Система генерации водородного тумана Российский патент 2021 года по МПК F02M21/02 F02M25/22 

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: Подача водяного водородного тумана в топливовоздушную смесь двигателя.

Система генерации водородного тумана - это устройство для приготовления смеси водяного тумана и газа Брауна, содержит ультразвуковой испаритель воды, закрепленный в специальном баке с выходным отверстием минимум 40 миллиметров. Водородный электролизер с баком закрытого типа, выходное отверстие в 10 миллиметров с кислородно-водородной смесью, трубка вывода кислородно-водородной смеси имеет вывод к впускному коллектору ДВС.

Питание устройства осуществляется с помощью ШИМ контроллера напряжения и преобразователя тока бортовой сети.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с подачей водородного тумана в топливовоздушную смесь.

Относительно близкими аналогами изобретения являются патенты:

RU 2300658 С2 «Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания», опубл. 27.05.2010. Содержится использование водно-топливной эмульсии в двигателе внутреннего сгорания.

RU 2306447 С2 «Способ и устройство для дозирования и приготовления топливно-водной эмульсии, подаваемой в карбюраторные две», опубл. 20.09.2007. Содержится использование водно-топливной эмульсии в карбюраторном ДВС.

RU 2015397 «Устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания», опубл. 30.06.1994.

RU 2390649 «Система для приготовления и подачи водно-топливной эмульсии в двигатель внутреннего сгорания», опубл. 27.05.2010. Описана система для создания и использования водно-топливной эмульсии.

В известных технических решениях вода подается в топливовоздушную смесь в виде горячего пара или мелкодисперсных капель, что требует дополнительных затрат энергии, но не обеспечивает эффективного улучшения мощностных и экономических показателей ДВС, а также не снижает токсичность выхлопных газов.

Прототипом к данному изобретению является техническое решение, которое впрыскивает воду в топливовоздушную смесь в виде мелкодисперсных капель, распыляемых дополнительным воздушным потоком.

Устройство для подачи воды в прототипе содержит водяной жиклер, установленный во впускном патрубке и снабженный управляющим органом. К водяному жиклеру установлен воздушный распылитель, воздух в который поступает из дополнительного воздушного патрубка за счет разрежения во впускном коллекторе, что не увеличивает мощность и экономичность ДВС.

Основной недостаток всех этих технических решений - дорогостоящая аппаратура допрыска воды с помощью насосов, жиклеров, под управлением электронной аппаратуры.

Из опыта применения допрыска воды на форсажных режимах самолетов первой мировой войны известно - лучшее распыление воды повышает эффект, вышеописанные патенты предлагают распыление воды при помощи пониженного давления во впускном коллекторе, и подают воду через жиклер.

Данное изобретение направлено на повышение мощностных и экономических показателей ДВС, характеризующееся впрыском воды в топливовоздушную смесь.

Принципиальная схема системы генерации водородного тумана представлена на чертеже: 1 - гидробак открытого типа для дистиллированной воды; 2 - воздушный фильтр; 3 - указатель уровня жидкости с датчиком; 4 - ультразвуковой испаритель; 5 - электролизер; 6 - гидробак закрытого типа для электролита (раствор гидроксида калия КОН); 7 - гидрозатвор; 8 - впускной коллектор двигателя; 9 - двигатель внутреннего сгорания.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе подачи воды в топливовоздушную смесь двигателя внутреннего сгорания, разработано устройство, позволяющее распылять воду до мельчайших частиц - состояние тумана. Достигается это за счет применения ультразвука на частоте 1,7 МГц, которая разбивает воду на мельчайшие капли, которая после этого попадает в воздушный коллектор. В данном патенте рассмотрено применение холодного водяного пара с кислородно-водородной смесью.

Принцип работы испарителя - колебания высокой частоты мембраны создают в жидкости звуковые волны, которые представляют собой области сжатия и разрежения (повышенного и пониженного давления). В области пониженного давления образуются кавитационные пузырьки, которые представляют собой пузырьки тумана и появляются благодаря тому, что температура кипения воды снижается при снижении давления.

Затем звуковые волны поднимают пузырьки вверх, а так как давление в атмосфере ниже, чем внутри пузырька, то когда он лопается на поверхности - появляется частички тумана. Устройство состоит из генератора частоты, и устройства, основанного на эффекте магнитострикции, которое и колеблет мембрану.

На основном баке с водой, предназначенной для распыления, закреплено устройство для расщепления воды на составляющие - водород и кислород, эта смесь поступает в смеситель и вместе с водяным туманом попадает в ДВС. Кислородно-водородная смесь создает в цилиндре ДВС много локальных очагов возгорания, что позволяет дожечь большее количество топливной смеси в цилиндрах тем самым увеличивая КПД и экологические свойства, водяной туман же - попадая в цилиндры, забирает часть тепловой энергии на себя (так как вода является сильным теплопроводником) и расширяется, создавая дополнительное давление на цилиндры. Тем самым мы получаем увеличение КПД двигателя, полное дожигание топливно-воздушной смеси и снижение выброса оксидов азота за счет понижения температуры выхлопных газов.

Газ Брауна, попадая в ДВС, создает большое количество локальных очагов возгорания, что в свою очередь позволяет дожечь все остатки топлива в цилиндрах. Благодаря этому можно снизить расход топлива на карбюраторных бензиновых двигателях на 20-30%, но на современных топливных системах эффект использования гремучего газа в качестве присадки к основному топливу минимален из-за высокой оптимизации использования топлива.

Далее - мельчайшие частицы H₂O попадают в цилиндры ДВС и встречаются с раскаленными остатками выхлопных газов с предыдущего такта, и моментально расширяются, создавая дополнительно давление на цилиндры во время рабочего такта. Во время этого процесса вода, являющаяся сильным тепло проводником - забирает часть тепловой энергии и снижает общую температуру выхлопных газов. Все эти факторы способствуют снижению выбросов оксидов азота, увеличению топливной эффективности, снижению расхода, и увеличению КПД двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система генерации водородного тумана предназначена для двигателя (9) внутреннего сгорания с искровым воспламенением или для двигателя с воспламенением от сжатия. Система обеспечивает смешивание водяного тумана и водорода с последующей подачей в цилиндры через впускной коллектор (8). Распыление воды происходит при помощи ультразвука. Водород производится при помощи электролизера (5) в раздельных баках. Распыление воды происходит в гидробаке (1) открытого типа для дистиллированной воды с указателем (3) уровня жидкости и ультразвуковым испарителем (4), путем колебания мембраны с частотой 1,7 МГц устройством на эффекте магнитострикции и генератором частоты. Электролизер (5) снабжен гидробаком (6) закрытого типа для электролита в виде раствора гидроксида калия КОН. Технический результат заключается в дожигании большего количества топливной смеси в цилиндрах двигателя. 1 ил.

Система генерации водородного тумана для двигателя внутреннего сгорания с искровым воспламенением или воспламенением от сжатия, заключающаяся в смешивании водяного тумана и водорода с последующей подачей в цилиндры через впускной коллектор, распыление воды происходит при помощи ультразвука, а производство водорода - при помощи электролизера в раздельных баках, отличающаяся тем, что распыление воды происходит в гидробаке открытого типа для дистиллированной воды с указателем уровня жидкости и ультразвуковым испарителем, колебанием мембраны с частотой 1,7 МГц устройством на эффекте магнитострикции и генератором частоты, а электролизер снабжен гидробаком закрытого типа для электролита в виде раствора гидроксида калия КОН.