УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ VIMT-3
DEVICE TO PRODUCE COMBUSTIBLE MIXTURE FOR HEAT ENGINES VIMT-3

Изобретение относится к системам получения газовых смесей различных веществ и может быть использовано в тепловых двигателях для получения горючей смеси.
Изобретение названо устройством VIMT-3 по аббревиатуре первых авторов, так как по этой теме предполагается получить еще 5-6 патентов.
Одним из основных источников загрязнения окружающей среды являются вредные выбросы тепловых двигателей транспортных средств, суммарная производительность которых по канцерогенным веществам превышает в несколько раз, чем их производительность на тепловых электростанциях. Это положение соответствует случаю, если все двигатели транспортных потоков укладываются в допустимые нормы нормальной работы тепловых двигателей. Если еще учесть, что достаточно большое количество двигателей транспортных средств эксплуатируются в трудно контролируемых режимах с недопустимо повышенным содержанием канцерогенных веществ, то степень экологической опасности транспортных потоков повышается еще в несколько раз. Поэтому решение глобальной проблемы повышения экологической безопасности тепловых двигателей транспортных потоков требует принятия экстренных мер. Следовательно, все разработки, связанные с повышением степени экологической безопасности тепловых двигателей, являются актуальными и своевременными.
Известно устройство для получения горючей смеси для тепловых двигателей, содержащее заслонку, испарительную камеру жидкого топлива, систему подачи жидкого топлива и входной коллектор, как это описано в [1].
В указанном устройстве жидкое топливо подается через электромагнитную форсунку на стенки поверхностного испарителя. При испарении жидкого топлива на поверхности испарителя образуется нагар за счет пригорания смолянистых (тяжелых фракций), содержащихся в жидком топливе, который увеличивает тепловое сопротивление на границе поверхность теплоподвода испарителя - жидкое топливо. Это в конечном итоге приводит к росту температуры поверхности испарителя и соответственно к росту скорости образования нагарных покрытий и ухудшению процесса испарения жидкого топлива. Кроме того, в испарителе имеют место срывы аэрозольных капелек жидкости с поверхности топлива входящим потоком воздуха. Это приводит к образованию горючей смеси с частицами топлива разных размеров. При этом сгорание топлива происходит на большом ходе поршня, снижая тем самым мощность и КПД двигателя и повышая степень его экологической опасности.
Частично указанных недостатков лишено устройство, содержащее бензогазогенератор (БГГС), который устанавливается дополнительно к основной системе питания (карбюратору, системе впрыска), подключаясь к всасывающему коллектору параллельно, образуя единый комплекс. БГГС поставляет оптимальный по составу бензогаз в задроссельное пространство впускного коллектора двигателя. Бензогаз поставляется в задроссельное пространство как при пониженных, так и при повышенных нагрузках с отключенным карбюратором. При больших нагрузках к БГГС подключается основная система питания (карбюратор, система впрыска), поставляющая в двигатель дополнительно бензогазу карбюрированную смесь. Суммарный состав смесей регулируется управляющим блоком БГГС по заложенному в его память алгоритму, обеспечивающему минимальные значения удельного расхода топлива по минимуму содержания CO, CH и NO ~ (канцерогенных веществ) на всех режимах. Момент подключения основной системы к БГГС подбирается опытным путем после открытия дросселя БГГС на 50%, как это описано в [2].
Недостатками этого устройства (взятого в качестве прототипа по максимуму совпадения по составу узлов и их функциональным особенностям) являются: недостаточная производительность БГГС, так как при больших нагрузках к этой системе подключается известная система карбюрирования со всеми присущими ей недостатками. Эти недостатки в конечном итоге приводят к неполному окислению топлива и, следовательно, к повышению степени экологической опасности тепловых двигателей, работающих на жидком топливе.
Указанных недостатков лишено предлагаемое изобретение - устройство для получения горючей смеси для тепловых двигателей, содержащее систему управления, воздушный фильтр, систему датчиков состава продуктов сгорания, систему наддува, регулирующую заслонку, систему подачи жидкого топлива, входной и выхлопной коллекторы, отличающееся тем, что оно снабжено разделительной камерой, соединенной по входу воздушного потока с системой наддува, дополнительной регулируемой заслонкой, установленной в разделительной камере для разделения входящего потока, двумя нагревательными камерами, которые по каналам подогрева соединены с выхлопным коллектором через регулирующие устройства и которые установлены на выходных трубопроводах разделительной камеры, камерой обогащения, установленной на выходе из одной нагревательной камеры, снабженной капиллярной структурой и соединенной с системой подачи жидкого топлива, камерой смешения (обеднение) горючей смеси, в которую поступает обогащенная горючая смесь и вторая часть воздушного потока и которая соединена со входным коллектором двигателя трубопроводом, в котором установлена регулирующая заслонка, системой датчиков состава продуктов сгорания, установленной в трубопроводе, соединяющем выходной коллектор с нагревательными камерами, причем регулирование положений дополнительной заслонки и регулирующих устройств осуществляют автоматически системой управления по положению регулируемой заслонки и по обратной связи с системой датчиков состава продуктов сгорания по содержанию экологически опасных продуктов.
Для пояснения сути предлагаемого изобретения служит схематический рисунок.
Воздушный фильтр соединен трубопроводом с системой наддува 1 с воздушным фильтром, которая с помощью трубопровода соединена с разделительной камерой 2, с дополнительной заслонкой 3. На выходных трубопроводах разделительной камеры установлены двухпоточные нагревательные камеры 4 и 4', которые по каналам подогрева соединены с выхлопным коллектором (на схеме не указан) через регулирующие устройства 5 и 5', а выходы двухпоточных нагревательных камер 4 и 4' по каналам выхлопных газов соединены с системой сброса продуктов сгорания (на схеме не указана). Один из воздушных потоков после нагревательной камеры 4 поступает в камеру обогащения 6, снабженную капиллярной структурой и соединенную с системой подачи топлива 7. Полученная обогащенная горючая смесь со второй частью воздушного потока поступает в камеру смешения - обеднения 8. В выходном трубопроводе камеры смешения 8 установлена заслонка 9, связанная с педалью газа. Далее горючая смесь подается во входной коллектор двигателя (на рисунке не показан). Управление системой наддува 1, дополнительной заслонкой 3 и регулирующими устройствами 5 и 5' системой подачи топлива 7 осуществляется системой управления 10 с обратной связью по составу выхлопных газов через систему датчиков 11, установленных на выводе выхлопного коллектора.
Проходя через систему наддува 1 с воздушным фильтром поток окислителя - воздуха очищается. Затем поток воздуха поступает в разделительную камеру 2 и дополнительной заслонкой 3 разделяется на две части в зависимости от режима работы двигателя, а необходимый режим работы задается водителем-оператором путем регулировки педали газа, связанной с заслонкой 9. Один из потоков нагревается в нагревательной камере 4 до соответствующей температуры, устанавливаемой автоматически изменением расхода продуктов сгорания по каналу камеры с помощью регулирующего устройства 5, и далее поступает в камеру обогащения 6. Эта камера снабжена капиллярной структурой, соединенной с системой подачи жидкого топлива 7.
В камере обогащения 6 происходит интенсивное испарение жидкого топлива за счет создания условия испарения жидкости в среду - воздух с нулевой концентрацией паров. Это условие реализовывается за счет полного уноса образовавшихся паров топлива потоком входящего воздуха. Интенсивность испарения жидкого топлива также повышается за счет его нагрева горячим потоком поступающего воздуха и большой поверхностью испарения капиллярной структуры, пропитанной жидким топливом. Равномерная толщина пленки жидкого топлива обеспечивается за счет действия капиллярных сил. Полученная обогащенная горючая смесь поступает в камеру смешения - обеднения 8 вместе с другой частью потока воздуха, нагреваемого нагревательной камерой 4' за счет изменения расхода выхлопных газов через нее. Расход выхлопных газов через эту камеру регулируется устройством 5'. Режим работы двигателя задается водителем-оператором путем изменения положения заслонки 9, изменяя давление ноги на педаль газа. Автоматическая регулировка положений дополнительной заслонки 3 и регулирующих устройств 5 и 5' осуществляется системой автоматики 10 по обратной связи с датчиками 11 и 11' по количеству вредных выбросов в выхлопных газах. Датчики 11 и 11' установлены на выходе продуктов сгорания из выхлопного коллектора. Расход входящего потока воздуха регулируется системой наддува 1 через систему автоматики 10 с обратной связью с положением заслонки 9 и датчиками 11 и 11'.
Положительный эффект предлагаемого изобретения - устройства VIMT-3 заключается в экономии топлива не менее чем на 20% в зависимости от режима работы двигателя. Мощность двигателя повышается не менее чем на 20% за счет идеальной гомогенности полученной горючей смеси с монодисперсностью размеров частиц топлива. При этом размеры частиц топлива находятся на молекулярном уровне. Это обеспечивает минимальное время сгорания всех частиц топлива на уровне скорости, соответствующей режиму детонации, что то же самое сгорание всех частиц топлива за минимальный ход поршня. При минимизации времени горения всех частиц топлива обеспечивается максимальное давление на поршень. Рост давления на поршень приводит к увеличению мощности двигателя и экономии топлива. Частичное увеличение мощности двигателя достигается и за счет регенерации теплоты выхлопных газов, исключая тем самым отвод части теплоты сгорания топлива на процесс его испарения за время рабочего хода поршня. За оставшееся время хода поршня протекают процессы доокисления продуктов сгорания до степени их экологической безопасности. Экологическая безопасность в предлагаемом устройстве еще повышается за счет роста степени обеднения смеси. Так как в предлагаемом устройстве при минимизации времени горения топлива давление в цилиндре растет, а следовательно, растет и сила давления на поршень. Чтобы величина давления в цилиндре не превышала допустимого значения для данного типа двигателя, необходимо уменьшить подачу топлива. Работа двигателя в режиме детонации исключается за счет снижения степени обогащения горючей смеси. Этими перечисленными процессами обеспечивается достижение положительного эффекта, а именно экономия топлива, рост мощности и полное окисление топлива до состояния экологической безопасности.
Результаты испытания предлагаемого устройства, установленного на двигателе автомобиля ГАЗ 2705, показали, что экономия топлива составляет не менее 20%, рост мощности более 20% и рост степени безопасности выхлопных газов не менее чем на 20%.
Источники информации
1. Свиридов Ю.Б. и др. Система питания для двигателей внутреннего сгорания. Патент РФ №2036326 (прекратил действие). МПК F02М 31/00, 27.05.1995 г.
2. Свиридов Ю.Б. и др. Система молекулярного смесеобразования для совместной работы со штатной топливной аппаратурой без изменения конструкции двигателя. Патент РФ №2200867. МПК F02M 31/18, 20.03.2003.