СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2001 года по МПК F02M23/12 F02M17/26 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам питания двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в двигателях транспортных средств для гомогенизации топливовоздушной смеси и стационарных установках с карбюраторным двигателем.

В настоящее время одной из актуальных задач является снижение токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания как одного из наиболее распространенных типов двигателей, поэтому предлагаемое решение может с успехом улучшить экологическую обстановку в крупных городах без использования дорогостоящих нейтрализаторов.

Известно устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания (Патент РФ N 2066392, МПК⁶ F 02 M 29/06, 1996), однако самый совершенный карбюратор не приготавливает идеальную по однородности горючую смесь. Значительная часть бензина поступает в цилиндры в капельном состоянии и за время нахождения в цилиндрах капли не успевают сгорать полностью, а догорают в выхлопной системе. Отсюда - потеря мощности двигателя, значительный расход бензина и излишнее загрязнение атмосферы.

Известны различные подходы к совершенствованию карбюратора (Патент РФ N 2109161, МПК⁶ F 02 M 11/00, 17/24, 17/28, 1998), однако все известные конструкционные решения не позволяют качественно воздействовать на процесс смесеобразования ввиду малого промежутка времени, в течение которого топливо взаимодействует с потоком воздуха для приготовления топливной смеси. Вследствие этого значительная его часть в виде неполных продуктов сгорания выбрасывается в окружающую среду, не обеспечивая требуемые расходные характеристики по топливу, необходимые для совершения данной работы, и ухудшая экологию.

Известно устройство (Патент США N 4153651, МПК F 02 M 17/24, 1978), содержащее нижнюю камеру жидкого топлива, воздушную камеру, впускной воздушный клапан и верхнюю испарительную камеру, расположенную над нижней камерой. Имеется несколько открытых с двух сторон трубок, в нижней части которых помещен абсорбирующий материал, соприкасающийся с жидким топливом в нижней камере. Внутри трубок по всей их длине проходит фитиль, соприкасающийся с адсорбирующим материалом. Воздух, проходящий через воздушный канал, обдувает фитиль, и жидкое топливо испаряется. Пары топлива фильтруются через пористый материал в испарительной камере.

Недостатком данного устройства для образования топливной смеси при помощи испарения и осмоса является потребность в больших поверхностях фитиля, с которым взаимодействует воздух. Так как скорость воздуха во входном патрубке составляет десятки м/с, время контакта его с фитилем недостаточно для обеспечения "захвата" необходимого количества топлива.

Наиболее близким решением к заявляемому является способ и устройство подготовки топливовоздушной смеси (Патент РФ N 2076232, МПК⁶ F 02 M 23/12, 1997). Способ подготовки топливовоздушной смеси путем испарения жидкого топлива в потоке воздуха с образованием горючего газа и смешения последнего с дополнительным потоком воздуха включает операцию удаления из потока тяжелых неиспарившихся капель жидкого топлива, неиспарившиеся капли удаляют из потока горючего газа перед смешением его с дополнительным потоком воздуха.

Устройство подготовки топливовоздушной смеси содержит испаритель жидкого топлива в потоке воздуха с камерой-накопителем смеси, образуемой при испарении горючего газа, смеситель горючего газа с дополнительным потоком воздуха и уловитель тяжелых капель неиспарившегося топлива. Уловитель капель размещен между камерой-накопителем горючего газа и смесителем горючего газа с дополнительным потоком воздуха.

Недостатком способа и устройства является относительно небольшой объем топливовоздушной смеси, и при подаче воздуха вдоль оси испарителя захватываются капельки топлива, которые не полностью улавливаются.

Задачей изобретения является повышение производительности приготовления однородной топливовоздушной смеси с одновременным повышением интенсивности процесса сгорания на основе увеличения количества равномерно распределенного в жидком топливе кислорода, снижение содержания оксида углерода и сажи в отработанных газах.

Поставленная задача решается в способе подготовки топливовоздушной смеси путем испарения жидкого топлива с пропитанных пластин гигроскопического элемента в потоке воздуха с образованием горючего газа и смешения последнего с дополнительным потоком воздуха, поток воздуха через гигроскопический элемент подают по касательной вдоль пропитанных пластин гигроскопического элемента.

Поставленная задача также решается при использовании предлагаемого устройства подготовки топливовоздушной смеси для двигателей внутреннего сгорания экологически чистых транспортных средств, содержащего испарительную камеру, испаритель жидкого топлива в потоке воздуха, содержащий гигроскопические элементы, и соединенный с источником жидкого топлива для пропитки, камеру-накопитель образуемого при испарении горючего газа, воздушный фильтр, смеситель горючего газа, с дополнительным потоком воздуха, испарительная камера представляет собой цилиндр с двойной стенкой, в полости между наружной и внутренней стенкой размещен испаритель жидкого топлива, закрытый сверху крышкой, и делящий полость на внутреннюю и внешнюю газонакопительные камеры, канал для подвода воздуха образован внутренней стенкой цилиндра, через которую проходит сквозное воздухозаборное окно для подачи воздуха в испаритель жидкого топлива, в нижней части испарителя выполнены отверстия под углом 180 от воздухозаборного окна для отвода топливовоздушной смеси соответственно во внутреннюю и наружную газонакопительные камеры, которые связаны между собой газоотводной трубкой, соединенной через газоотводящий канал со смесителем горючего газа с дополнительным потоком воздуха.

Предлагаемое решение является принципиально новым для повышения экономичности и улучшения экологии при использовании двигателей внутреннего сгорания. Способ основан на адсорбции гигроскопическим элементом топлива, а воздушный поток, проходя через гигроскопический элемент, насыщается адсорбированными парами топлива. В предлагаемом решении в отличие от известных поток воздуха организован таким образом, что он проходит по касательной вдоль пропитанных пластин гигроскопического элемента. При таком прохождении воз духа увеличивается время контакта воздуха с топливным элементом, при этом топливовоздушная смесь образуется на молекулярном уровне, т. к. воздух, проходя по касательной вдоль пластин, захватывает молекулы бензина, перемешивая их с воздушным потоком. Топливовоздушная смесь получается однородной по объему, содержит воздух и молекулы бензина и недиспергированных капель бензина в смеси не наблюдается. В результате конструкционных особенностей предлагаемого решения повышается производительность приготовления однородной топливовоздушной смеси, что дает возможность использовать его для двигателей большой мощности (в автобусах, грузовых автомобилях и т. д.). Организация движения воздуха по касательной вдоль пропитанных пластин гигроскопического элемента в отличие от прототипа и аналогов, в которых воздух проходит в осевом направлении, максимально повышает КПД двигателя, практически полностью прекращаются выбросы оксида углерода и сажи в выхлопных газах.

Проведенные исследования и испытания показали, что способ подготовки топливовоздушной смеси и устройство позволяют:
- снизить токсичность в 30-35 раз (измерения по оксиду углерода);
- снизить расход топлива до ≈70%.

Двигатель, оснащенный предлагаемым устройством, легко запускается, работает устойчиво и легко. Конструктивные особенности выполнения предлагаемого устройства позволяют максимально гомогенизировать топливную смесь, благодаря чему обеспечивается полнота сгорания, сокращается расход топлива и практически полностью снижается токсичность отработанных газов.

На чертеже представлен общий вид устройства, в котором реализуется заявленный способ подготовки топливовоздушной смеси.

Устройство содержит испарительную камеру 1, имеющую форму цилиндра с двойной стенкой 2.

В пространстве между внутренней стенкой 2 и наружной стенкой 3 испарительной камеры 1 размещен испаритель 4, внутри которого размещен одно- или многозаходный спиральный гигроскопический элемент 5, который внутренней частью элемента 5 погружен через отверстия 6 в дне испарителя 1 в канал 7 для подвода топлива из поплавковой камеры 8.

Испаритель 4 делит пространство между внутренней стенкой 2 и наружной стенкой 3 соответственно на внутреннюю газонакопительную камеру 9 и внешнюю газонакопительную камеру 10, в нижней части которых имеются диски с отверстием 11, расположенные на 180 от сквозного воздухозаборного окна 12.

Через воздухозаборное окно 12 по воздухоподводящему каналу 13 очищенный воздух с помощью фильтра 14, расположенного над испарительной камерой 1, воздух подается в испаритель 4 по касательной вдоль пропитанных пластин гигроскопического элемента 5.

Газонакопительные камеры 9, 10 связаны между собой трубкой газоотвода 15 и затем с газоотводной трубкой 16 со смесителем 17 для дополнительной обработки топливовоздушной смеси воздухом. Смеситель 17 может быть выполнен в различных вариантах. Для безопасной работы в смесителе 17 установлен обратный клапан 19. Смеситель 17 оснащен фильтром 18, а количество подводимого воздуха регулируется с помощью винта регулировки оборотов холостого хода 20. Смеситель 17 связан через трубку 21 с газораспределительной камерой 22, которая связана с нижней частью карбюратора 23 с заслонками 24. Испаритель 4 закрыт крышкой 25. Для крепления крышки 26 воздушного фильтра 14 к испарительной камере используется шток 27 и гайка 28.

Устройство работает следующим образом.

Во время запуска двигателя происходит разрежение воздуха.

Бензин из поплавковой камеры 8 по кольцевому каналу для подвода топлива 7 подается через отверстия 6 для пропитки гигроскопических элементов 5. Через среднюю часть гигроскопического элемента бензин пропитывает весь элемент 5.

Воздух проходит через фильтр 14, через воздухозаборное окно 12, проходит по касательной вдоль пропитанных пластин гигроскопического элемента 5, срывает с них молекулы бензина, а затем через отверстия 11 в нижней части газонакопительных внутренней 9 и наружной 10 камер попадает в газоотводную трубку 15 и через шланг 16 далее в смеситель 17 для дополнительной обработки воздухом с помощью винта регулировки оборотов холостого хода 20. Полученная газообразная смесь через шланг 21 подается в газораспределительную камеру 22, затем через нижнюю часть карбюратора 23 в коллектор двигателя внутреннего сгорания.

В зависимости от загрузки двигателя внутреннего сгорания, задаваемой положением дроссельной заслонки 24, осуществляется регулирование состава топливовоздушной смеси.

Таким образом, конструктивные особенности выполнения испарительной камеры позволяют организовать поток воздуха по касательной к пропитанному топливом гигроскопическому элементу и повысить максимально гомогенизацию топливной смеси на всех режимах работы двигателя, при этом экономится топливо, практически полностью токсичные газы отсутствуют в отработанных газах.

Заявляемое устройство отличается простотой конструкции, несложностью его изготовления, при этом обеспечивается высокая надежность в работе. Кроме этого, устройство может быть использовано в тепловых установках для отопления индивидуальных жилых домов, фермерских хозяйств и т.д. с высокой степенью экономичности и отвечает требованиям экологии.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Способ подготовки топливовоздушной смеси осуществляется путем испарения жидкого топлива с пропитанных пластин гигроскопического элемента в потоке воздуха с образованием горючего газа и смешения последнего с дополнительным потоком воздуха. Поток воздуха через гигроскопический элемент подают по касательной вдоль пропитанных пластин гигроскопического элемента. Устройство содержит испарительную камеру, испаритель жидкого топлива, соединенный с источником жидкого топлива для пропитки гигроскопических элементов, и камеру-накопитель горючего газа. В полости между наружной и внутренней стенками испарительной камеры размещен испаритель жидкого топлива, делящий полость на внутреннюю и внешнюю газонакопительные камеры. Канал для подвода воздуха образован внутренней стенкой цилиндра, через которую проходит сквозное воздухозаборное окно. В нижней части испарителя выполнены отверстия для отвода топливовоздушной смеси. Газонакопительные камеры связаны между собой газоотводной трубкой. Технический результат заключается в повышении производительности приготовления однородной топливовоздушной смеси. 2 с.п. ф-лы, 1ил.

1. Способ подготовки топливовоздушной смеси путем испарения жидкого топлива с пропитанных пластин гигроскопического элемента в потоке воздуха с образованием горючего газа и смешения последнего с дополнительным потоком воздуха, отличающийся тем, что поток воздуха через гигроскопический элемент подают по касательной вдоль пропитанных пластин гигроскопического элемента. 2. Устройство подготовки топливовоздушной смеси для двигателей внутреннего сгорания экологически чистых транспортных средств, содержащее испарительную камеру, испаритель жидкого топлива в потоке воздуха, соединенный с источником жидкого топлива для пропитки гигроскопических элементов, камеру-накопитель образуемого при испарении горючего газа с дополнительным потоком воздуха, отличающееся тем, что испарительная камера представляет собой цилиндр с двойной стенкой, в полости между наружной и внутренней стенками размещен испаритель жидкого топлива, закрытый сверху крышкой, делящий полость на внутреннюю и внешнюю газонакопительные камеры, канал для подвода воздуха образован внутренней стенкой цилиндра, через которую проходит сквозное воздухозаборное окно для подачи воздуха в испаритель жидкого топлива, в нижней части испарителя выполнены отверстия под углом 180^o от воздухозаборного окна для отвода топливовоздушной смеси соответственно во внутреннюю и наружную газонакопительные камеры, которые связаны между собой газоотводной трубкой, соединенной через газоотводящий канал со смесителем горючего газа с дополнительным потоком воздуха.