Способ улучшения пусковых характеристик, повышения мощности и уменьшения токсичности отходящих из камеры сгорания газов двигателей внутреннего сгорания и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам и устройствам для обработки впускного заряда в двигателе внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности сгорания заряда при упрощении конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что образование озона с концентрацией до 2 об.% в воздухе осуществляется непосредственно в воздушном коллекторе двигателя в регулируемом искровом разряде при импульсном напряжении 3-10 кВ и частоте импульсов 50-60 Гц. Устройство для реализации способа состоит из источника импульсного напряжения и искрового разрядника, размещенного в воздушном коллекторе двигателя, при этом катушка зажигания мощностью 25-40 Вт управляется задающим генератором импульсов с частотой 50-60 Гц, а искровой разрядник размещается в вставке воздушного коллектора и имеет приспособление для регулировки зазора между электродами искрового разрядника в пределах 1-2,5 мм. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Современные двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков: трудности запуска при низких температурах окружающей среды, недостаточно высокая полнота сгорания топлива, повышенная токсичность отходящих из камеры сгорания газов и др.

Известен способ улучшения указанных характеристик (Калашников Ю.Д., Матюшенко О.И. Патент России 2020258, патент Франции 2534635) за счет создания запрограммированных искровых разрядов в камере сгорания.

Другой известный способ (Добролюбов В.А., Патент России 2046196) основан на добавлении в горючую смесь кислорода и водорода, воспламенение которых осуществляется в предварительной камере, и этот микровзрыв обеспечивает зажигание углеводородной горючей смеси в камере сгорания.

Ближайшим аналогом следует считать способ обработки свежего заряда двигателя внутреннего сгорания путем добавки к горючей смеси озона, в том числе, при помощи размещенного во впускном коллекторе искрового разрядника (патент России 2135814, МПК F 02 M 27/04, опубл. 27.08.1999).

Известные способы не обладают высокой эффективностью, а устройства для их реализации оказались весьма сложными.

Предлагаемое изобретение может решить эту задачу путем добавления в углеводородную горючую смесь озона, причем озон образуется непосредственно в воздушном коллекторе двигателя.

Озон является высокоактивным окислителем. Повышение его концентрации в воздушном коллекторе двигателя до 2 об.% существенно улучшает пусковые качества двигателя, повышает реакционную способность горючей смеси и, как следствие, полноту сгорания, и, соответственно, мощность двигателя. Образование озона осуществляется в воздушном коллекторе в искровом разряде при импульсном напряжении 3-10 кВ. Импульсное напряжение создается обычной катушкой зажигания, работающей от управляющего импульсного генератора с частотой 50-60 Гц.

Опыт промышленных озонаторов показывает, что для получения 100 г озона из кислорода воздуха требуется 600 Вт-ч электроэнергии. В качестве примера возьмем 4-цилиндровый двигатель мощностью около 100 лошадиных сил.

Для получения концентрации озона в воздушном коллекторе, составляющей 2 об. %, необходимо определить потребную электрическую мощность катушки зажигания. Для этого необходимо знать часовой расход воздуха двигателя. Он равен L_h= 30V_n•n•γ₀•η_v•i, где V_n - рабочий объем одного цилиндра, м³ (0,00035 м³), n - число оборотов двигателя (~ 2000 об/мин), γ₀ - удельный вес воздуха на всасывании (1,25 кг/м³), η_v - коэффициент наполнения цилиндра (0,75), i - число цилиндров (4).

Тогда часовой расход будет равен: L_h=30•0,00035•2000•1,25•0,75•4=78 кг/ч=63000л/ч.

Для получения 1 л в час озона требуется 13 Вт-ч, и для обеспечения 2%-ной концентрации его на всасывании необходимо озонировать 1260 л озона в час.

Тогда потребная мощность будет составлять Таким образом, четыре катушки зажигания, входящие в состав данного двигателя, могут выполнить эту задачу.

Принципиальная схема устройства, реализующего эту задачу, приведена на чертеже. Устройство запитывается от аккумуляторной батареи 1 напряжением 12 В, которое с помощью первого ключа 2 и управляющего генератора импульсов 3 подается на четыре катушки зажигания 4. Искро-разрядная часть устройства монтируется на вставке 5 воздушного коллектора двигателя. На вставке 5 размещены четыре высоковольтных ввода 6 с постоянными электродами 7. На противоположной стороне вставки 5 установлены подвижные регулируемые электроды 8, электрически связанные с массой двигателя. Выход катушки зажигания связан с постоянными электродами 7 высоковольтными проводами 9. Регулировка зазора в искровом разряднике осуществляется в пределах 1-2,5 мм. Сгорание озонированной горючей смеси происходит "мягко" без детонации.

Формула изобретения

1. Способ улучшения пусковых характеристик, повышения мощности и уменьшения токсичности отходящих из камеры сгорания газов двигателей внутреннего сгорания с помощью добавки к горючей смеси озона, отличающийся тем, что образование озона с концентрацией до 2 об. % в воздухе осуществляется непосредственно в воздушном коллекторе двигателя в регулируемом искровом разряде при импульсном напряжении 3-10 кВ и частоте импульсов 50-60 Гц.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, состоящее из источника импульсного напряжения и искрового разрядника, размещенного в воздушном коллекторе двигателя, отличающееся тем, что катушка зажигания мощностью 25-40 Вт управляется задающим генератором импульсов с частотой 50-60 Гц, а искровой разрядник размещается в вставке воздушного коллектора и имеет приспособление для регулировки зазора между электродами искрового разрядника в пределах 1-2,5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1