Устройство для повышения полноты сгорания топлива

Изобретение относится к транспортным средствам и предназначено для повышения теплотворности сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания. Изобретение позволяет создать внешнюю зону ионизации по отношению к корпусу устройства. Устройство для повышения полноты сгорания топлива содержит полый цилиндрический корпус, внутри которого расположен пьезоэлектрический материал. Устройство дополнительно содержит две трубки и диафрагму, выполненные из полимерного материала. Диафрагма установлена в корпусе перпендикулярно его оси и делит корпус на две камеры равного объема. Трубки установлены внутри камер с плотным прилеганием к внутренним стенкам корпуса по всей длине каждой камеры. На внутренней поверхности трубок размещен пьезоэлектрический материал, отличающийся по составу в каждой из камер. Корпус выполнен герметичным и устойчивым к коррозии. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области транспортных средств и предназначено для повышения полноты сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Известен ряд устройств, предназначенных для ионизации топливовоздушной смеси, которая повышает полноту сгорания топлива. Эти устройства представляют собой акустоэлектрические преобразователи, так как их действие основано на пьезоэлектрическом эффекте, то есть возникновении постоянного электрического поля в металлах и полупроводниках при распространении в них ультразвука или гиперзвука.

Известно, что акустоэлектрические преобразователи акустических колебаний в электрические и обратно основаны на пьезоэлектрическом эффекте, то есть возникновении электрической поляризации в веществе в отсутствии электрического поля при упругих деформациях (прямой пьезоэлектрический эффект) и появлении механических деформаций под воздействием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект) [1 - БЭС - 2 изд., перераб. и доп. - М.: Большая Российская энциклопедия; СПб.: Норинт, 2004, с.982].

Известно устройство для повышения полноты сгорания топлива, содержащее полый цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями, расположенными по оси корпуса, внутри которого размещена камера для ионизации жидкого топлива, поступающего в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), оборудованная конусным электродом и внешним источником высокочастотного импульсного тока [2 - патент РФ №2032107, опубл. 27.03.1995].

Недостатком данного известного устройства является необходимость переоборудования системы подачи жидкого топлива в ДВС и необходимость использования внешнего источника высокочастотного импульсного тока.

Известно устройство для повышения полноты сгорания топлива, содержащее полый цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями, расположенными по оси корпуса, внутри которого размещена камера для ионизации воздуха, поступающего в ДВС, при этом данная камера оборудована решеткой из металлических электродов, которая размещена перпендикулярно оси корпуса устройства. Акустоэлектрические колебания решетки обеспечиваются при помощи внешнего источника высокочастотного импульсного тока [3 - патент РФ №2067203, опубл. 27.09.1996].

Недостатком данного известного устройства является необходимость применения внешнего источника питания высокочастотного импульсного тока, а также сложность изготовления и монтажа данного устройства в системе воздушного забора ДВС.

Известно устройство для повышения полноты сгорания топлива, содержащее полый цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями по оси корпуса, внутри которого расположена камера для ионизации жидкого топлива, поступающего в ДВС, при этом данная камера оборудована решеткой из металлических пластин, расположенных вдоль оси корпуса устройства, предварительно обработанных высокочастотным импульсным током, придающим металлическим пластинам пьезоэлектрические свойства [4 - патент РФ №2244845, опубл. 20.01.2005].

Известное устройство представляет собой акустоэлектрический преобразователь детекторного типа, так как не требует внешнего источника питания.

Недостатком данного известного устройства является его стационарный характер, что не позволяет использовать его на борту транспортного средства.

Известно также устройство для повышения полноты сгорания топлива, содержащее полый цилиндрический корпус, внутри которого расположен пьезоэлектрический материал [5 - патент РФ №2158842, опубл. 10.11.2000 - прототип].

Корпус устройства, принятого за прототип, содержит входное и выходное отверстия по оси корпуса, внутри которого находится камера для ионизации жидкого топлива. При этом используется композитный пьезоэлектрический материал, обработанный высокочастотным электромагнитным излучением, которой находится между стенками цилиндра корпуса и стенками камеры.

Недостатком данного известного устройства является необходимость переоборудования системы подачи топлива в ДВС, так как зона ионизации, создаваемая этим устройством, находится внутри его корпуса.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание устройства для повышения полноты сгорания топлива, не требующего переоборудования топливной системы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание внешней зоны ионизации по отношению к корпусу устройства.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что устройство для повышения полноты сгорания топлива, содержащее полый цилиндрический корпус, внутри которого расположен пьезоэлектрический материал, согласно предлагаемому изобретению устройство дополнительно содержит две трубки и диафрагму, выполненные из полимерного материала, при этом диафрагма установлена в корпусе перпендикулярно его оси и делит корпус на две камеры равного объема, трубки установлены внутри камер с плотным прилеганием к внутренним стенкам корпуса по всей длине каждой камеры, а на внутренней поверхности трубок размещен пьезоэлектрический материал, отличающийся по составу в каждой из камер, при этом корпус выполнен герметичным и устойчивым к коррозии.

Целесообразно, согласно предлагаемому изобретению, выполнить корпус устройства из стальной трубки с наружным хромовым покрытием.

Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, корпус устройства может быть выполнен из стеклянной трубки.

Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, в одной из камер устройства размещены кристаллы обогащенного шунгита, а в другой камере - кристаллы сахарного песка.

Два пьезоэлектрических материала разного состава внутри цилиндрического корпуса, изолированные друг от друга диафрагмой, усиливают действие друг друга и обеспечивают акустоэлектрические колебания корпуса устройства, которые создают внешнюю зону ионизации вокруг корпуса устройства.

Выполнение корпуса устройства герметичным и устойчивым к коррозии обеспечивает надежную проводимость акустоэлектрических колебаний и, соответственно, обеспечивает устойчивость внешней зоны ионизации.

Диафрагма, выполненная из полимера, обеспечивает достаточную акустоэлектрическую изоляцию и необходимое взаимодействие пьезоэлектрических материалов различного состава, расположенных в камерах корпуса, благодаря чему возникает внешняя зона ионизации.

Полимерные трубки, плотно прилегающие к внутренним стенкам корпуса, обеспечивают достаточную изоляцию и необходимое взаимодействие пьезоэлектрических материалов с корпусом устройства, благодаря чему поддерживается внешняя зона ионизации.

Выполнение корпуса устройства из стальной трубки с хромовым покрытием или из стекла обеспечивает устойчивость устройства к коррозии.

Природный материал шунгит обладает уникальными пьезоэлектрическими свойствами, превосходящими свойства кристаллов пьезокварца, благодаря наличию в кристаллах шунгита фуллеренов, а кристаллы сахара хорошо работают в паре с кристаллами шунгита.

Схема устройства представлена на чертеже.

В корпусе 1 устройства установлена полимерная диафрагма 2, разделяющая корпус 1 устройства пополам на две камеры. В одной камере установлена полимерная трубка 3 с нанесенным на ее внутреннюю поверхность пьезоэлектрическим материалом 4, а в другой камере установлена полимерная трубка 5 с нанесенным на ее внутреннюю поверхность пьезоэлектрическим материалом 6. Торцы корпуса 1 герметично закрыты заглушками 7.

Предлагаемое устройство было изготовлено в двух вариантах следующим образом.

Корпус 1 устройства по первому варианту был выполнен из стальной хромированной трубки, имеющей форму полого цилиндра, наружный диаметр которого составил 16 мм, толщина стенки - 1 мм и высота цилиндра - 42 мм. По второму варианту корпус устройства был изготовлен при тех же размерах из стеклянной трубки.

Полость трубки корпуса была разделена полиэтиленовой диафрагмой 2 диаметром 14 мм и толщиной 1 мм на две камеры равного объема. В одну из камер была запрессована трубка 3 из полистирола с толщиной стенки 1 мм с нанесенным на ее внутреннюю поверхность пьезоэлектрическим материалом 4, в качестве которого был использован обогащенный шунгит. В другую камеру была запрессована трубка 5 из полистирола с толщиной стенки 1 мм с нанесенным на ее внутреннюю поверхность пьезоэлектрическим материалом 6, в качестве которого были использованы кристаллы сахара.

Корпус устройства был герметично закрыт с торцов заглушками 7, выполненными из полиэтилена толщиной 1 мм.

Оптимальные размеры и материалы устройства были подобраны опытным путем.

Для определения эффективности исполнения различных вариантов устройства каждый образец устройства был помещен в воздушный забор газовой горелки и протестирован на максимальное повышение температуры факела газовой горелки.

При этом максимальный эффект достигался при вертикальном положении устройства.

Опыт показал, что устройство прекращало свое действие при помещении его в глухой кожух из металлической фольги, препятствующий электрическому излучению устройства.

Опыт показал также, что устройство прекращало свое действие при помещении в глухой звукоизолирующий кожух, состоящий из листового пенополиэтилена толщиной 4 мм, который препятствовал акустическому излучению устройства.

Для повышения полноты сгорания топливовоздушной смеси каждый из образцов устройства был помещен в специально изготовленную пластмассовую трубу системы воздушного забора обычной газовой горелки, работающей на смеси воздуха с пропаном.

При этом температура факела газовой горелки увеличилась с 500 до 600 градусов по Цельсию при постоянной подаче газа через редуктор. Оба образца устройства дали одинаковый результат.

Измерение температуры газового факела горелки производилось при помощи термопары.

Теоретически температура горения топливовоздушной смеси пропана может достигать 2000 градусов по Цельсию при условии идеального наддува и подогрева топливовоздушной смеси. В настоящее время в традиционных газовых горелках используется форсированный режим подачи газа, поскольку техническое осуществление высокотемпературного горения газа имеет определенные сложности. Естественно, такая практика связана с нерациональным использованием газа и засорением окружающей среды продуктами неполного сгорания газа. Однако именно это несовершенство традиционной газовой горелки позволяет использовать ее для испытания различных устройств, обеспечивающих относительное повышение полноты сгорания углеводородного топлива.

Для повышения полноты сгорания топлива в ДВС предлагаемое устройство было закреплено вертикально на боковой стенке штатной пластмассовой коробки воздушного забора двигателя автомобиля ВАЗ 2110.

При этом время разгона до 100 км машины, оборудованной предлагаемым устройством, сократилось в среднем с 12 до 10 секунд без увеличения расхода топлива.

Измерения производились экономайзером и секундомером.

Этот опыт с повышением приема ДВС свидетельствует об увеличении полноты сгорания топлива при смеси с ионизированным воздухом в ДВС приблизительно на 20%

Аналогичные показатели повышения полноты сгорания топлива приведены в описаниях аналогов и прототипа устройства. В этом плане предлагаемое устройство принципиально не отличается от устройств аналогов и прототипа.

Качественным отличием устройства по сравнению с аналогами и прототипом являются простота его изготовления и установки на систему воздушного забора двигателя, не требующая переоборудования топливной системы двигателя, благодаря внешней зоне ионизации воздуха, производимой устройством.

Как известно, основными продуктами сгорания углеводородов являются углекислый газ и вода.

Для проверки воздействия предлагаемого устройства на воду оно было помещено в вертикальном положении на боковую стенку герметичной стеклянной емкости 0,45 литра, имеющей форму цилиндра диаметром 60 мм и высотой 170 мм, заполненной водой.

Через час химический анализ показал присутствие в данной воде перекиси водорода. Измерения производились при помощи обесцвечивания раствора марганцовокислого калия серной кислотой.

Перекись водорода, являющаяся сильным окислителем, способствует более полному сгоранию топлива, что повышает общую полноту сгорания топлива за счет окисления остатков топлива.

При форсированном режиме подачи топлива, связанном с разгоном автомобиля, топливо используется со значительно меньшей эффективностью, чем при равномерном движении автомобиля. Это обстоятельство и дает возможность повышения эффективности сгорания топлива в ДВС при помощи предлагаемого устройства.

Для проверки результатов опытов с устройством в коробку воздушного фильтра автомобиля ВАЗ 2110 была помещена стеклянная емкость объемом 40 мл с перекисью водорода, испарение которой обеспечивалось капиллярным фитилем диаметром 14 мм, опущенным в данную емкость и закрепленным в виде кольца вокруг воздушного фильтра.

Результаты ходовых испытаний машины с дополнительной системой подачи раствора перекиси водорода в коробку воздушного забора двигателя при теплой сухой погоде показали повышение тяги ДВС приблизительно на 10%.

В экологическом плане предлагаемое устройство обеспечивало более полное сгорание топлива и тем самым сокращало выброс вредных газов из двигателя внутреннего сгорания. При этом само устройство не являлось источником вредности. Корпус устройства был изготовлен из инертных материалов, а пьезоэлектрический материал, содержащийся в корпусе, представлял собой лечебный камень шунгит, который имеет широкое применение в фильтрах для очистки питьевой воды, и сахар, который имеет широкое применение в качестве пищевого продукта.

Таким образом, поставленная задача была выполнена. Предлагаемое устройство для повышения полноты сгорания топлива не требует переоборудования топливной системы и позволяет повысить прием двигателя в среднем на 20% без увеличения расхода топлива.

1. Устройство для повышения полноты сгорания топлива, содержащее полый цилиндрический корпус, внутри которого расположен пьезоэлектрический материал, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит две трубки и диафрагму, выполненные из полимерного материала, при этом диафрагма установлена в корпусе перпендикулярно его оси и делит корпус на две камеры равного объема, трубки установлены внутри камер с плотным прилеганием к внутренним стенкам корпуса по всей длине каждой камеры, а на внутренней поверхности трубок размещен пьезоэлектрический материал, отличающийся по составу в каждой из камер, при этом корпус выполнен герметичным и устойчивым к коррозии.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен из стальной трубки с наружным хромовым покрытием.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен из стеклянной трубки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности одной из полимерных трубок размещены кристаллы обогащенного шунгита, а на внутренней поверхности другой трубки размещены кристаллы сахарного песка.