Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности автомобилестроение, при создании нового типа автомобильных двигателей, отличающихся повышенной экономичностью и экологической чистотой. Сущность изобретения: двигатель снабжен резервуаром для воды, который через регулятор связан трубопроводами с испарителями, установленными на выпускном коллекторе двигателя, теплообменником, установленным внутри выпускного коллектора, расширителем и, далее, с впускным коллектором двигателя. Для оптимального дозирования подачи топлива в двигатель между карбюратором и впускным коллектором установлена прокладка с регулируемым размером проходного сечения. Вода из резервуара в испарителях превращается в пар, нагревается до температуры приблизительно 400^oС в теплообменнике, "досушивается" в расширителе, далее нагревается, проходя по оставшейся части теплообменника, и в виде перегретого сухого пара поступает в цилиндр двигателя. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в создании нового вида экологически чистых и экономичных двигателей внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий форсунку для впрыска воды в цилиндр, соединенную трубопроводом через теплообменник с водяным насосом [1] Теплообменник помещен в струе выхлопных газов и служит для подогрева воды.

Недостатком этого двигателя является повышенная токсичность выхлопных газов, обусловленная образованием двуокиси азота и окислов углерода при взаимодействии остатков продуктов сгорания топлива и воды, впрыскиваемой в цилиндр.

Наиболее близким к изобретению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускным и выпускным коллекторами, резервуар для воды, регулятор подачи воды, испаритель, установленный на выпускном коллекторе, и теплообменник [2] Однако в этом двигателе смесь, подаваемая в карбюратор, представляет собой сочетание воды, отработавших газов и низкотемпературного пара, поскольку на испарение воды и нагрев пара используется небольшая часть горячих отработавших (выхлопных) газов. Кроме того, попадая из малого объема трубопровода в большой объем карбюратора, смесь охлаждается, что ведет к конденсации имеющегося количества пара. Таким образом, существенного положительного влияния на рабочий процесс в двигателе и на повышение экологической чистоты выхлопа не происходит. Кроме того, за счет использования только незначительного количества тепла отработавших газов нельзя ожидать сколь-нибудь значительного повышения экономичности двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение экономичности и экологической чистоты двигателя внутреннего сгорания.

Цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий резервуар для воды, регулятор подачи воды и испарители, дополнительно снабжен теплообменником, выполненным в виде трубчатой спирали, помещенной внутрь выпускного коллектора, вход спирали соединен с испарительными камерами, а выход с впускным коллектором двигателя. Для повышения степени осушения пара теплообменник снабжен расширителем. Кроме того, двигатель снабжен ограничителем подачи топливной смеси, выполненным в виде прокладки с регулируемым размером отверстия, размещенной между карбюратором и впускным коллектором.

На фиг. 1 представлен предлагаемый двигатель в разрезе; на фиг. 2 прокладка (ограничитель подачи топлива).

Двигатель внутреннего сгорания содержит емкость 1 для воды, связанную через регулятор 2 трубопроводом 3 с двумя последовательно установленными на выпускном коллекторе 4 двигателя испарителями 5, выход последнего из которых связан с входом теплообменника 6, выполненного в виде секций из трубчатой спирали, установленной внутри выпускного коллектора 4. На теплообменнике 6 между секциями предусмотрена установка расширителя 7, представляющего собой камеру большего, чем трубопровод 3 и теплообменник 6 сечения. Выход одной из секций теплообменника 6 связан трубкой 8 с впускным коллектором 9 двигателя. Для регулирования подачи топливной смеси между карбюратором 10 и впускным коллектором 9 установлена прокладка 11 (см. фиг. 2). Она представляет собой основание 12, размер внутреннего отверстия которого регулируется с помощью жалюзей 13, укрепленных по центру винтом 14 таким образом, что, вращаясь вокруг своей оси, они могут полностью или частично перекрывать внутреннее отверстие.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При включении двигатель в течение 1-1,5 мин прогревается на холостом ходу. После нагрева, при нажатии на акселерометр (на чертеже не показан) регулятор 2 подачи воды, соединенный с акселерометром, открывает подачу воды, которая за счет разрежения во впускном коллекторе 9 всасывается в испарители 5 и превращается в пар. Проходя через секции теплообменника 6, пар нагревается до 400^оС. При этом, проходя через расширитель 7, пар "досушивается". Таким образом, во впускной коллектор поступает перегретый сухой пар. С помощью прокладки 11 достигается оптимизация соотношения пар топливо.

Утилизированное тепло выхлопных газов возвращается в камеру сгорания, принося около половины тепла, необходимого для получения механической работы двигателя.

Предлагаемое техническое решение реализовано в устройстве "АКВАДИС", выпускаемом организацией заявителем. Проведенные стендовые и полигонные испытания показали, что: повышается на 50% тепловой КПД двигателя за счет утилизации тепла выхлопных газов; улучшаются условия горения топливной смеси за счет подогрева ее теплом пара и лучшего диспергирования бензина водяным паром; уменьшается в 5-8 раз выброс окиси углерода за счет лучшего сгорания бензина и растворения его остатков в водяном тумане при выхлопе; отсутствует нагар на свечах и поршне в связи с полным сгоранием бензина; отсутствует перегрев двигателя, так как лишнее тепло уносится водяным паром, теплоемкость которого в 1,5 раза выше теплоемкости воздуха; уменьшается выгорание масла и загрязнение его сгоревшими частицами масла, что увеличивает срок службы одной заправки масла без замены в 1,8 раз.

Получаемый экономический и общественно-полезный эффект не вытекает с очевидностью из достигнутого технического уровня. Так, в известных технических решениях попытка утилизации тепла выхлопных газов и повышения КПД вели к одновременному снижению экологической чистоты выхлопа, поскольку смесь выхлопных газов со свежей порцией бензина в присутствии воды вела к образованию и выбросу в атмосферу такого высокотоксичного вещества, как, например, изоперин.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускным и выпускным коллекторами, резервуар для воды, регулятор подачи воды, испаритель, установленный на выпускном коллекторе, и теплообменник, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным испарителем, размещенным на выпускном коллекторе и подключенным последовательно с основным испарителем, теплообменник выполнен двухсекционным, его секции образованы трубчатой спиралью, размещены внути выпускного коллектора последовательно и сообщены с одной стороны с дополнительным испарителем, а с другой - с впускным коллектором, причем вход основного испарителя сообщен с резервуаром для воды через регулятор.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что между секциями теплообменника размещен расширитель, выполненный в виде проточной камеры большего, чем теплообменник, сечения.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен ограничителем подачи топливной смеси, размещенным между карбюратором и впускным коллектором и выполненным в виде прокладки с поворотными вокруг центральной оси ее проточного канала жалюзи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2