Приставка к карбюраторному двигателю с воздушным охлаждением

 

Использование: в машиностроении, в частности в двигателестроении. Сущность изобретения: приставка к карбюраторному двигателю внутреннего сгорания с воздушным охлаждением в системе охлаждения и в системе отработанных газов с системой трубопроводов, подключенных к карбюратору, причем в системе охлаждения и в системе выхлопных газов клеммы подключены к электродам двух сосудов с водой, закрытых специальными крышками, образующими раздельные камеры водорода и кислорода, которые системой трубопроводов сообщены между собой и подключены к карбюраторному двигателю, причем набор батарей полупроводниковых термоэлектрогенераторов через провода подключен к электродам электролиза и через реле регулятор к аккумулятору двигателя. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению.

Общественный тепловой баланс двигателя содержит потери тепла отведенного в системе охлаждения цилиндра (26-30%) (Ленин Н.М. Теория автомобильных и тракторных двигателей. М. Машиностроение, 1969, с. 286, 288).

Известно также устройство, позволяющее использовать части тепловой энергии выхлопных газов для повышения экономичности двигателя (авт.свид. N 901601, 1980).

Недостатком известного устройства является недостаточная экономичность двигателя, вследствие неиспользования тепловой энергии выхлопных газов.

Цель изобретения обеспечение минимальности токсичности отработанных газов при дальнейшем повышении тепловой экономичности двигателя.

Цель достигается тем, что тепловая энергия выхлопных газов и тепла цилиндров используется для получения водорода из воды в специальных сосудах с электродами. На цилиндрах двигателя и в системе выхлопных газов вмонтированы теплоэлектрогенераторы. Теплоэлектрогенератор от системы выхлопных газов и теплоэлектрогенератор цилиндров подключены токопроводами к соответствующим раздельным парам электродов, помещенных в специальных сосудах.

Через выключатель реле регулятора к зажимам теплоэлектрогенератора подключен аккумулятор.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - диаграмма распределения составленных мощностей прототипа; на фиг.3 диаграмма распределения составляющих мощностей двигателя с предлагаемой приставкой.

Приставка к карбюраторному двигателю с воздушным охлаждением включает термоэлектрогенератор 1, установленный на цилиндрах двигателя 2 (который показан в разрезе). Для электроизоляции между цилиндрами и полупроводниковым термоэлектрогенератором установлена электроизоляционная слюда 3. Полупроводниковый термоэлектрогенератор скреплен термоизоляцией 4 и обдувается воздухом 5. Выводы термоэлектрогенератора подключены к электродам 6, помещены в водяной ванне специального сосуда 7, закрытого специальной крышкой 8, образующей камеры для водорода 9 и кислорода 10. Выхлопной коллектор 11 подключен к электроизоляционной трубе 12 с вмонтированным термоэлектрогенератором 13, выводы которого подключены к электродам 14, помещенным в водяной ванне специального сосуда 15, закрытого специальной крышкой 16, образующей камеры для водорода 17 и кислорода 18.

Клеммы электродов с выключателем 19 через реле регулятор 20 подключены к аккумулятору 21. Кислородные и водородные камеры обоих сосудов сообщены между собой и посредством трубопроводов подключены к карбюратору 22.

Приставка к карбюраторному двигателю с воздушным охлаждением работает в такой последовательности. Двигатель начинает работу на бензине. Через некоторое время нагреваются цилиндры двигателя 2. При нагревании цилиндров тепло отводится полупроводниковому термоэлектрогенератору 1.

Полупроводниковый термоэлектрогенератор превращает тепловую энергию в электрическую. Напряжение, снимаемое с термоэлектрогенератора 1, по проводам через выключатель подается на электроды 6 в сосуд 7 для электролиза воды.

В свою очередь, выхлопные газы отдают свою энергию полупроводниковому термоэлектрогенератору 13, который установлен в электроизоляционной трубе 12 выпускного коллектора 11.

Здесь происходит превращение тепловой энергии выпускных газов в электрическую. Напряжение, снимаемое с термоэлектрогенератора 13, по проводам через выключатель подается на электроды 14, во второй сосуд 15 для электролиза воды. Выключатели включены при работающем двигателе. Через трубопровод водород и кислород подаются в карбюратор 22 двигателя. По мере наработки водорода двигатель переходит на сжигание бензоводородной смеси. При сжигании водород выполняет роль чистильщика, превращает топливно-водородную смесь из величины постоянной в переменную с оптимальным соотношением воздуха и топлива на тех или иных режимах работы.

Протекание процесса сжигания рассмотрим на примере двигателя автомобиля ЗАЗ-968, для которого a) полезная мощность РпX30 кВт 24% б) мощность нагревания цилиндров Рн.ц 45 кВт 38% в) мощность выхлопных газов Рв,г 43 кВт 35% г) мощность, которая затрачена на трение Рт-6 кВт 5% На фиг. 2 изображена диаграмма указанного распределения мощности. Диаграмма сделана в масштабе 1 мм 5 кВт.

Полная мощность (выхлопных газов и тепла нагревания цилиндров) Рр Рвг + Рн.ц, Р 43 + 45 88 кВт. (1) Расчет мощности полупроводникового термоэлектрогенератора (н.п.д. полупроводникового термоэлектрогенератора 14%)
88 кВт 100%
Рт.о 14% (2)
(3)
Масса полупроводникового термоэлектрогенератора (Ум 220 Вт/кг удельная мощность).

m₁ P_т.о./Y_м
(4)
Химическая энергетика процесса сжигания водорода.

2H₂ + O₂ 2H₂O + 484 кДж (5)
Закон Фарадея
(6)
F число Фарадея;
n валентность;
A атомная масса;
g W/U,
где W 484 кДж; (7)
m₂ масса водорода при электролизе.

Минимальное напряжение для разложения воды

m₂ 4 кг Н₂, потому что на разложение 2 кмоль Н₂O выделяется с нее 4 кг Н₂ и затрачивается 484 кДж энергии
(8)
Количество водорода, выделяемого при электролизе за 1 с,

(9)
Количество водорода, полученного в час,
m₂ m·3600,
m₂ 0,99·10·3600 3564·10^-4 кг (10)
Удельное выделение водорода за 1 с
(11)
Удельный расход бензина

(Литвинов А. С. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. М. Машиностроение, 1989).

Рассчитываем удельный расход бензина 1 с
(13)
(14)
Средний показатель
(15)
Теплотворность бензина
Z 46,2 МДж/кг
Средний расход бензина в час τ = 3,1 кг
Энергия бензина:
Q_б= Z·τ
Qб 46,2·3,1 143,22 МДж (16)
Теплотворность водорода
Z₁ 142 МДж/кг
Энергия водорода

(17)
Экономия бензина в процентном отношении
143,22 100%
50,61 x
(18)
Экономия бензина (если учесть, что энергию бензина заменяет энергия водорода).

Qo.б 143,22 50,61 92,61 МДж (19)
92,61 МДж 100%
50,61 x
(20)
Расчет показывает, что экономия бензина получена с 35% до 55%
Экономия бензина
30 кВт 100%
12 кВт x₃
по мощности (21)
Проверяем экономию бензина по мощности (если учесть, что энергия бензина заменяется энергией водорода) Р Рп-Рт.о
P 30-12 18 кВт (22)
18 кВт 100%
12 кВт X₄
(23)
Общая экономия бензина получена с 35 до 67% это теоретический расчет.

Проверяем в процентном отношении добавку водорода к бензину по удельному расходу из пропорции:



Характерно, что 10-15%-ная добавка водорода снижает общий расход бензина на половину (Голубева И.Р. Окружающая среда и транспорт. М. Транспорт 87. Повышение КПД карбюраторного двигателя)
30 кВт 24%
12 кВт x₆%

КПД карбюраторного двигателя повышается до 34%
Эффективность изобретения заключается также в том, что кроме экономии при сжигании бензоводородной смеси нет ядовитых отходов.

Чистый выхлоп автомобиля обусловлен резким увеличением степени сгорания бензина.

Если в обыкновенных условиях часть бензина недосжигается из-за недостатка воздуха и переходит в продукты неполного сгорания, а попросту говоря, в отравляющее вещество, то водород кроме экономии бензина выполняет роль чистильщика.

Формула изобретения

Приставка к карбюраторному двигателю внутреннего сгорания с воздушным охлаждением в системе охлаждения и в системе отработанных газов с системой трубопроводов, подключенных к карбюратору, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения минимальной токсичности отработанных газов и повышения КПД двигателя, при дальнейшем повышении топливной экономичности и заборе тепла набором батарей полупроводниковых термоэлектрогенераторов в системе охлаждения и в системе выхлопных газов, клеммы подключены на электролиз к электродам двух сосудов с водой, закрытых специальными крышками, образующими раздельные камеры водорода и кислорода, которые системой трубопроводов сообщены между собой и подключены к карбюратору двигателя, причем набор батарей полупроводниковых теплоэлектрогенераторов через провода подключен к электродам электролиза и через реле регулятора к аккумулятору двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3