СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ПОДАЧИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА И ПАРА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2010 года по МПК F02M25/32 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, использующим устройства для получения и добавления пара.

При сжигании углеводородного топлива часто возникают вредные вещества, концентрация которых в воздухе в густонаселенных и промышленно развитых областях уже сегодня достигает опасных для здоровья человека величин. Внимание сосредоточивается прежде всего на окиси углерода СО, токсичных углеводородах СН_x и окислах азота NO_x. Содержание этих веществ в атмосфере контролируется, и поэтому существуют предписывающие максимально допустимые нормы их присутствия в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, особенно устанавливаемых на автомобилях. Эти требования к чистоте отработанных газов становятся все более жесткими, оказывают значительное влияние на дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания.

Из уровня техники известно изобретение, в котором описан способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания, включающий нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания (см. RU 2136942, 1999, 8 с.). К недостаткам известного изобретения следует отнести невысокий КПД двигателя.

Технической задачей изобретения является повышение КПД двигателя и снижение вредных выбросов в выхлопных газах.

Поставленная задача решается за счет того, что способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания включает нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания, при этом нагрев воды и выделение пара происходит в теплоизолированном бачке, в который предварительно заливают воду, нагревают ее при помощи установленного в бачке радиатора, через который циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя, и при помощи выхлопных газов, поступающих через магистраль, снабженную термоклапаном, перемешивают полученный пар с горячими выхлопными газами, затем смесь выхлопного газа и пара поступает в теплонакопитель, где происходит подогрев и катализ в результате контактирования с никелевым катализатором с последующим перемещением во всасывающий коллектор. Подогрев и катализ производят более одного раза. Используют недистиллированную воду.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство для осуществления способа, на фиг.2 - теплонакопитель, на фиг.3 - наполнение накопителя.

К устройству предъявляются следующие свойствами: должен быть изготовлен из антикоррозийного материала;

должен быть по возможности объемным, на сколько позволяет освобожденное пространство;

как можно больше минимизировать теплоотдачу в окружающее пространство;

во внутренней полости бачка установить тепловой радиатор, по которому циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя.

Устройство состоит из бачка 1 с теплоизоляцией 2 (теплый коврик 5 мм, обернутый тонкой фольгой и стеклотканью, пропитан эпоксидным клеем), горловины 3 с пробкой, электропомпы 4, радиатора 5, клапана 6, электромагнитного клапана 7, теплонакопителя 8, всасывающей трубки 9, наконечника 10, сливного крана 11, магистрали 12, рабочей полости теплонакопителя 13, хомута 14, ушка 15, крепежных элементов 16, элементов 17, 18, выхлопной трубы 19, штуцера 20, горловины с пробкой и встроенным штуцером теплонакопителя 21, пластины 22, никелевых кусочков 23.

Пластины радиатора выполнены из нержавеющей стали для улучшения теплоотдачи. Каждая пластина перед сборкой была заточена по контуру обоюдоостро. Теплонакопитель 8 изготовлен из нержавеющей трубы диаметром 52 мм и длиной 120 мм, разрезан на два элемента 17 и 18. Элемент 17 подгоняется по наружному диаметру выхлопной трубы. Затем перевернув на 180°, сваривается в одно целое. Приваривают четыре ушка 15 и изготавливают два хомута 14. Вовнутрь вваривается пластина 22 с отверстиями, подогнанная по внутреннему контуру. С боков устанавливаются две пластины и завариваются (не показано). После сборки теплонакопитель 8 скрепляется крепежными элементами 16. В нижней части накопителя 8 приваривается штуцер 20, в верхней части изготавливается горловина с пробкой 21, в которую встроен штуцер, аналогичный нижнему. Теплонакопитель заполняется никилиевыми кусочками округлой формы (старые монеты) 23 и закрепляется на выхлопной трубе 19. Выхлопной коллектор подвергается переделке: врезается всасывающая трубка 9, а заслонка подогрева всасывающего коллектора «зима-лето» переводится в положение, соответствующее погодному фактору (не показано). Во всасывающем коллекторе убирается перегородка между дублирующими отверстиями рабочей и форсажной камерами карбюратора. Получается одно большое отверстие в виде эллипса. Между карбюратором и всасывающим коллектором устанавливается карболитовая прокладка, исключающая перегрев карбюратора. Вентилятор принудительного охлаждения снимается и охлаждение осуществляется электровентилятором, срабатывающим от термодатчика при повышении температуры охлаждающей жидкости выше 93°.

Способ осуществляется следующим образом.

Двигатель заводится и прогревается, желательно дисцилированная вода, предварительно залитая в бочок 1 (см. фиг.1), интенсивно нагревается радиатором 5, через который протекает охлаждающая жидкость двигателя, и выхлопными газами, идущими через магистраль 12, которая предварительно пропущена через штатный термоклапан. На конце магистрали 12 прикручивается наконечник 10 с проходным отверстием 0,5 мм. Как откроется термостат, включается электропомпа 4. После прогрева двигателя включается электромагнитный клапан 7. Присутствие пара, частично среагировавшего от контакта с никелем, определяем по резкому скачку оборотов и появляющемуся характерному низкому звуку двигателя. Заслонку открываем после скачка оборотов. Интенсивность подачи пара регулируется в двух режимах: на холостом ходу клапаном 6 и при движении автомобиля свыше 80 км/ч, т.к. при повышенных оборотах двигателя возрастает температура и разрежение внутри полости бачка 1, которые влекут повышенное образование пара, плюс пар, поступающий с выхлопными газами, через магистраль 12, а также через штатную магистраль регенерации газов. Для регулирования на повышенных оборотах применяется дополнительный электромагнитный клапан, врезанный в магистраль бензопровода. Через шток клапана просверливается отверстие диаметром 0,8 мм. В результате около 3 тыс. оборотои выше бензина не хватает. Нехватка покрывается паром.

В случае, если вода кончилась, клапан подачи бензина открывается и чуть прикрывается воздушная заслонка и передвижение осуществляется в обычном режиме. Практика показала, чем хуже бензин (высокая ламинарная скорость горения), тем устойчивее работает двигатель. Даже езда на бензине с октановым числом «59», куда эффективнее, чем на «76». При вакуумном способе нагрева и подачи воды даже зимой, когда в бачке находится лед, выделение пара начинается с небольшим опозданием по сравнению с летним временем. Крайне важна, особенно в зимнее время, просушка двигателя перед стоянкой на ночь или на более длительное время. При снятии головки обнаруживается, что камера сгорания чиста. Расход примерно 6 литров бензина и до 4 литров воды в городском режиме, учитывая, что на штатном топливе расход 12 литров на 100 км. Но показания приблизительные, т.к. езда при такой комбинации углеводородного топлива и пара, где подача последнего в зависимости от нагрузки регулируется пониженным давлением, создаваемым поршнями двигателя внутри полости бачка. Дальнейшее увеличение подачи пара из-за высокой температуры последнего приводит к уменьшению коэффициента наполнения двигателя. А также к понижению индикаторного КПД из-за уменьшения скорости сгорания бензопаровоздушной смеси. Также имеет место горение СО, начинающее гореть при температуре от 700° и выше в присутствии водяного пара, доказательством чему является то, что при отсоединении магистрали регенерации выхлопных газов и закрытии отверстия его подачи заметно снижаются обороты, визуально наблюдаемые по тахометру. Также имеет место образование метана в теплонакопителе в присутствии никелевого катализатора, доказательством тому служит, что при нехватке температуры в теплонакопителе (особенно проявляется в сильные морозы) катализ не происходит и переизбыток несреагировавшего пара и выхлопных газов во время диссоциации пара на Н₂ и O₂ в двигателе отнимает тепло, выделяемое основным топливом; в результате переизбытка двигатель не развивает мощность. Этот момент выравнивается поджатием пара клапаном 6 или утеплением теплонакопителя.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания, включающий нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания, согласно изобретению нагрев воды и выделение пара происходит в теплоизолированном бачке, в который предварительно заливают воду, нагревают ее при помощи установленного в бачке радиатора, через который циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя, и выхлопными газами, поступающими через магистраль, снабженную термоклапаном, с увеличивающейся скоростной интенсивностью, связанной с уменьшением плотности и вязкости при увеличении температуры за счет уменьшения поверхностного натяжения, вызванного разрежением, создаваемым обратным ходом поршня двигателя, перемешивают полученный пар с горячими выхлопными газами, затем смесь выхлопного газа и пара поступает в теплонакопитель, где происходит подогрев и катализ в результате контактирования с никелевым катализатором с последующим перемещением во всасывающий коллектор. Изобретение обеспечивает повышение КПД двигателя и снижение вредных выбросов в выхлопных газах. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания, включающий нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания, отличающийся тем, что нагрев воды и выделение пара происходит в теплоизолированном бачке, в который предварительно заливают воду, нагревают ее при помощи установленного в бачке радиатора, через который циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя, и при помощи выхлопных газов, поступающих через магистраль, снабженную термоклапаном, перемешивают полученный пар с горячими выхлопными газами, затем смесь выхлопного газа и пара поступает в теплонакопитель, где происходит подогрев и катализ в результате контактирования с никелевым катализатором с последующим перемещением во всасывающий коллектор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогрев и катализ производят более одного раза.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют недистиллированную воду.