Приставка к карбюраторному двигателю

 

Использование: в машиностроении, в частности в двигателях внутреннего сгорания для повышения КПД двигателя. Сущность изобретения: приставка к карбюраторному двигателю внутреннего сгорания в составе теплоутилизатора выхлопных газов с системой трубопроводов к карбюратору, теплоутилизаторы от системы охлаждения и выхлопных газов выполнены специальными сосудами, заполненными маслом с вмонтированными радиаторами и термоэлектрогенераторами, выходные клеммы которых подключены к электродам двух специальных сосудов с водой, закрытых специальными крышками, образующими раздельные камеры водорода и кислорода с игольчатыми клапанами, которые системой трубопроводов сообщены между собой и подключены к карбюратору двигателя. А к клеммам электродов, запитанных от полупроводниковых термоэлектрогенераторов системы охлаждения, системой токопроводов с выключателями через реле регулятор подключен аккумулятор. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению.

Общеизвестный тепловой баланс двигателя содержит потеpи тепла, отведенного в систему охлаждения (25-35%) (И.М.Ленин. Теория автомобильных и тракторных двигателей. М. Машиностроение, 1969, с. 287, 288).

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

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

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

Цель достигается тем, что тепловая энергия выхлопных газов и тепла, отводимого системой охлаждения, используются для получения водорода из воды в специальных сосудах с электродами, игольчатыми запорными устройствами с поплавками, которые закрываются специальными крышками. В специальных сосудах вмонтированы полупроводниковые термоэлектрогенераторы. Полупроводниковый термоэлектрогенератор от выхлопных газов и полупроводниковый термоэлектрогенератор от системы охлаждения подключены токопроводами к соответствующим раздельным парам электродов, помещенных в специальных сосудах. Съем тепловой энергии полупроводниковыми термоэлектрогенераторами производится в масляных ваннах, нагреваемых от радиаторов, в одном из которых циркулируют отработанные газы, а во втором жидкость, полупроводниковыми термоэлектрогенераторами от системы охлаждения подключен аккумулятор.

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

Приставка к карбюраторному двигателю включает водяной насос 1 в системе охлаждения двигателя 2, соединенный трубопроводами 3 и 4 с радиатором 5, помещенным в масляной ванне специального сосуда 6 с вмонтированным полупроводниковым термоэлектрогенератором 7, выводы которого подключены к электродам 8, помещенным в водяной ванне специального сосуда 9, закрытого специальной крышкой 10 образующей камеры для водорода 11 и кислорода 12. Крышка содержит игольчатые клапаны 13 с поплавками. Клеммы электродов с выключателями 14 через реле регулятора 15 подключены к аккумулятору 16. Выхлопной коллектор 17 подключен к радиатору 18 помещенного в масляной ванне специального сосуда 19 с вмонтированным полупроводниковым термоэлектрогенератором 20, выводы которого подключены к электродам 21, помещенным в водяной ванне специального сосуда 22, закрытого специальной крышкой 23, образующей камеры для водорода 24 и кислорода 25 с игольчатыми клапанами 26 с поплавками. Кислородные и водородные камеры обоих сосудов сообщены между собой и посредством трубопроводов подключены к карбюратору 27.

Приставка к карбюраторному двигателю работает в такой последовательности. Двигатель 2 начинает свою работу на бензине. По мере наработки водорода в сосудах 9 и 22 двигатель переходит на сжигание бензоводородной смеси. При сжигании водород выполняет роль чистильщика, превращая топливно-водородную смесь из величины постоянной в переменную с оптимальным соотношением воздуха и топлива на тех или иных режимах работы.

Приставка к карбюраторному двигателю работает в такой последовательности. Двигатель 2 начинает свою работу на бензине. Водный насос 1 двигателя 2 перекачивает воду с блока по трубопроводу 3 в радиатор 5. Через стенки радиатора вода передает свое тепло маслу в сосуде 6, а масло в свою очередь нагревает полупроводниковый термоэлектрогенератор 7. Полупроводниковый термоэлектрогенератор 7 превращает тепловую энергию в электрическую. Напряжение, снимаемое с полупроводникового термоэлектрогенератора 7, по проводам через выключатель подается на электроды 8 сосуда 9 для электролиза воды. Выхлопные газы, выходящие с двигателя 2, по трубопроводу 17 проходят через радиатор 18, передают тепло маслу, а оно в свою очередь полупроводниковому термоэлектрогенератору 20 в сосуде 19. Полупроводниковый термоэлектрогенератор 20 превращает тепловую энергию в электрическую. Напряжение, снимаемое с полупроводникового термоэлектрогенератора 20, по проводам через выключатель подается на электроды 21 во второй сосуд 22 для электролиза воды. Выключатели включены при работающем двигателе. Через трубопроводы водород и кислород подаются в карбюратор 27, и двигатель 2 переходит на сжигание бензоводородной смеси. При сжигании водород выполняет роль чистильщика, превращает тепловодородную 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 ВАЗ-2103; для которого: а) полезная мощность Р_п 51 кВт 26% мощности б) мощность, потребляемая системой охлаждения Р_с.о. 66,7 кВт - 34% мощности в) мощность выхлопных газов (тепла) Р_в.г. 68,7 кВт 35% г) мощность, которая затрачена на трение в двигателе: Р_т 10 кВт 5% На фиг. 2 изображена диаграмма указанного распределения мощности. Диаграмма сделана в масштабе 1 мм 5 кВт.

Полная мощность (выхлопных газов и воды системы охлаждения при 5600 об/мин) Р_р Р_в.г. + Р_с.о. 68,7 + 66,7 135,4 кВт (1) Расчет мощности полупроводникового термоэлектрогенератора (КПД полупроводникового термоэлектрогенератора 14%) 135,4 кВт 100% Р_т.э. 14% (2), откуда:

Масса полупроводникового термоэлектрогенератора
(Ум 220 Вт/кг удельная мощность),
следовательно:

Химическая энергия процесса сжигания водорода
2H₂ + O₂ 2H₂O + 484 кДж (5)
Из закона Фарадея

где m масса водорода при электролизе, находим, что:

Минимальное напряжение для разложения воды


Количество водорода, выделяемого при электролизе за 1 с.

Количество водорода, полученного в час (кг)
m₂ m · 3600
m₂ 1,57 x 10^-4 x 3600 5652 x 10^-4 кг (10)
Удельное выделение водорода


Удельный расход бензина

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

Расписываем удельный расход бензина за 1 с.

Средний показатель

Теплотворность бензина 46,2 мДж/кг.

Средний расход бензина в час 5,25 кг.

Энергия бензина
Q_б z · r (8)
Q_б 46,2 х 5,25 242,5 кДж
Теплотворность водорода Z₁ 142 мДж/кг.

Энергия водорода в час
Q_в m₂ · Z.

Q_в 5652 х 10^-4 x 142 80,25 мДж (9)
Энергия бензина в процентном отношении
242,5 мДж 100%
80,25 мДж X₁% (10)
откуда:

Экономия бензина (если учесть, что энергию бензина заменяет энергия водорода)
Q_о.б. Q_б Q_в
Q_о.б. 242,5 80,25 162,25 мДж (12)
162,25 100%
80,25 Х₂% (13)
откуда:

Расчет показывает, что экономия бензина получена с 33% до 50%
Повышение КПД карбюраторного двигателя
51 кВт 26%
19 кВт Х₃% (15)

КПД карбюраторного двигателя повысился и достиг 36%
Экономия бензина по мощности
51 кВт 100%
19 кВт X₄% (17)
откуда:

Проверяем энергию бензина по мощности (если учесть, что энергия бензина заменяется энергией водорода)
P 51 32 кВт
32 кВт 100%
19 кВт X₅%

Общая экономия бензина получается от 33% до 59% это теоретический расчет.

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

Характерно, что 10-15% -ная добавка водорода общий расход бензина уменьшает ровно на половину (Голубев И.Р. Окружающая среда и транспорт. М. Транспорт, 1987).

Достигаемая эффективность от использования изобретения предопределяется тем, что кроме экономии при сжигании бензоводородной смеси нет ядовитых отходов. Чистый выхлоп автомобиля обусловлен резким увеличением степени сгорания бензина. Если в обычных условиях часть бензина недосжигается из-за недостатка воздуха и переходит в продукты неполного сгорания, а попросту говоря, в отравляющие вещества, то водород, кроме экономии бензина, выполняет роль чистильщика.

Формула изобретения

1. Приставка к карбюраторному двигателю внутреннего сгорания в составе теплоутилизатора выхлопных газов с системой трубопроводов, подключенных к карбюратору, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения минимальной токсичности отработавших газов при дальнейшем повышении топливной экономичности, теплоутилизаторы от системы охлаждения и выхлопных газов выполнены специальными сосудами, заполненными маслом с вмонтированными радиаторами и термоэлектрогенераторами, выходные клеммы которых подключены к электродам двух специальных сосудов с водой, закрытых специальными крышками, образующих раздельные камеры водорода и кислорода с игольчатыми клапанами, которые системой трубопроводов сообщены между собой и подключены к карбюратору двигателя.

2. Приставка по п. 1, отличающаяся тем, что к клеммам электродов, запитанных от полупроводниковых термоэлектрогенераторов системы охлаждения, системой токопроводов с выключателями через реле регулятор подключен аккумулятор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3