СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК F02B51/00 F02M27/00 F01N3/00 

Предложение относится к области двигателестроения и автомобилестроения, а именно к способам снижения содержания вредных примесей в отработавших газах и понижения их токсичности. Предложение может быть использовано как в двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине, дизельном топливе и газе, так и в различных видах горелок и отопительного оборудования, работающих на принципе горения воздушно-топливной смеси.

Известен способ снижения токсичности отработавших газов путем применения селективных мембран, проницаемых для кислорода воздуха. Примерами способа являются система разделения воздуха, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания [1], [2], способ и устройство для снижения выбросов в выхлопных газах [3], система переменного обогащения воздуха кислородом/азотом для применения в двигателях внутреннего сгорания [4], способ и устройство для снижения выбросов при работе непрогретого двигателя посредством использования обогащенного кислородом воздуха [5], способ уменьшения токсичности отработанных газов двигателей внутреннего сгорания [6]. Недостатками указанных способов являются снижение мощности двигателя из-за затрачивания дополнительной энергии на прокачивание воздуха через селективные мембраны, необходимость постоянной замены мембран при выработке их ресурса, а также значительное конструктивное усложнение двигателя и системы отвода отработавших газов для создания рециркуляции газов, включая применение устройств, выходящих за габариты двигателя, и систем снабжения его воздухом, топливом и системы выброса отработавших газов.

Известны способы и устройства ионизации воздуха для двигателей внутреннего сгорания, заключающиеся в том, что в подаваемом в двигатель внутреннего сгорания воздухе зажигают газовый разряд (коронный, тлеющий или дуговой). Примерами указанных способов и устройств являются система ионизации воздуха для двигателей внутреннего сгорания [7], система подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания [8], двигатель с эффектом ионизации для двигателей с впрыском топлива [9], устройство для очистки выхлопных газов [10], устройство коронного разряда [11], устройство очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания [12], способ нейтрализации отработавших газов и устройство для его осуществления [13], способ нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания путем их ионизации в нейтрализаторе [14], способ нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления [15]. Недостатком этих способов является сжигание кислорода газовым разрядом с образованием окислов азота до попадания воздуха в камеру сгорания двигателя, что резко снижает эффективность горения топлива, а также сравнительно большие затраты электроэнергии, идущие, в основном, на создание электрического разряда в воздухе, что делает эти способы настолько сложно технически осуществимыми, т.к. газовые разряды требуют напряжения в 100 кВ, что их невозможно практически применять в транспортных средствах.

Известны способы ионизации воздуха, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, с целью очистки отработавших газов, реализуемые в устройствах [16], [17], [18], заключающиеся в том, что воздух, подаваемый в двигатель внутреннего сгорания, пропускают через патрубок, содержащий радиоактивный материал, обеспечивающий радиационное альфа-излучение для обработки подаваемого по патрубку воздуха. Недостатком этих способов является низкая концентрация отрицательных ионов, связанная с тем, что получающиеся в результате облучения воздуха альфа-излучением свободные электроны рекомбинируют с возникающими здесь же положительными ионами и не образуют отрицательных ионов воздуха. Более того, радиационное воздействие непосредственно не раскалывает молекулы газов воздуха, поэтому атомарный кислород не образуется, не повышается окислительная способность воздуха и не повышается эффективность сгорания топлива. Кроме того, при применении указанных способов выбиванием электрона альфа-частицей из молекулы кислорода образуются положительные ионы кислорода, что снижает окислительную способность нейтральных молекул кислорода.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является способ и устройство для очистки выхлопных газов с помощью альфа-излучения [19], включающий обработку воздуха, подаваемого через воздушный коллектор двигателя, альфа-излучением, которое превращает двухатомный кислород в воздухе в сильный окислитель - кислород посредством расщепления молекул кислорода в одноатомный кислород, а также водород в одноатомный водород, которые подаются в двигатель внутреннего сгорания в виде воздуха, содержащего активный кислород, одноатомный кислород и водород для снижения содержания токсических веществ в выхлопных газах. Способ реализуется в устройстве, включающем природный радиоактивный элемент, который излучает альфа-частицы с уровнем излучения 0,001-0,6 беккерель за счет распада радиоизотопа, при этом радиоактивный элемент или устройство, включающее этот элемент, установлены на воздухозаборном коллекторе, выхлопной трубе или топливном шланге оборудования или двигателя с целью удаления токсичных веществ из выхлопных газов.

Недостатком этого способа является низкая концентрация отрицательных ионов вследствие быстрой рекомбинации электронов и положительных ионов воздуха, образующихся при обработке воздуха альфа-излучением. Кроме того, мощность излучения не позволяет обеспечивать диссоциацию вредных для здоровья человека и экологии соединений, содержащихся в отработавших газах, и эффективно нейтрализовать их. К недостаткам указанного способа следует также отнести невозможность практического использования природных радиоактивных элементов, т.к. все они обладают неконтролируемым распадом с испусканием гамма-излучения, бета-излучения и альфа-излучения, при этом гамма- и бета-излучение обладают большой проникающей способностью (от нескольких метров до нескольких десятков метров), что недопустимо по требованиям российских и международных норм радиационной безопасности (см. Таблицу 1) [20].

Более того, заявленное в указанном способе воздействие альфа-, бета- и гамма-излучения не раскалывает молекулы на атомы, а выбивает из молекул электроны, превращая молекулы в положительные ионы, что резко снижает эффективность сгорания. Чтобы добиться распада молекул на атомы, необходимо провести многоступенчатую обработку молекул электронами для выхода на энергию диссоциации того или иного газа. Так, например, для угарного газа (СО) необходимый уровень энергии диссоциации составляет от 7 до 14 эВ в зависимости от температуры и давления газа. В вышеуказанном способе с использованием природного радиоактивного материала учитывается только энергия альфа-частиц, хотя в действительности большая часть энергии излучается бета- и гамма-излучением.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности нейтрализации токсичных примесей в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, упрощение конструкции устройства и установка его в габаритах двигателя внутреннего сгорания и его систем, что дает снижение единовременных затрат на установку устройства в двигатель и затрат на его эксплуатацию.

Поставленная задача решается путем достижения следующих технических результатов: создание высокой управляемой концентрации отрицательных ионов кислорода в воздухе, подаваемом в карбюратор или топливный насос двигателей внутреннего сгорания для повышения эффективности сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания за счет большей окислительной способности воздуха, что позволит снизить содержание вредных примесей в отработавших газах; диссоциация токсичных соединений, содержащихся в отработавших газах, до атомарного состояния, повышение концентрации отрицательных ионов кислорода в отработавших газах для предотвращения повторного образования токсичных соединений и для обеспечения физико-химических реакций, не допускающих повторного образования вредных соединений и обогащения отработавших газов ионизированным кислородом.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что воздух, подаваемый через воздушный трубопровод/коллектор двигателя на участке от воздушного фильтра или, в зависимости от устройства двигателя, газораспределительного устройства до карбюратора или топливного насоса, а отработавшие газы в трубопроводе выброса выхлопных газов обрабатывают потоком альфа-частиц, а после обработки нейтрализуют положительные ионы в воздухе, подаваемом в двигатель внутреннего сгорания через воздушный коллектор с одновременным обогащением воздуха отрицательными ионами кислорода. Энергию альфа-частиц для обработки отработавших газов выбирают так, чтобы обеспечить диссоциацию окислов азота (NO_x), угарного газа (СО) и углеводородов (H_nC_m) при прохождении отработавших газов через систему выхлопа двигателя внутреннего сгорания, а с целью предотвращения повторного образования вредных соединений одновременно обогащают отработавшие газы отрицательными ионами кислорода.

Кроме того, нейтрализуют содержащиеся в подаваемом через воздушный трубопровод в двигатель воздухе положительные ионы, восстанавливая их на поверхности электрода с отрицательным электрическим потенциалом. При этом с целью образования отрицательных ионов кислорода регулируют энергию свободных электронов, содержащихся в воздухе, подаваемом через воздушный трубопровод в двигатель, воздействием электрическим полем, параллельным скорости воздушного потока, так, чтобы энергия электронов находилась в пределах от 0,4 до 2,0 эВ для обеспечения энергии захвата, прилипания и энергии сродства атома кислорода электрону.

Кроме того, путем управления энергией свободных электронов обеспечивают концентрацию отрицательных ионов кислорода в воздухе, подаваемом в карбюратор или топливный насос двигателя внутреннего сгорания, не менее 2·10⁸ см^-3 с коэффициентом униполярности в пределах 0,7 - 1,0.

Снижение токсичных выбросов обеспечивается повышением эффективности сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, что в свою очередь обеспечивается тем, что воздух, обогащенный большим количеством отрицательных ионов кислорода, подается в карбюратор или топливный насос двигателя внутреннего сгорания. Отрицательные ионы кислорода являются более сильным окислителем по сравнению с молекулярным, нейтральным кислородом O₂, что приводит к повышению эффективности окисления углеводородов топлива и, соответственно, повышению эффективности его сгорания. При этом повышение эффективности сгорания топлива определяется тем, что топливо сжигается более полно, что приводит к существенному снижению содержания вредных веществ в отработавших газах двигателя. Существенное повышение эффективности сгорания топлива и, соответственно, снижение содержания токсичных выбросов достигается за счет обеспечения высокой концентрации отрицательных ионов кислорода не менее 2·10⁸ см^-3 с коэффициентом униполярности, стремящимся к 0, в воздухе, подаваемом в карбюратор или топливный насос двигателя внутреннего сгорания.

Указанная концентрация отрицательных ионов кислорода воздуха обеспечивается следующим образом. Сначала воздух, забираемый из атмосферы и прошедший через воздушный фильтр, на участке воздушного трубопровода от воздушного фильтра или газораспределительного устройства с учетом его регулировки до карбюратора или топливного насоса обрабатывают потоком альфа-частиц, вызывающих ударную ионизацию молекул воздуха с образованием положительных ионов и свободных электронов. Свободные электроны проходят через сетчатый электрод для достижения энергий 0,4-2 эВ (диапазон энергий, в которых находятся энергии захвата, прилипания и энергии сродства атома кислорода электрону). Отрицательные ионы кислорода воздуха образуются при прилипании свободных электронов к нейтральным молекулам и атомам кислорода, при условии, что энергия свободных электронов находится в пределах 0,4...2,0 эВ в соответствии с формулой (1):

где O₂ - двухатомный кислород;

е^- - электрон;

O₂ ^- - отрицательный ион молекулы двухатомного кислорода;

О - атомарный кислород;

О^- - отрицательный ион атомарного кислорода.

Для сохранения высокой концентрации свободных электронов необходимо предотвратить их рекомбинацию с положительными ионами и оседание на деталях воздушного трубопровода. Положительные ионы восстанавливают на электроде, выполненном в виде проводящей сетки, сквозь которую пропускают ионизированный воздух. Для этого на сетке поддерживают отрицательный электрический потенциал при помощи источника постоянного тока. Отрицательный потенциал заряженной сетки, регулирующий энергию электронов, позволяет им эффективно взаимодействовать с кислородом воздуха с образованием отрицательных ионов.

Образовавшиеся отрицательные ионы кислорода, попадая в двигатель, обеспечивают более полное сгорание топлива, что уменьшает содержание вредных примесей в отработавших газах, особенно окислов азота, угарного газа и углеводородов.

При сгорании топлива в цилиндре двигателя образуются отработавшие (выхлопные) газы, состоящие, главным образом, из таких вредных для здоровья человека и экологии соединений, как угарный газ (СО), углеводороды (H_nC_m) и окислы азота (NO_x), включая двуокись азота (NO₂), а также небольших количеств двуокиси углерода, серы и соединений свинца. Нейтрализация указанных вредных примесей в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания обеспечивается диссоциацией двуокиси азота, угарного газа и углеводородов в системе выброса отработавших газов двигателя до соединений, безвредных для человека и экологии. Диссоциация осуществляется электронным ударом молекул двуокиси азота (NO₂), угарного газа (СО) и углеводородов (H_nC_m) с переводом их в возбужденное состояние на уровень нестабильного возбужденного состояния (7-15 эВ) в соответствии с нижеприведенными формулами (2), (3) и (4):

где NO₂ - двуокись азота;

Е - энергия электронного удара;

NO - окись азота;

О - атомарный кислород.

где СО - угарный газ;

Е - энергия электронного удара;

О - атомарный кислород;

НС - углеводородное соединение;

С - углерод.

С целью диссоциации двуокиси азота, угарного газа и углеводородов, энергия источника альфа-частиц подбирается так, чтобы во взаимодействии с электрическим полем, созданным электродом в виде проводящей сетки, получить облако свободных электронов с энергией в диапазоне 7-15 эВ, которая вызывает возбужденное состояние молекул вредных примесей и их диссоциацию в отработавших газах двигателя.

Предлагаемый способ можно осуществить с помощью устройства, состоящего из воздушного трубопровода для подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания, в котором на участке между воздушным фильтром или газораспределительным устройством и двигателем помещена камера ионизации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником альфа-частиц с эффективностью излучения не менее 2-10⁸ беккерелей, и трубопровода для выброса отработавших газов двигателя, в котором помещена камера диссоциации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником альфа-частиц с эффективностью излучения не менее 2-10⁸ беккерелей. При этом если используются несколько источников альфа-частиц, то они размещаются с обеих сторон, по меньшей мере, одной вставки, установленной внутрь камеры ионизации воздушного трубопровода для подачи воздуха в двигатель, и, по меньшей мере, одной вставки, установленной в камеру диссоциации, помещенной в резонатор или глушитель системы выброса отработавших газов двигателя.

Кроме того, расстояние между источниками альфа-частиц и стенками камер ионизации и диссоциации в направлении, поперечном потоку воздуха и отработавших газов, не превышает длины пробега в воздухе альфа-частиц, испускаемых источниками альфа-частиц.

Кроме того, стенки камер ионизации и диссоциации и вставки выполнены из непроводящего материала.

Кроме того, вставки снабжены углублениями, в которых установлены источники альфа-частиц, причем их глубина не менее чем на 2 мм превышает толщину источника альфа-частиц. Более того, глубина углублений во вставках выбирается таким образом, чтобы получить такую энергию альфа-частиц, которая необходима для придания свободным электронам энергии возбуждения с целью диссоциации молекул вредных примесей отработавших газов.

Кроме того, длина источника альфа-частиц, установленного на пластине, установленной в камере ионизации, помещенной в трубопровод для подачи воздуха в двигатель, составляет не менее 60 мм.

Кроме того, длина источника альфа-частиц, установленного на пластине, установленной в камере ионизации, помещенной в трубопровод для выброса отработавших газов из двигателя, составляет не менее 60 мм.

Также предлагается устройство, в котором в воздушный трубопровод для подачи воздуха в двигатель и в трубопровод для выброса отработавших газов двигателя дополнительно помещают, по меньшей мере, по одному электроду, выполненному в виде проводящей сетки, расположенной за источником альфа-частиц по ходу потока воздуха в воздушном трубопроводе и отработавших газов в системе выхлопа двигателя, поперек потока воздуха в воздушном трубопроводе и отработавших газов в системе выхлопа, и подключенной к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, положительный вывод которого заземлен.

Кроме того, источник постоянного напряжения представляет из себя умножитель-выпрямитель напряжения с входным напряжением 12 В, подаваемым от автомобильного генератора, и выходным постоянным напряжением в пределах 0,2...1,0 кВ.

Кроме того, расстояние между ближайшими друг к другу электродом для восстановления положительных ионов и сохранения свободных электронов и источником альфа-частиц составляет не менее 1/6h, где h - размер ячейки сетки, из которой выполнен электрод, но не более 20 мм.

Размещение после источника (источников) альфа-частиц по ходу движения потоков воздуха и выхлопных газов, по меньшей мере, по одному электроду, выполненному в виде проводящей сетки, расположенной поперек потока воздуха в воздушном трубопроводе и выхлопных газов в системе выхлопа, подключенной к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, положительный вывод которого заземлен, обеспечивает нейтрализацию положительных ионов, содержащихся в воздухе, подаваемом в двигатель, и выхлопных газах, посредством восстановления их на указанном электроде, а также регулирование энергии свободных электронов, содержащихся в воздухе, подаваемом в двигатель, и в выхлопных газах до значений, определяемых величиной отрицательного потенциала на сетке и расстоянием до ближайшего к ней источника альфа-частиц.

Размещение ближайших друг к другу электрода и источника альфа-частиц на расстоянии не менее 1/6h, где h - размер ячейки сетки, но не более 20 мм, обеспечивает распределение электронов по скоростям со средней энергией в пределах от 0,4 до 2,0 эВ в камере ионизации, помещенной в воздушный трубопровод, что обеспечивает высокую вероятность захвата и прилипания электронов к молекулам кислорода при энергии сродства атома кислорода электрону с образованием отрицательных ионов кислорода, и энергию свободных электронов в пределах 7-15 эВ после прохождения камеры диссоциации, помещенной в резонатор или глушитель системы выхлопа двигателя.

В устройстве используются источники альфа-частиц, которые должны быть изготовлены и аттестованы согласно ГОСТ Р51873-2002 (Источники ионизирующего излучения радионуклидные закрытые. Общие технические требования).

Длина пробега альфа-частиц в воздухе зависит от их энергии, определяемой радиоактивным изотопом, используемым в источнике, и составляет несколько сантиметров. Это величина известна и определяется из таблиц. Например, для изотопа Р₂₃₉ максимальная энергия испускаемых им альфа-частиц составляет 5,1 МэВ, а средняя длина пробега альфа-частиц в воздухе составляет 50 мм. Расстояние между пластинами и стенками камеры не должно превышать длины пробега альфа-частиц, поскольку в ином случае часть воздуха или выхлопных газов не будет обработана альфа-частицами.

Расстояние между ближайшими друг к другу электродом для восстановления положительных ионов и сохранения свободных электронов и источником альфа-частиц выбирается таким, чтобы быть не менее 1/6h, где h - размер ячейки сетки, из которой выполнен электрод, но не более 20 мм. Это связано с тем, чтобы успеть довести энергию электронов в воздушном трубопроводе после прохождения камеры ионизации до требуемого диапазона 0.4-2 эВ, не допустить их рекомбинации с положительными ионами и пропустить электроны сквозь электрод в виде сетки из проводящего материала.

Указанные выше диапазоны значений выходного напряжения источников постоянного напряжения определены опытным путем и позволяет подобрать оптимальный режим работы устройства для данных геометрических размеров и скорости потока воздуха и выхлопных газов. Поскольку входное напряжение не превышает 12 В, обеспечивается простота изготовления и эксплуатация устройства за счет использования генератора автомобиля, что позволяет применять способ и устройство в автотранспорте без подключения к стационарному источнику напряжения.

Существо заявляемых способа и устройства и пример промышленного применения поясняется Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3. В двигатель внутреннего сгорания 1 (см. Фиг.1) подается воздух через патрубок воздушного коллектора 2, систему очистки воздуха с воздушным фильтром 3 и, в зависимости от типа двигателя и автомобиля, газораспределительное устройство 4. Между системой очистки воздуха 3 и карбюратором или топливным насосом двигателя 1 помещена камера ионизации 9. Камера ионизации 9 может быть выполнена в виде отрезка воздушного коллектора и устанавливаться непосредственно после воздушного фильтра или газораспределительного устройства (вариант 9₁) или непосредственно перед карбюратором или топливным насосом (вариант 9₂). В двигатель подается топливо по системе подачи топлива 5. Отработавшие газы удаляются через систему выхлопа, состоящую из резонатора 6, глушителя 7, выхлопной трубы 8. Камера диссоциации вредных примесей в отработавших газах двигателя 10 помещается либо в глушитель (вариант 10₁), либо в резонатор (вариант 10₂).

В камеру ионизации 9 подается воздух 11 (см. Фиг.2), который подвергается обработке потоком альфа-частиц 17, испускаемыми пластиной 13, покрытой радиоактивным изотопом, излучающим альфа-частицы, и изготовленной в соответствии с требованиями ГОСТ Р51873-2002 (Источники ионизирующего излучения радионуклидные закрытые. Общие технические требования). Длина пластины 13 составляет не менее 60 мм, что соответствует техническим условиям вышеуказанного ГОСТ. Пластина 13 крепится в пазах планки 12 фиксации положения источника альфа-частиц в камере ионизации кислорода воздуха. В камеру ионизации 9 также помещен электрод 14, выполненный в виде проводящей сетки, подключенной к отрицательному выводу источника постоянного электрического напряжения 15, положительный вывод которого заземлен, а размер ячейки составляет h. Электрод 14 зафиксирован в требуемом положении диэлектрическим прижимным кольцом 19. В целом камера ионизации 9 выполнена в виде вставки 18 в воздушный коллектор. Воздух 16, обогащенный отрицательными ионами кислорода, поступает в двигатель внутреннего сгорания.

Камера диссоциации 10 для нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания помещается в глушитель 7 или резонатор 6. Отработавшие газы 20, поступающие в глушитель или в резонатор из двигателя внутреннего сгорания, обрабатываются альфа-частицами 23, испускаемыми пластинами 22, установленными во вставку 24, после чего выхлопные газы 21, в которых нейтрализованы вредные примеси, выбрасывают в атмосферу. Электрод 25 в виде проводящей сетки с размером ячейки h подключен к источнику 26 постоянного напряжения и зафиксирован на требуемом расстоянии от источника альфа-частиц двумя диэлектрическими кольцами-держателями 27.

Работает устройство следующим образом. Воздух 11 поступает в воздухозаборный коллектор и попадает в камеру ионизации 9, где обрабатывается потоком альфа-частиц 17, испускаемых источником 13. В результате обработки в воздухе образуются положительные ионы и свободные электроны. Далее воздух проходит через электрод 14, на котором положительные ионы восстанавливаются, получая от сетчатого электрода недостающие электроны. Также в электрическом поле сетки энергия свободных электронов, находящихся в воздухе, доводится до энергий, лежащих в диапазоне 0,4...2,0 эВ. Свободные электроны прилипают к молекулам кислорода, имеющим энергию сродства к электрону, и захватываются ими с образованием отрицательных ионов кислорода. В результате в воздухе создается высокая концентрация отрицательных ионов кислорода, обладающих высоким окислительным действием по отношению к топливу.

Точная настройка устройства для достижения наибольшей эффективности сгорания топлива и нейтрализации вредных примесей в отработавших газах достигается подбором выходных напряжений источников питания электродов и раздельным регулированием энергии альфа-частиц как в камере ионизации, помещенной в систему подачи воздуха в двигатель, так и в системе отвода отработавших газов.

Имеется опыт предварительных опытно-промышленных испытаний заявляемых способа и устройства на автомобиле ГАЗ 3110 2003 года выпуска с соответствующей документацией по анализу расхода топлива, состава выхлопных газов, потребления топлива двигателем, расхода воздуха, времени впрыска, температуры двигателя, содержания угарного газа СН, углекислого газа, кислорода, коэффициента λ в зависимости от нагрузки на двигатель (холостой ход и под нагрузкой), определенных с применением четырехпозиционного газоанализатора Bosch. Для проведения испытаний было изготовлено устройство в виде двух камер, одна из которых - камера ионизации, устанавливалась в воздушном коллекторе двигателя внутреннего сгорания автомобиля ГАЗ 3110 (п.9₂, Фиг.1), а другая - камера диссоциации вредных примесей (СО, CO₂) в резонаторе выхлопной системы автомобиля (п.10₂, Фиг.1). В камеры были помещены пластины с источником альфа-частиц, изготовленным согласно ГОСТ Р51873-2002 (Источники ионизирующего излучения радионуклидные закрытые. Общие технические требования), и электроды в виде проводящей сетки. Наружный диаметр диэлектрического кольца (п.18, Фиг.2) для установки пластин с источником альфа-частиц и сетчатого электрода был равен внутреннему диаметру воздушного коллектора для первой камеры и внутреннему диаметру резонатора выхлопной системы - для второй камеры. Испытания проводились при оборотах двигателя 840, 1500 и 3000 об/мин. Замеры показали существенное снижение выбросов СН и СО в диапазоне оборотов от 840 до 3000 об/мин.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №1665060, опубликовано 12.05.1988.

2. Патент США 6453893, опубликован 24.09.2002.

3. Всемирный Патент №WO 0031386, опубликован 02.06.2000.

4. Патент США №5649517, опубликован 22.07.1997.

5. Патент США №5636619, опубликован 22.07.1997.

6. Патент РФ №2033249, опубликован 20.04.1995.

7. Патент США №5010869, опубликован 30.04.91.

8. Патент США №5487874, опубликован 30.01.1996.

9. Патент Японии № 62195449, 28.08.1987.

10. Патент Японии № 2001087621, опубликован 03.04.2001.

11. Патент США №3979193, опубликовано 7.09.1976.

12. Патент США №6058698, опубликовано 9.05.2000.

13. Авторское свидетельство СССР №977843, опубликовано 30.11.1982.

14. Авторское свидетельство СССР №1221392, опубликовано 26.04.1986.

15. Авторское свидетельство СССР №977842, опубликовано 30.11.1982.

16. Патент США №3678908, опубликован 25.07.1972.

17. Патент США №6536418, опубликован 25.03.2003.

18. Патент Китая № 1464188, опубликован 31.12.2003.

19. Патент США №5941219, опубликован 13.07.1997.

10. Китайгородцев А.И. Фотоны и ядра. М.: Наука, 1982, 208 с.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автомобилестроении и отопительном оборудовании. Изобретение позволяет снизить содержание вредных примесей, понизить токсичность отработавших газов, повысить эффективность нейтрализации токсичных примесей в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, упростить конструкцию устройства и установки его в габаритах двигателя. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что обрабатывают потоком альфа-частиц воздух, подаваемый через воздухозаборный трубопровод двигателя на участке от воздушного фильтра или газораспределительного устройства до карбюратора или топливного насоса, и одновременно другим потоком альфа-частиц обрабатывают отработавшие газы в трубопроводе выброса выхлопных газов. После обработки подаваемого в двигатель внутреннего сгорания через воздушный коллектор воздуха альфа-частицами восстанавливают положительные ионы воздуха, обогащают воздух отрицательными ионами кислорода, а энергию альфа-частиц для обработки отработавших газов выбирают так, чтобы обеспечить диссоциацию окислов азота, угарного газа и углеводородов электронным ударом при прохождении отработавших газов через систему выхлопа двигателя внутреннего сгорания, с одновременным обогащением отработавших газов отрицательными ионами кислорода. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания состоит из воздушного трубопровода для подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания, в котором на участке между воздушным фильтром или газораспределительным устройством и карбюратором или топливным насосом помещена камера ионизации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником альфа-частиц, и трубопровода для выброса отработавших газов двигателя, в котором помещена камера диссоциации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником альфа-частиц. Источники альфа-частиц размещены так, чтобы через зону обработки альфа-частицами в камере ионизации, помещенной в воздуховод, проходил весь воздух, подаваемый в двигатель, а через зону обработки альфа-частицами в камере диссоциации, помещенной в трубопровод системы выброса отработавших газов, проходили все отработавшие газы. По второму варианту в воздухозаборный трубопровод для подачи воздуха в двигатель и в трубопровод для выброса отработавших газов двигателя дополнительно помещают, по меньшей мере, по одному электроду, выполненному в виде проводящей сетки, расположенной за источником альфа-частиц по ходу потока соответственно воздуха или отработавших газов, поперек потока соответственно воздуха или отработавших газов. Каждый из электродов подключен к отрицательному выводу своего источника постоянного напряжения, положительный вывод которого заземлен. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что обрабатывают потоком альфа-частиц воздух, подаваемый через воздухозаборный трубопровод двигателя, на участке от воздушного фильтра или газораспределительного устройства до карбюратора или топливного насоса, и одновременно другим потоком альфа-частиц обрабатывают отработавшие газы в трубопроводе выброса выхлопных газов, отличающийся тем, что после обработки подаваемого в двигатель внутреннего сгорания через воздушный коллектор воздуха альфа-частицами восстанавливают положительные ионы воздуха, обогащают воздух отрицательными ионами кислорода, а энергию альфа-частиц для обработки отработавших газов выбирают так, чтобы обеспечить диссоциацию окислов азота, угарного газа и углеводородов электронным ударом при прохождении отработавших газов через систему выхлопа двигателя внутреннего сгорания, с одновременным обогащением отработавших газов отрицательными ионами кислорода.2. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что нейтрализуют содержащиеся в воздухе, подаваемом через воздухозаборный трубопровод в двигатель, положительные ионы, восстанавливая их на поверхности электрода с отрицательным электрическим потенциалом.3. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что образуют отрицательные ионы кислорода в воздухе, подаваемом в двигатель, путем регулирования энергии свободных электронов, содержащихся в воздухе, подаваемом через воздушный коллектор в двигатель, воздействием электрического поля, параллельным скорости воздушного потока, так, чтобы энергия электронов находилась в пределах от 0,4 до 2,0 эВ.4. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что путем управления энергией свободных электронов обеспечивают концентрацию отрицательных ионов кислорода в воздухе, подаваемом в двигатель внутреннего сгорания, не менее 2·10⁸ см^-3.5. Способ нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что энергию электронов, полученных в результате обработки альфа-частицами отработавших газов при их прохождении через камеру ионизации в системе выхлопа двигателя внутреннего сгорания, обеспечивают в диапазоне от 7 до 15 эВ воздействием электрического поля, параллельного скорости потока отработавших газов.6. Устройство для нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, состоящее из воздушного трубопровода для подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания, в котором на участке между воздушным фильтром или газораспределительным устройством и карбюратором или топливным насосом помещена камера ионизации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником альфа-частиц, и трубопровода для выброса отработавших газов двигателя, в котором помещена камера диссоциации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником альфа-частиц, отличающееся тем, что источники альфа-частиц размещены так, чтобы через зону обработки альфа-частицами в камере ионизации, помещенной в воздуховод, проходил весь воздух, подаваемый в двигатель, а через зону обработки альфа-частицами в камере диссоциации, помещенной в трубопровод системы выброса отработавших газов, проходили все отработавшие газы.7. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.6, отличающееся тем, что расстояние между источниками альфа-частиц и стенками камер ионизации и диссоциации не превышают длины пробега в воздухе альфа-частиц, испускаемых источниками альфа-частиц.8. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.6, отличающееся тем, что стенки камер ионизации и диссоциации и пластины выполнены из непроводящего материала.9. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.6, отличающееся тем, что пластины снабжены углублениями, в которых установлены источники альфа-частиц, причем их глубина не менее чем на 2 мм превышает толщину источника альфа-частиц.10. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.6, отличающееся тем, что углубление во вставке для установки источника(ов) альфа-частиц в камере ионизации, помещенной в воздушный коллектор, составляет величину, необходимую для получения альфа-частиц с такой энергией, которая необходима для обеспечения энергии выбитых из молекул электронов на уровне энергии электронов, обеспечивающих ионизацию кислорода в диапазоне 0,4-2 эВ.11. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.6, отличающееся тем, что углубление во вставке для установки источников альфа-частиц в камере диссоциации, помещенной в систему выхлопа отработавших газов, составляет величину, необходимую для получения альфа-частиц с такой энергией, которая необходима для обеспечения энергии выбитых из молекул электронов на уровне энергии диссоциации молекул вредных примесей, а именно окислов азота (NO_x), угарного газа (СО) и углеводородов (H_nC_m) в отработавших газах в диапазоне 7-15 эВ.12. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, состоящее из воздухозаборного трубопровода для подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания, в котором на участке между воздушным фильтром и двигателем помещена камера ионизации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источников альфа-частиц, и трубопровода для выброса отработавших газов двигателя, в котором помещена камера диссоциации с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником альфа-частиц, отличающееся тем, что в воздухозаборный трубопровод для подачи воздуха в двигатель и в трубопровод для выброса отработавших газов двигателя дополнительно помещают, по меньшей мере, по одному электроду, выполненному в виде проводящей сетки, расположенной за источником альфа-частиц по ходу потока соответственно воздуха или отработавших газов, поперек потока соответственно воздуха или отработавших газов, при этом каждый из электродов подключен к отрицательному выводу своего источника постоянного напряжения, положительный вывод которого заземлен.13. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.12, отличающееся тем, что источник постоянного напряжения представляет из себя выпрямитель-умножитель напряжения с входным напряжением 12 В, подаваемом от автомобильного генератора, и выходным постоянным напряжением в пределах 0,2...1,0 кВ.14. Устройство нейтрализации вредных примесей в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания по п.12, отличающееся тем, что расстояние между ближайшими друг к другу электродом и источником альфа-частиц составляет не менее 1/6h, где h - размер ячейки сетки, из которой выполнен электрод, но не более 20 мм.