей воды и нагреве пара до 120-130^оС. Жиклер в патрубке подачи воды выбирается из расчета расхода воды, равного 1,1-1,2 массы топлива.

На фиг.1 показан двигатель в разрезе; на фиг.2 испаритель; на фиг.3 жиклер для дозировки воды.

Двигатель (фиг. 1) содержит впускной коллектор 1 с установленным на нем карбюратором 2. Под карбюратором внутрь впускного коллектора 1 введена форсунка 3, соединенная патрубком 4 с испарителем 5, закрепленным на выхлопном коллекторе 6. Испаритель 5 соединен патрубком 7 с резервуаром 8 для воды. Патрубок 7 снабжен жиклером 9 и термочувствительным клапаном 10.

Испаритель 5 (фиг.2) содержит металлический корпус 11, покрытый слоем 12 теплоизоляция. В корпусе 11 с помощью перегородок 13 выполнен лабиринт для увеличения площади соприкосновения воды и теплообменника.

Жиклер 9 (фиг.3) выполнен в виде металлической пробки, прикрепленной к концу патрубка 7. Расход воды определяется диаметром центрального отверстия жиклера d.

Двигатель работает следующим образом.

После включения двигателя и достижения температуры выхлопного коллектора 6 250^оС термочувствительный клапан 10 открывает канал патрубка 7. Под воздействием разряжения во впускном коллекторе 1 вода из резервуара 8 через жиклер 9, патрубок 7 и термочувствительный клапан 10 попадает в испаритель 5. Проходя по лабиринту испарителя, вода превращается в пар, нагретый до температуры 120-130^оС, который по патрубку 4 попадает во впускной коллектор 1 и далее подается вместе с рабочей смесью в цилиндр. В камере сгорания последовательно происходят сгорание рабочей смеси, пиролиз водяного пара с получением кислородно-водородной смеси и сгорание водорода в кислороде. При этом утилизируется тепло, выделяемое при сгорании рабочей смеси, и выделяется дополнительная энергия в результате сгорания водорода. Во время горения водорода развивается температура до 2400^оС, остатки углеводородного топлива полностью сгорают, тем самым достигается снижение токсичности выхлопных газов. Кроме того, кислородно-водородное горение позволяет снизить удельный расход топлива, что ведет к повышению КПД двигателя.

Предлагаемое устройство было реализовано в виде приставки для экономии топлива на автомобиле Жигули. Испаритель 5 выполнен из меди и помещен в асбестовую термоизолирующую рубашку. Патрубки 4 и 7 выполнены из медных трубок диаметром 6 мм. Жиклер 9 имеет диаметр отверстия d= 0,35 мм. Термочувствительный клапан 10 представляет собой биметаллическую пластинку, связанную с игольчатым клапаном.

Испытания предлагаемого технического решения в реальных условиях на автомобиле Жигули при пробеге более 10 тыс. км позволили выявить следующие характеристики: снижение удельного расхода топлива в 2,8 раза (расход на 100 км пробега составил 2,4 л), снижение токсичности выхлопа в 8 раз (при замере окиси углерода), полное отсутствие нагара на цилиндре, поршне и свечах, снижение расхода масла в 1,8 раза, расхода воды по отношению к массе топлива в 1,2 раза.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами: повышенным КПД, достигаемым за счет использования воды в качестве топлива; экологической чистотой, достигаемой за счет дожигания выхлопных газов; повышением октанового числа топлива, что позволяет использовать низкосортное топливо (вместо А-93 можно использовать А-76 без опасности детонации); улучшенными условиями горения топливной смеси за счет подогрева ее горячим водяным паром.

Использование: в двигателестроении, в устройствах для введения воды в цилиндр двигателя. Сущность изобретения: система введения пара в цилиндр выполнена в виде форсунки 3, соединенной с впускным коллектором 1. Система введения пара в цилиндр через теплообменник, выполненный в виде испарительной камеры 5, установленной на выхлопном коллекторе 6, соединена с резервуаром 8 для воды. Вход испарительной камеры 5 снабжен жиклером 9 и термочувствительным клапаном 10. Теплообменник выбран из расчета полного испарения поступающей воды и нагрева пара до 120-130°С. Жиклер выбран из расчета расхода воды равного 1,1-1,2 массы топлива в 1 с.2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндр, впускной и выпускной коллекторы, систему подачи в цилиндр водяного пара, включающую последовательно сообщенные при помощи трубопровода резервуар с водой, термочувствительный клапан, теплообменник-испаритель и форсунку, установленную во впускном коллекторе, отличающийся тем, что теплообменник-испаритель выполнен в виде корпуса, установленного на выпускном коллекторе и теплоизолированного от атмосферы, причем в его внутренней полости установлены консольные перегородки, свободные концы которых поочередно расположены с противоположных сторон с образованием лабиринтного канала по ходу движения воды, а на входе трубопровода подачи воды дополнительно установлен жиклер. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что объем теплообменника-испарителя выбирают в 12 15 раз больше объема поступающей воды в 1 с. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что диаметр жиклера выбирают в пределах 0,25 0,75 мм.