Устройство для повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания

Полезная модель относится к области химической технологии и может быть использовано для изготовления портативного устройства термического пиролиза моторного топлива на трубопроводе его подачи от топливного бака к карбюратору двигателя. Устройство изготовлено в виде герметичной ячейки, содержащей нагретый элемент и размещенной на линии подачи моторного топлива перед карбюратором двигателя. В основу разработки устройства заложено использование нити из кремний-карбидокремниевого композиционного материала в качестве нагретого элемента, что позволяет снизить необходимую для получения температуры электрическую мощность и величину тока, получаемого от аккумулятора, за счет использования указанного материала вместо традиционных материалов на основе металлических сплавов сопротивления.
Известен способ повышения энергии рабочей среды для двигателей и теплосиловых установок, заключающийся в пропускании через рабочую среду электровозбуждающего импульса, например магнитного поля, лазерного луча или электрической дуги (Заявка Великобритании №2241746, F02G 1/02. Реферативный журнал "Изобретения стран мира", выпуск №65, №5, 1993, стр. 22) [1]. В описании способа изложена лишь принципиальная возможность снижения молекулярной массы компонентов моторного топлива при внешних энергетических воздействиях, что является очевидным.
Известно устройство для обработки воздуха в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), предназначенное для озонирования воздуха, перед его смешением с топливом, повышения полноты сгорания топлива и снижения токсичности отработанных газов двигателя. Озонирование воздуха достигается движением воздуха навстречу электронному ветру, образующемуся при коронном разряде между двумя электродами (А.с. СССР №1341366, F02M 27/00, Бюл. №3 от 30.09.87) [2]. Недостатком является сложность конструктивного исполнения устройства и необходимость наличия достаточно мощного генератора электрического тока.
Известно устройство для обработки компонентов топлива с помощью катализаторов, обеспечивающих повышение эффективности сгорания топлива. Устройство содержит герметичный цилиндр с гранулированным катализатором (Патент РФ №1799429, F02M 27/00, Бюл. №8 от 28.02.93) [3]. Такие устройства широко применяются на практике, но их использование ограничено сроком службы катализатора.
Известно устройство для магнитной обработки топливно-воздушной смеси, состоящее из проточного канала с установленным в нем полым цилиндрическим магнитом, намагниченным в осевом направлении (А.с. СССР №1477929, F02M 27/00, Бюл. №17 от 07.05.89) [4]. Устройство предназначено доя повышения экономичности работы ДВС. Однако данное устройство существенно повышает гидравлическое сопротивление в топливно-воздушном тракте и создает препятствия к нормальной работе двигателя.
Известно устройство для обработки компонентов топлива, включающее в себя постоянные магниты и гранулированный катализатор (Патент РФ №2028491, F02M 27/00, Бюл. №4 от 9.02.95) [5]. Однако в указанной установке обработке подвергается только топливо, составляющее 3-5% от объема всей топливно-воздушной смеси, и не обрабатывается воздух смеси. Более того, установка устройства по обработке топлива на топливном тракте сопровождается повышением гидравлического сопротивления в нем и повышением коррозии топливного тракта за счет более высокой химической активности топлива.
Все известные подходы к снижению молекулярной массы углеводородного топлива основаны на использовании термического или термокаталитического крекинга исходного сырья. При этом применяются температуры от 300 до 450°C. Следует понимать, что существует различие между крекингом и пиролизом моторного топлива. Пиролиз протекает при значительно более высоких температурах и с большей скоростью. В предложенном устройстве применена нить из кремний-карбидокремниевого композита, температура которой достигает 1200°C при общей потребляемой от аккумулятора мощности не более 50 Вт.
Наиболее близким к заявляемому и принятым за прототип является устройство для регулирования ДВС с крекинг-камерой (А.с. СССР №68757, кл. 46 с 66, опубл. 30.06.1947) [6], содержащее крекинг-камеру, обогреваемую выхлопными газами автомобиля, причем для перекрытия отводящего канала крекинг-камеры применен золотник, поршень которого нагружен давлением газа крекинг-камеры, а шток поршня рычажно сочленен с дросселем карбюратора, с целью автоматического переключения двигателя с питания от карбюратора на питание от крекинг-камеры и обратно в зависимости от давления в ней.
Общим с заявляемым изобретением признаком является нагрев топлива на магистрали его подачи к карбюратору ДВС.
Устройство [6] позволяет улучшить характеристики ДВС и повысить стабильность его работы.
Известное устройство содержит две линии подачи топлива к ДВС: основную, включающую карбюратор, и дополнительную, включающую крекинг-камеру. При этом используются механические конструкции для переключения подачи топлива с одной линии на другую в зависимости от соотношения давления в этих магистралях. Для получения температуры в крекинг-камере используется теплота выхлопных газов двигателя, что требует создания еще одной дополнительной трубопроводной магистрали. Кроме того, получаемая в крекинг-камере при использовании схемы прототипа температура не может быть достаточной для существенного снижения молекулярной массы топлива.
Недостатками известного устройства являются также введение в конструкцию автомобиля значительного количества механических элементов.
Как хорошо известно, карбюратор ДВС обеспечивает подачу окислителя (воздуха) в цилиндры, без чего воспламенение топлива невозможно. В описании устройства [6] указано, что при переключении системы подачи топлива с основной карбюраторной магистрали на линию крекинг-камеры включается подача воздуха в цилиндры ДВС. Выполнить такие операции в режиме работы ДВС достаточно сложно, а проводить дозированный впрыск воздуха без использования карбюратора не представляется возможным.
Техническим результатом применения заявляемого устройства является исключение взаимно перемещаемых механических элементов и конструкций, значительное увеличение температуры в камере пиролиза топлива и снижение ее габаритов.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом устройстве, содержащем герметичную камеру с нагревательным элементом, размещенную на линии подачи топлива между топливным насосом и карбюратором, нагревательный элемент изготавливают из композиционного кремний-карбидокремниевого материала в форме нити, а для нагрева этого элемента используют аккумулятор автомобиля. Удельное электрическое сопротивление указанного материала приблизительно в 100 раз выше, чем у никель-хромовых сплавов, что позволяет в малом объеме достичь высокой температуры нагревательного элемента на напряжении 12 В, доступном от аккумулятора. Стендовые испытания показали, что потребляемая ячейкой электрическая мощность составляет не более 50 Вт.
Структурная схема размещения заявляемого устройства приведена на Фиг. 1. Топливо из бака 1 подается насосом 2 в нагревательную ячейку 3, затем в карбюратор 4, из которого поступает в двигатель 5. При прохождении топлива сквозь ячейку 3 протекает частичный пиролиз топлива, сопровождающийся увеличением его октанового числа, полноты сгорания и улучшением чистоты выхлопных газов.
Конструктивное выполнение нагревательной ячейки иллюстрируется Фиг. 2. Корпус 6 из нержавеющей стали выполнен непроницаемым для воздуха. К нему через фторопластовое уплотнение 7 крепится крышка 8, выполненная также из нержавеющей стали. В боковые грани корпуса 6 введены герметично два электрода 9 и 10, изолированные от корпуса втулками из фторопласта. На продольных гранях корпуса 6 установлены герметичным образом штуцеры 11 и 12 для подсоединения к топливной магистрали автомобиля. Внутри корпуса 6 к электродам 9 и 10 винтами 13 из никеля фиксируется нить 14 из кремний-карбидокремниевого композиционного материала. Для герметизации электродов 9 и 10 используются зажатые резьбовыми элементами фторопластовые втулки 15.