Устройство для водородного поддува двигателей внутреннего сгорания

 

Использование: системы питания и зажигания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: водородный (водородно-кислородный) поддув осуществляется с помощью клапана с игольчатым запорным устройством, открываемым под действием разрежения в цилиндре. При этом водород (водородно-кислородная смесь) вырабатывается электролизной установкой, работающей от автомобильного аккумулятора при включенном двигателе и работающем генераторе. Применение данного устройства обеспечивает повышение экономичности работы двигателя, полноты сгорания топлива, а также снижение концентрации токсичных веществ в выхлопных газах. Кроме того, данное устройство может быть использовано для газорезных, газосварочных и паяльных работ в полевых условиях. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике в области двигателестроения и может быть использовано для совершенствования систем питания и зажигания в двигателях внутреннего сгорания.

Известна свеча зажигания, имеющая систему подвода топлива и испаритель, отличающийся тем, что с целью повышения надежности воспламенения горючей смеси испаритель выполнен в виде шайбы с центральным отверстием, установленной между торцом изолятора и массовым электродом, причем шайба выполнена из материала, обладающего капиллярностью [1] Известна также свеча зажигания, которая с целью повышения эффективности снабжена кольцом из порошка гидрата металла, размещенным в кольцевой полости, и слоем пористой металлокерамики, размещенным между внутренней поверхностью кольца из порошка гидрата металла и искровым промежутком [2] Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности является запальная свеча для двигателей внутреннего сгорания, содержащая корпус с массовым электродом, закрепленный в корпусе изолятор с центральным электродом и устройство для подачи рабочей среды в зону искрового разряда, размещенное на корпусе свечи, имеющее цилиндрический корпус с камерой и подводящим штуцером, причем в корпусе свечи выполнен соединительный канал, сообщающий камеру устройства для подачи рабочей среды с полостью свечи, в которой расположены рабочие части электродов, отличающаяся тем, что с целью повышения эффективности свечи, устройство для подачи рабочей среды снабжено подпружиненным клапаном с запорной иглой, размещенным в камере, и электромагнитной катушкой, размещенной вокруг цилиндрического корпуса устройства в зоне клапана, причем клапан установлен соосно с электромагнитной катушкой, а игла клапана частично размещена в соединительном канале [3] Данная запальная свеча для двигателей внутреннего сгорания, обеспечивая повышение эффективности и полноты сгорания топлива, значительно усложняет конструкцию системы питания и зажигания двигателей, делает ее менее надежной. Причем наиболее уязвимыми в этом отношении являются электромагнитные катушки, которые необходимо ставить на каждый цилиндр двигателя и вероятность отказа в работе которых достаточно велика. Кроме того, необходимо иметь сложную систему дефицитного водородного питания, работающего под высоким давлением, со всеми вытекающими из этого трудностями и неудобствами.

Задачей изобретения является создание более простой, надежной и практичной системы водородного поддува в двигателях внутреннего сгорания, обеспечивающей повышение экономичности работы двигателя, полноты сгорания топлива, а также снижение концентрации токсичных веществ в выхлопных газах.

Поставленная цель достигается тем, что в зону искрового разряда подается небольшое количество водорода (водородно-кислородной смеси), что значительно повышает энергию и полноту сгорания бензино-воздушной рабочей смеси. При этом в устройстве для подачи рабочей среды в зону искрового разряда, размещенном на корпусе свечи, имеется клапан, открываемый автоматически под действием разряжения в цилиндре во время такта впуска рабочей смеси.

Для фиксации клапана в положении, перекрывающем доступ рабочей среды в цилиндр двигателя, в случае возникновения такой необходимости, предусмотрен эксцентриковый вал с барашком. В этом случае свеча зажигания будет работать в своем обычном режиме без водородного поддува.

Водород (водородно-кислородная смесь) образуется за счет электролитического разложения водного раствора щелочи (NaOH или KON) в электролизной установке, работающей от автомобильного аккумулятора при включенном двигателе и работающем генераторе. При этом из раствора электролита расходуется только вода, разлагаясь на водород и кислород, а щелочь лишь образует электропроводную среду в данном электролите. В процессе работы объем раствора уменьшается, а концентрация его возрастает. При понижении количества электролита для определенного уровня открывается поплавковый игольчатый клапан и электролит пополняется дистиллированной водой до тех пор, пока поплавковый клапан не перекроет отверстие для впуска воды.

Безопасность эксплуатации электролизной установки обеспечивается тем, что генерируемого газа расходуется столько же, сколько и вырабатывается, без накопления его в значительных количествах. Для этой цели используется диафрагменный выключатель, который размыкает электрическую цепь сразу же, как только объем вырабатываемого газа превысит допустимый уровень.

Дополнительную гарантию безопасности дает также водяной затвор, через который генерируемый водород (водородно-кислородная смесь), барботируя, проходит в промежуточную емкость, мембранный выключатель, устройство подачи рабочей среды и в зону искрового разряда.

Для регулирования режимов работы электролизной установки на приборную панель автомобиля выводится ручка управления реостатом и общий выключатель.

Помимо своей основной функции по генерированию рабочей среды для поддува ее в зону искрового разряда, электролизная установка может быть использована для газорезных, газосварочных и паяльных работ в полевых условиях с питанием от аккумулятора при работающем генераторе. С этой целью устройства подачи рабочей среды блокируются эксцентриковыми валами на каждом из цилиндров двигателя. Затем, подключив газогорелочную насадку в составе форсунки, предохранителя с огнегасящей набивкой и подводящих шлангов, можно приступать к газорезным, газосварочным и паяльным работам.

В установке, генерирующей водородно-кислородную смесь, имеется возможность регулировать температуру ее сгорания с помощью состава барботажной жидкости, входящей в водяной затвор. Так, например, введение ацетона в водяной затвор обедняет водородно-кислородную смесь и снижает температуру сгорания, введение же метилового спирта в водяной затвор обогащает смесь и повышает температуру ее сгорания.

На фиг.1 изображена схема устройства для водородного поддува двигателей внутреннего сгорания с подачей рабочей среды к свече зажигания; на фиг.2 - устройство подачи рабочей среды; на фиг.3 газогорелочная насадка.

Источником рабочей среды для водородного (водородно-кислородного) поддува двигателей внутреннего сгорания является электролизер 1 (фиг.1), имеющий герметичный корпус, в котором расположены электроды из трансформаторного или декапированного железа, разделенные прокладками из химически стойкой резины. Электролизер через заливную горловину 2 заполняется до определенного уровня водным раствором (6-8%) щелочи (NaOH или KOH). Через заливную горловину 3 в водяной затвор 4 заливается вода или водный раствор барботажной жидкости, обеспечивающей оптимальные условия работы прибора. Емкость 5 через заливную горловину 6 заполняется дистиллированной водой, расходуемой в процессе работы прибора. Поплавковый клапан 7 служит для автоматического пополнения электролизера через патрубок 8 дистиллированной водой, подаваемой из емкости 5 через кран 9 и гибкий шланг 10. При значительном понижении уровня электролита (например в случае, когда запас дистиллированной воды в емкости 5 иссякнет) намагниченный металлический поплавок с иглой 11, опускаясь вниз, приводит в действие герконовый выключатель 12, отключающий электролизную установку.

Сливные патрубки с кранами 13 и 14 предназначены соответственно для слива электролита и барботажной жидкости. Патрубки 15 служат для передачи рабочей среды из электролизера 1 в водяной затвор 4, в промежуточную емкость 16 и в диафрагменный выключатель 17 с контактором 18. Гибкий газопроводный шланг 19 служит для передачи газа в устройство для подачи рабочей среды 20, закрепляемое на свече зажигания 21, и затем в зону искрового разряда, возникающего от подачи электрических импульсов в высоковольтный провод с наконечником 22 от катушки зажигания 23 и искрового разрядника 24.

К клеммам электролизера 25 подводится постоянное напряжение (12 В) от аккумуляторной батареи 26 и работающего генератора 27 через реостат 28 и общий выключатель 29, ручки управления которых выведены на приборную панель автомобиля.

Устройство для подачи рабочей среды (фиг.2) состоит из металлического корпуса 31 с размещенным в нем игольчатым клапаном 32, поджимаемым к седловине клапана 33 пружиной 34. Через проточку 35 игольчатого клапана 32 и два отверстия в корпусе проходит эксцентриковый вал с барашком 36, удерживаемый в выемке корпуса 37 пружинным фиксатором 38. Для подачи рабочей среды на подводящий штуцер 39 насаживается гибкий шланг 19.

Устройство для подачи рабочей среды навинчивается своим штуцером 40 в резьбовое отверстие 41, высверленное в корпусе свечи зажигания. Герметизация обеспечивается прокладкой 42 между свечой зажигания и корпусом устройства для подачи рабочей среды.

Для расширения функциональных возможностей электролизной установки предусмотрена возможность подключения газогорелочной насадки (фиг.3) для проведения газорезных, газосварочных и паяльных работ. Газогорелочная насадка (фиг.3) состоит из газопроводного шланга 19, подводящего штуцера 43, разборного корпуса 44, заполненного металлическими опилками 45 и металлическими сетками 46. На конусе отводящего штуцера 47 крепится сменная игла 48 (например от медицинского шприца). На корпус газогорелочной насадки 44 устанавливается пластмассовая рукоятка 49.

Устройство для водородного поддува ДВС работает следующим образом (см. фиг.1).

Под воздействием подаваемого на клеммы 25 электролизера 1 постоянного напряжения происходит электролитическое разложение воды на водород и кислород. При этом электролизер может быть конструктивно выполнен как с раздельной генерацией газов (водород на одном электроде, а кислород на другом), так и со смешанным газообразованием, что более экономично.

Вырабатываемый в электролизере 1 газ с помощью соединительных патрубков 15 барботирует (проходит) через воду (водный раствор органического вещества) в водяном затворе 4 и через промежуточную емкость 16 поступает в диафрагменный выключатель 17. Если вырабатывается газа больше, чем его расходуется, то под воздействием увеличивающегося давления газа на диафрагму происходит размыкание контактора 18 и генерация газа в электролизере 1 приостанавливается. С понижением давления газа на диафрагму выключателя электрический контакт в цепи вновь восстанавливается и установка возобновляет работу.

Из диафрагменного выключателя 17 газ по гибкому шлангу 19 поступает в устройство для подачи рабочей среды 20, закрепленное на свече зажигания 21. Устройство подачи рабочей среды (см. фиг.2) работает под действием изменяющегося давления рабочей смеси в цилиндре двигателя. Во время такта сжатия игольчатый клапан 32 плотно прижимается к седловине клапана 33, препятствуя проходу газа. Во время такта впуска под воздействием разряжения в цилиндре 30 игольчатый клапан открывает доступ генерируемого газа в полость свечи зажигания и в зону искрового разряда.

Для отключения водородного поддува с одновременным восстановлением первоначальной компрессии необходимо блокировать работу устройства подачи рабочей среды эксцентрикового вала 36, который плотно прижмет игольчатый клапан 32 к седловине клапана 33.

В процессе работы прибора вода в растворе электролита расходуется и автоматически восполняется с помощью поплавкового клапана 7 (фиг.1), корпус которого сделан из немагнитного материала. С понижением уровня электролита в камере поплавкового клапана 7 намагниченный металлический поплавок 11 с запорной иглой опускается вниз и дистиллированная вода поступает до тех пор, пока игольчатый клапан металлического поплавка вновь не перекроет входное отверстие в седловине клапана. В случае резкого понижения уровня электролита в электролизе намагниченный металлический поплавок 11, опускаясь вниз, вызывает размыкание контактов герконового выключателя 1 и прекращение работ электролизера.

Включение и выключение электролизной установки, а также регулирование режимов ее работы осуществляется общим выключателем 29 и ручкой управления реостата 28.

Для проведения газорезных, газосварочных и паяльных работ необходимо заблокировать подачу водородно-кислородной смеси в каждом из цилиндров двигателя поворотом барашка эксцентрикового вала 36 на устройствах для подачи рабочей среды (фиг. 2).

Гибкий газопроводный шланг 19 от штуцера диафрагменного выключателя 17 (фиг.1) подключается к штуцеру газогорелочной насадки (фиг.3). Газогорелочная насадка работает от электроэнергии, вырабатываемой автомобильным генератором 27 при работающем двигателе. Интенсивность газовой струи и температура ее горения регулируется с помощью реостата 28 (фиг.1), установленного на приборной панели автомобиля. Для удобства в работе электролизная установка, закрепленная внутри капота на хомутах в виде единого блока, может быть снята и перенесена к месту работ насколько это позволят провода-удлинители.

Формула изобретения

Устройство для водородного поддува двигателей внутреннего сгорания с подачей рабочей среды к свече зажигания, содержащей корпус с массовым электродом, закрепленный в корпусе изолятор с центральным электродом, и устройство для подачи рабочей среды в зону искрового разряда, размещенное на корпусе свечи и снабженное клапаном с игольчатым запорным устройством, отличающееся тем, что клапан с игольчатым запорным устройством открывается автоматически под действием разрежения в цилиндре, причем устройство для подачи рабочей среды снабжено эксцентриковым валом, позволяющим перекрывать доступ рабочей среды в цилиндр двигателя, рабочая среда (водород или смесь водорода с кислородом) подается в зону искрового разряда из электролизной установки, питающейся от автомобильного генератора с аккумулятором и состоящей из электролизера с раствором электролита, промежуточной емкости, водяного затвора, диафрагменного выключателя, поплавкового клапана с герконовым выключателем, емкости с дистиллированной водой, реостата и общего выключателя, при этом устройство выполнено с возможностью подключения газогорелочной насадки для газорезных, газосварочных и паяльных работ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3