Устройства экономии топлива для теплового двигателя

 
Содержание 

Введение.

Зимним утром 1 декабря 1783 года десятки тысяч парижан любовались редкостным зрелищем. Господин профессор  консерватории искусств и ремесел  Жак Александр Шарль совершил почти трехчасовой полет на воздушном  шаре, наполненном по его предложению  «горючим воздухом». Так называли тогда  водород, открытый Кавендишем в 1766 году.

Более 150 лет честно служил водород воздухоплавателям. Им наполняли  оболочки первых примитивных воздушных  шаров и гигантских дирижаблей тридцатых  годов. А теперь водород из эры  воздухоплавания перешел в эру  космонавтики как эффективное ракетное топливо.

Последнее время название первого элемента таблицы Менделеева все еще употребляется со словом «будущее»... По мнению многих специалистов, только с помощью самого легкого  вещества на Земле удастся распутать  узел проблем и противоречий современной, а особенно завтрашней энергетики, наземного и воздушного транспорта.

Днем и ночью, на суше и  в море, в тайге и пустыне  работают буровые вышки. Сотни миллионов  тонн нефти перекачивают по трубам, везут на поездах, в супертанкерах, вмещающих целые озера, на перегонные заводы. Миллионы автомобилей нетерпеливо  ждут своей порции бензина. И большая  часть этого возвращается Земле  клубами ядовитых выхлопных газов. Проблема загрязнения становится жизненно важной.

Но чем заменить привычный  бензин?

Запасы нефти скоро  закончатся, а что взамен?

Как известно, углеводородное топливо, без которого  немыслима  современная цивилизация, во всем мире весьма дорогое, и по ряду объективных  причин оно  будет и далее дорожать. Поэтому ученые многих стран активно  работают над созданием альтернативы углеводородному топливу, а также  над технологиями по радикальному снижению его потребления в частности, над экономичным  топливным транспортом  с тепловыми моторами. Наиболее эффективные  технические решения для энергетического  совершенствования такого транспорта предлагаются на основе полезного использования  воды и бросового тепла,  выделяемого  в изобилии всеми тепловыми машинами. Как известно до сих пор, их Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) не более 20%. Особенно перспективно применение на тепловом транспорте оригинальных простых парогазовых реакторов, вырабатывающих синтез газ, в качестве замены основному топливу с экономией от 30 до 70%.

Именно такое прорывное  техническое решение и рассмотрено  в данном реферате.   Предложено простое  устройство для радикальной экономии топлива в двигателе внутреннего сгорания, на основе стандартного электрогидромеханического устройства для омывки смотрового стекла автомобиля, содержащего накопительную емкость для воды, электронасос, присоединенный по цепи электропитания к бортовой аккумуляторной батарее, две водяные форсунки – распылители воды, шланг для подачи воды в электронасос и шланг, соединяющий выход электронасоса с этими водяными форсунками.

Для экономии топлива двигатель внутреннего сгорания (ДВС)  в известное устройство добавлен дозатор воды, размещенный в подающем шланге, между электронасосом и этими форсунками, испарительный реактор для приготовления паротопливного газа, размещенный плотно на выпускном коллекторе теплового, обратный клапан, жаропрочные шланги  и штуцеры, ввернутые в выпускной коллектор, в испаритель и в воздушный тракт ДВС, соединенные жаропрочными шлангами  для соединения испарителя воды и реактора между собою и с выпускным коллектором ДВС. Причем первая водяная форсунка установлена выходным соплом непосредственно в воздушном тракте двигателя, а вторая водяная форсунка через обратный клапан присоединена к испарителю воды. размещенному на выпускном коллекторе ДВС, причем на вход испарителя присоединен жаропрочным шлангом через штуцер –дополнительный отвод с выпускного коллектора ДВС,  а выход испарителя присоединен через штуцеры иным жаропрочным шлангом к воздуховоду ДВС, за воздушным фильтром, причем в известное устройство  также добавлены  также электронный широтно-импульсный регулятор напряжения, электрически включенный между аккумуляторной батареей  и клеммами электропитания упомянутого электронасоса, причем устройство дополнено   также релейным датчиком температуры двигателя, и датчиком расхода топлива, подключенными на  входы  устройства управления  регулятора напряжения.

Вследствие высокой температуры  в камерах сгорания прогретого двигателя , влага из влажного воздуха и влажный паротопливный газ мгновенно испаряется, создавая дополнительную силу давления на поршни, а затем эта испаренная влага частично превращается (диссоциирует )термическим способом  в водород и кислород, которые эффективно сгорают вместе с топливной смесью. В результате, дозированная подача воды в воздушный тракт ДВС приводит  к существенной экономии  топлива на всех режимах работы прогретого двигателя.

12. Устройства экономии топлива для теплового двигателя

Полезная модель относится  к устройствам экономии топлива  и снижения токсичности выхлопных  газов тепловых двигателей внутреннего  сгорания (ДВС). Точнее,  данная полезная модель относится к устройствам  подачи воды в ДВС. История добавления воды в ДВС насчитывает около 100 лет. Появление идеи и первых устройств впрыска воды в ДВС возникло сразу же с его изобретением. Что-то подобное уже делали, например, в топках паровозов, котельных установках, практически везде, где происходил процесс сгорания. Да и сейчас, в инструкциях эксплуатации топок, турбин ТЭЦ есть нормативы, рекомендующие впрыскивать пар или воду в зону горения . Однако известные устройства сложны, энергозатратны  и не приспособлены для применения для экономии топлива в ДВС, а простых и апробированных конструкций устройств такого типа пока  нет. Наиболее близко по техническому решению и составу существенных признаков к заявляемой полезной модели стандартное автомобильное электрогидромеханическое устройство для подачи воды – омыватель смотрового стекла автомобиля.

Серийное автомобильное  устройство для омывки стекол авто, содержащее: устройство подачи и распыления воды, включающее  емкость с водой, миниэлектронасос, подающие  шланги, распылительные форсунки и бортовой источник электропитания, присоединенный к нему через электрический тумблер (прототип - электроустройство омывки смотрового стекла в книге «Электрооборудованию автомобилей ВАЗ «, издат. «За рулем»,2008 г., с. 96). Сущность  работы прототипа состоит в создании электронасосом давления воды  на его выходе, которое и приводит к подаче воды из накопительной емкости по шлангам к водяным форсункам и к распылению воды на смотровые стекла автомобиля с целью их очистки от грязи и пыли.

При всех достоинствах и  пользе применения прототипа, это известное  устройство не приспособлено для  подачи воды непосредственно в ДВС, поскольку не имеет  дозатора и  регулятора подачи воды, в нем также  нет и устройства подачи воды в  сам ДВС. Целью предлагаемого  технического решения (данной полезной модели), является конструктивная доработка  прототипа, для полезного применения его в  качестве устройства экономии топлива ДВС,  конкретнее, устранение существенных недостатков прототипа, для расширение  сферы его применения в качестве устройства экономии топлива в ДВС. Иными словами, целью полезной модели является модернизация известных серийных простых электрогидромеханических устройств для омывки стекол автомобилей применительно к подаче воды в камеры сгорания тепловых ДВС.

Технический результат в  данной полезной модели достигается  тем, что в известное серийное автомобильное электрогидромеханическое устройство для омывки лобового смотрового стекла, содержащее накопительную емкость для воды, электронасос, присоединенный по цепи электропитания к бортовой аккумуляторной батарее, две водяные форсунки для распыления воды, шланг для подачи воды в электронасос из накопительной емкости,   тройник, и шланги, соединяющий выход электронасоса через тройник с этими водяными форсунками, для достижения цели (экономии топлива в ДВС),  в известное устройство добавлен дозатор воды, размещенный в подающем шланге, между электронасосом и этими водяными форсунками, испарительный реактор, предназначенный для термического приготовления паротопливного газа, размещенный плотно на выпускном коллекторе теплового двигателя, обратный клапан, жаропрочные шланги  и  штуцеры, ввернутые в выпускной коллектор, в испаритель и в воздушный тракт ДВС , причем испарительный реактор соединен первым  жаропрочным шлангом с выпускным коллектором теплового двигателя, и вторым  жаропрочным шлангом выход   испарительного реактора соединен  с патрубком воздушного тракта теплового двигателя, за воздушным фильтром, причем первая водяная форсунка установлена выходным соплом непосредственно в патрубке воздушного тракта двигателя, а вторая водяная форсунка через обратный клапан присоединена к испарительному реактору.

Причем в известное  устройство  также добавлены  также электронный широтно-импульсный регулятор напряжения, электрически включенный между аккумуляторной батареей  и клеммами электропитания упомянутого  электронасоса, причем устройство дополнено   также релейным датчиком температуры  двигателя, и датчиком расхода топлива, подключенными на  входы  устройства управления  регулятора напряжения.

1. Описание устройства в статике

Устройство полезной модели показано  упрощенно в виде блок- схемы (рис.1) и содержит   емкость 1 для воды, водяной  электронасос  2, электрически присоединенный  к  бортовой  аккумуляторной батарее 3, через регулятор напряжения 4 (широтно-импульсный), причем на вход его устройства управления 5,  присоединен датчик температуры  двигателя 6, и датчик расхода топлива  7. Устройство содержит также гибкий водный шланг 8 , первый дозатор 9 и первую форсунку 10, воздушный тракт 11 и воздушный фильтр 12, а также и вторую форсунку 13 и второй дозатор воды 14, обратный клапан 15 (клапан давления), и дополнен испарительным реактором16,штуцерами 17, 18, 19 и 24 , а также двумя  жаропрочными шлангами 20, 21. Блок рабочих цилиндров ДВС 22 соединен  по входу с воздушным трактом 11, а по выходу с выпускным коллектором 23, на котором плотно размещен испарительный реактор 16.   Выход электронасоса 2  присоединен гибким силиконовым шлангом 8 через дозатор 9 к первой водяной форсунке 10 , выходное сопло которой установлено в воздушном тракте 11 теплового двигателя после его воздушного фильтра 12. Вторая водная форсунку 13 , присоединена через второй дозатор 14, и через обратный клапан 15 и тройник 16 к центральному  водяному шлангу 8, подающему воду от электронасоса 2, причем сопло второй форсунки 13  размещено плотно  в корпусе испарительного реактора 16 . Через штуцер 17, размешенный в реакторе 16  и штуцер 24, размещенный на выпускном патрубке 23 и через шланг 20 осуществляется подача выпускных горячих газов в испарительный реактор 16,  а через штуцеры 18, размещенный в испарительном реакторе 16 и штуцер 19, вмонтированный в воздуховод 11 сразу за воздушным фильтром 12 , соединенных между собою жаропрочным шлангом 21 осуществляют подачу паротопливного газа из испарительного  реактор 16 в воздушный тракт 11 теплового мотора.

Устройство экономии топлива ДВС

1.2 Описание устройства в динамике

Полезная модель (рис.1) работает следующим образом. Вначале заливают воду в емкость 1 . Затем  включают и прогревают двигатель внутреннего  сгорания (он показан на рис. 1 только частично). Затем при прогреве двигателя до 90 градусов, по команде релейного датчика температуры 6, срабатывает реле (не показано) и через устройство управления 5 включается в работу широтно-импульсный регулятор напряжения 4, подающий напряжением питания с аккумуляторной батареи 3 на электронасос 2 .Величина выходного напряжения с выхода  регулятора 4 определяется (задается) устройством управления 5 в зависимости от величины сигнала с датчика расхода топлива 7. Электронасос 2 подает воду из емкости 1 с регулируемым расходом и под регулируемым давлением через выходной шланг 8, дозатор 9 в форсунку 10. Эта вода  по шлангу  8 подается от электронасоса 2  в форсунку 10, в дозированном количестве в зависимости от режима работы ДВС, и   распыляется соплом форсунки 10 в воздушном тракте 11 ДВС,  сразу после воздушного фильтра 12 .Во  впускном воздушном тракте 11  распыленная вода быстро смешивается с воздухом  и далее увлажненный таким способом воздух поступает вместе с топливом в камеры сгорания  ДВС 22.  В испарительный реактор 16 поступают вода через форсунку13, и через штуцеры17, 24 и шланг 20 подведены в него   и горячие выхлопные газы.  В результате, благодаря сложным термохимическим реакциям, испарительный реактор 16 вырабатывает внутри себя, вследствие  сложного многостадийного взаимодействия теплоты, воды, пара и выхлопных газов – горючий синтетический влажный водородосодержащий углеводородный паротопливный газ. Его подают  по штуцерам 18,19 через жаропрочный шланг 21, одновременно  с водою, в воздушный тракт 11.