ТРЕХРЕЖИМНОЕ АЭРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И СТАЦИОНАРНЫХ УСТАНОВОК, РАБОТАЮЩИХ НА УГЛЕВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды, в частности, к средствам для повышения эффективности сгорания углеводородного топлива в стационарных энергетических установках и двигателях внутреннего сгорания (далее ДВС) транспортных средств..
Известно устройство для подачи активатора в двигатель внутреннего сгорания ДВС и оптимизации процесса сгорания углеводородного топлива, содержащее устройство для подачи активатора и распылитель, размещенный во впускном трубопроводе дизеля и управляемый электромагнитом, при этом имеются электронный блок управления и датчики температуры охлаждающей жидкости и допустимого снижения напряжения, а также датчики частоты вращения коленчатого вала и датчик положения рейки топливного насоса высокого давления, информативные сигналы от которых поступают через электронный блок управления в электромагнит распылителя (патент России RU 2273750, МПК F02D 19/12, 2004 г.)
Данное техническое решение является наиболее близким к полезной модели, поэтому принято за прототип.
Недостатком прототипа является малая степень очистки отработавших газов (далее ОГ) от вредных веществ из-за недостаточной эффективности процесса сгорания углеводородного топлива из-за низкой дисперсности активатора. Кроме того, данное устройство имеет слабое влияние на повышение мощности и экономичности энергетических установок.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении степени очистки ОГ от вредных веществ, повышении мощности и экономичности энергетических установок.
Указанный технический результат достигается за счет повышения эффективности процесса сгорания углеводородного топлива путем увеличения дисперсности активатора.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь полезной модели с указанным техническим результатом.
Трехрежимное аэрационное устройство для снижения токсичности отработавших газов транспортных средств и стационарных установок, работающих на углеводородном топливе, содержащее устройство для подачи активатора, распылитель, размещенный в энергетической установке.
Указанное устройство для подачи активатора выполнено в виде аэрозольного генератора, состоящего из емкости, в которой размещен картридж с жидким активатором, с возможностью его перетекания в указанную емкость, которая снабжена крышкой и средством крепления к энергетической установке или - к транспортному средству. Картридж размещен с возможностью вертикального перемещения в емкости совместно с плотно прикрепленным к нему поплавком, свободно размещенным в емкости на поверхностном уровне жидкого активатора.
Картридж состоит из трубчатого корпуса, заглушенного с двух сторон полыми пистонами, образованными двумя вставленными одна в другую чашками, каждая из наружных чашек имеет фланец для разъемного соединения с корпусом картриджа, внутренняя чашка верхнего пистона неразъемно соединена с его наружной чашкой, а чашки нижнего пистона выполнены с возможностью взаимного перемещения. Обе внутренние чашки выполнены с отверстиями на их днищах, причем на внутренней чашке верхнего пистона выполнены отверстия меньшего диаметра и большего количества, чем на внутренней чашке нижнего пистона, на боковой поверхности каждой из нижних чашек выполнены отверстия соосные друг другу, В указанные отверстия пропущена барботажная трубка с отверстиями на боковой поверхности и с лепестковым клапаном на торце, шарнирно присоединенным к трубке, другой конец барботажной трубки пропущен через корпус картриджа, в котором герметично закреплен, и соединен с прозрачным мерным патрубком, другой конец которого соединен с трубкой, выступающей за вертикальный габарит картриджа и, снабженной воздушным фильтром со средством регулирования объема воздушного потока. Вдоль вертикальной оси наружной чашки верхнего пистона выполнены два отверстия, в центральном отверстии герметично закреплен трубчатый хвостовик, соединенный посредством эластичной муфты с нижней частью корпуса трехходового крана, а в периферийном отверстии закреплена основная трубка для подачи активатора в режиме распыления и комбинированном режиме работы установки, нижний конец которой расположен на уровне метки «min» барботажной трубки. Верхний конец основной трубки в указанном режиме работы устройства соединен с распылительной трубкой, закрепленной в трехходовом кране штуцером. При работе устройства в режиме барботажа на основную, дополнительную и распылительную трубки установлены заглушки. При работе в режиме распыления на верхний конец основной трубки установлена заглушка, а распылительная трубка соединена с дополнительной трубкой для подачи активатора, которая размещена в крышке аэрозольного генератора на протяжении его высоты, при этом через боковые части трехходового крана проходит сквозное отверстие, в одной боковой части подвижно размещен трубчатый шток, на внутреннем конце которого закреплена упорная шайба, а на другом конце закреплена резьбовая пробка с осевым отверстием диаметром равным или большим диаметра отверстия в штоке. Указанное отверстие в пробке при работе устройства в режимах барботажа и комбинированном режиме закрыто запорным элементом электромагнитного клапана, снабженного фильтром со средством регулирования объема воздушного потока, указанная упорная шайба размещена на штоке с возможностью совмещения срезов штока и распылительной трубки и одновременного перекрытия отверстия подачи активатора через нижний патрубок трехходового крана при работе устройства в режиме распыления. В другой боковой части трехходового крана через штуцер с жиклером присоединен гибкий трубопровод, выполненный из жестких трубок, соединенных между собой эластичными муфтами, при этом к концу последней трубки прикреплен распылитель с жиклером, размещенный в энергетических установках: в виде дизельного ДВС и топочной установки - в воздухонагнетателе, в энергетических установках в виде карбюраторного или инжекторного ДВС - во впускном коллекторе; в ДВС с рециркуляцией ОГ - в рециркуляторе. В установках с воздухонагнетателем внутри последнего установлен направляющий кожух, прикрепленный к внутренней поверхности воздухонагнетателя, вдоль оси кожуха закреплена трубка, на конце которой с зазором к кожуху установлена шайба, а указанный распылитель закреплен в начале указанной трубки. Упомянутый жиклер прикреплен выборочно к распылителю или - к концу трубки. При использовании картриджа в автономном режиме аэрозольного генератора он дополнительно снабжен средством крепления к энергетической установке или - к кузову транспортного средства, а в отверстие, сообщающее его с емкостью генератора, вставлена заглушка, при этом пропускная способность электромагнитного клапана пропорциональна рабочему объему ДВС или объему камеры сгорания топочной установки. Указанный наконечник имеет резьбовую часть с форкамерой. Указанное средство крепления картриджа с целиковым корпусом при работе указанного составного картриджа в автономном режиме установлено на верхней части корпуса. Указанный корпус картриджа выполнен составным из двух отрезков трубы, соединенных между собой гофрированной эластичной муфтой, при этом указанное средство крепления при работе указанного составного картриджа в автономном режиме установлено на его нижней части. Указанная барботажная трубка размещена по оси картриджа и закреплена нижним концом на верхней чашке нижнего пистона, а трубчатый хвостовик установлен на периферийной поверхности верхней чашки верхнего пистона, при этом в корпусе картриджа выполнено прозрачное смотровое окно. Все детали аэрозольного генератора, картриджа и трехходового крана выполнены из пластмассы. Нижний патрубок трехходового крана выполнен из двух частей, соединенных между собой муфтой, имеющей внутреннюю поверхность в виде трубки Вентури. Указанная муфта выполнена из пластмассы. Внутри нижнего патрубка трехходового крана плотно установлена вставка, имеющая внутреннюю поверхность в виде трубки Вентури
Указанная вставка выполнена из пластмассы. Патрубок барботажной трубки выполнен металлическим с продольным мерным окном из прозрачного материала. Указанные жесткие трубки выполнены алюминиевыми. Указанные жесткие трубки выполнены пластмассовыми. Упомянутый кожух выполнен в виде конического конфузора. Упомянутый кожух выполнен в виде конфузора с криволинейной боковой поверхностью. Упомянутый кожух выполнен в форме сопла Лаваля. В энергетических установках мусоросжигательных печей и котельных в упомянутый направляющий кожух вставлен дополнительный воздуховод, соединенный с автономным источником сжатого воздуха.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлено размещение устройства на дизельном автомобиле; на фиг.2 - на фиг.1 представлено размещение устройства на стационарном объекте; на фиг.3 - общий вид аэрозольного генератора; на фиг.4 - вид а на фиг.3; на фиг.5 - вид Б-Б на фиг.3; на фиг.6 - блок-схема установки устройства на дизельном ДВС; на фиг.7 - блок-схема установки устройства на транспортном средстве с рециркуляцией ОГ; на фиг.8 - установка устройства на карбюраторном двигателе; на фиг.9 - вид Д-Д на фиг.8; на фиг.10 - вид Г-Г на фиг.4; на фиг.11 - общий вид картриджа с целиковым корпусом; на фиг.12 - общий вид картриджа с составным корпусом; на фиг.13 - вид 3 на фиг.11; на фиг.14 - вид Е на фиг.11; на фиг.15 - вид Ж на фиг.12; на фиг.16 - вид Г-Г на фиг.4 с муфтой на патрубке; на фиг.17 - вид Г-Г на фиг.4 со вставкой в патрубке; на фиг.18 - вид В-В на фиг.3, конический кожух; на фиг.19 - вид И-И на фиг.18; на фиг.20 - вид В-В на фиг.3, криволинейный кожух; на фиг.21 - вид В-В на фиг.3, кожух в форме сопла Лаваля.
Трехрежимное аэрационное устройство содержит аэрозольный генератор 1, который устанавливается, например, в автомобиле 2 в кузове 3 или подкапотном пространстве на расстоянии не более 2 метров от ДВС 4. В дизельном грузовом автомобиле 2, показанном на фиг 1 аэрозольный генератор соединен магистралью 5 с воздухонагнетателем 6, который посредством воздуховода 7 соединен с ДВС 4. Углеводородное топливо поступает из топливного бака 8 по трубопроводу 9 в ДВС 4. Отработавшие газы поступают в глушитель 10 и выбрасываются в атмосферу. Часть ОГ может возвращаться через систему рециркуляции в ДВС 4 на нейтрализацию.
В стационарном объекте 11 (фиг.2) аэрозольный генератор 1 устанавливается в помещении объекта 11 на расстоянии не превышающим 2 метра от топочной установки 12.
Аэратор подается из аэрозольного генератора 1 в топку 13 топочной энергетической установки 12, куда подается углеводородное топливо и топливного бака 8 по трубопроводу 9. ОГ через выхлопную трубу 14 выбрасываются в атмосферу. В качестве аэратора могут быть использованы любые композиции известных веществ, способствующие лучшему сгоранию и окислению вредных веществ, попадающих в ОГ.
В данном техническом решении устройство для подачи активатора - аэрозольной смеси, активизирующей горение, выполнено в виде аэрозольного генератора 1, состоящего из емкости 15, в которой размещен картридж 16 с жидким активатором, с возможностью его перетекания в указанную емкость 15, которая снабжена крышкой 17 и средством крепления 18 к энергетической установке 12 или - к транспортному средству 2.
Картридж 16 размещен с возможностью вертикального перемещения в емкости 15 совместно с плотно прикрепленным к нему поплавком 19, свободно размещенным в емкости 15 на поверхностном уровне жидкого активатора. Использование поплавка 19 обеспечивает постоянный уровень аэратора в картридже 16 независимо от уменьшения его уровня в емкости аэрозольного генератора, что обеспечивает постоянство качества и объема подачи аэрозоли в картридж 16, т.е. стабильность работы энергетической установки.
Картридж 16 состоит из трубчатого корпуса 20, заглушенного с двух сторон полыми пистонами, образованными двумя вставленными одна в другую чашками, каждая из наружных чашек 21 (фиг.11, фиг.12) имеет фланец для разъемного соединения с корпусом 20 картриджа. Внутренняя чашка 22 верхнего пистона неразъемно соединена с его наружной чашкой 21, например, с помощью заклепок 23, а чашки нижнего пистона выполнены с возможностью взаимного перемещения, при этом обе внутренние чашки 22 и 24 выполнены с отверстиями на их днищах, причем на внутренней чашке 22 верхнего пистона выполнены отверстия меньшего диаметра и большего количества, чем на внутренней чашке 24 нижнего пистона. На боковой поверхности каждой из нижних чашек 21 и 24 выполнены отверстия соосные друг другу, в которые пропущен наконечник 25 с отверстиями на боковой поверхности и с лепестковым клапаном 26 (фиг.13) на торце наконечника 25, шарнирно присоединенным к нему посредством оси 27. Наконечник 25 соединен с угловым переходником 28 барботажной трубки 29, пропущенным через корпус картриджа, в котором герметично закреплен, и соединен с прозрачным мерным патрубком 30, другой конец которого соединен с верхней частью барботажной трубки 29, выступающей за вертикальный габарит картриджа и, снабженной воздушным фильтром 31 со средством регулирования объема воздушного потока (не показано). Вдоль вертикальной оси наружной чашки 21 верхнего пистона выполнены два отверстия, в центральном отверстии герметично закреплен трубчатый хвостовик 32, соединенный посредством эластичной муфты 33 (фиг.3) с нижней частью корпуса трехходового крана 34, а в периферийном отверстии закреплена основная трубка 35 для подачи активатора в распылительном режиме и комбинированном режиме работы установки, нижний конец которой расположен на уровне метки «min» барботажной трубки 29, а верхний конце основной трубки в указанном режиме работы устройства соединен с распылительной трубкой 36, закрепленной в трехходовом кране 34 штуцером 37, причем при работе устройства в режиме барботажа на основную 35, дополнительную 38 и распылительную 36 трубки установлены заглушки 39.
При работе устройства в режиме распыления на верхний конец основной трубки 35 устанавливается заглушка 39, а распылительная трубка 36 в этом случае соединена с дополнительной трубкой 38 для подачи активатора, которая размещена в крышке 17 аэрозольного генератора на протяжении его высоты.
Через боковые части трехходового крана 34 проходит сквозное отверстие, в одной боковой части подвижно размещен трубчатый шток 40, на внутреннем конце которого закреплена упорная шайба 41, а на другом конце закреплена резьбовая пробка 42 с осевым отверстием диаметром равным или большим диаметра отверстия в штоке и шлицевой прорезью для перемещения с его помощью упорной шайбы в положения I, II, III (фиг.16 - фиг.17), соответствующие одному из трех режимов работы устройства. При этом указанное отверстие в пробке 42 при работе устройства в режимах барботажа и комбинированном режиме закрыто запорным элементом, например, иглой (фиг.16, фиг.17) электромагнитного клапана 43, снабженного воздушным фильтром 31 со средством регулирования объема воздушного потока (не показано).
Указанная упорная шайба 41 размещена на штоке 40 с возможностью совмещения срезов штока 40 и распылительной трубки 36 и перекрытия отверстия подачи активатора через нижний патрубок трехходового крана 34 при работе устройства в режиме распыления, в другой боковой части трехходового крана через штуцер с наконечником 44 и жиклером 45 присоединен гибкий трубопровод 46 (фиг.8), выполненный из жестких трубок, соединенных между собой эластичными муфтами 49, при этом к концу последней трубки, например, гайками 50 прикреплен распылитель 51 с жиклером 52, размещенный в энергетических установках в виде дизельного ДВС и стационарной энергетической установке - в воздухонагнетателе 6, в виде карбюраторного или инжекторного ДВС - во впускном коллекторе 53; в ДВС с рециркуляцией ОГ - в рециркуляторе 66 (фиг.7), в стационарных топочных установках 12 - в топке. В установках с воздухонагнетателем 6 внутри последнего установлен направляющий кожух 54, прикрепленный к внутренней поверхности воздухонагнетателя средствами 55. Вдоль оси кожуха 54 установочными винтами 56 закреплена трубка 57, на конце которой с зазором к кожуху установлена шайба 58 (фиг.18 - фиг.21), а указанный распылитель 51 закреплен в начале указанной трубки (фиг.20), причем упомянутый жиклер 52 прикреплен выборочно к распылителю 51 (фиг.20) или - к концу трубки (фиг.18).
Средством регулирования объема воздушного потока устанавливается рабочая пропускная способность электромагнитных клапанов 31 и 43 в зависимости от рабочего объема ДВС или объема камеры сгорания топочной установки.
Картридж 16 может использоваться самостоятельно в автономном режиме аэрозольного генератора, в этом случае он дополнительно снабжен средством крепления 59 к энергетической установке или - к кузову транспортного средства.
Корпус 20 картриджа 16 может быть выполнен составным из двух отрезков трубы, соединенных между собой гофрированной эластичной муфтой 60, при этом указанное средство крепления 59 при работе картриджа в автономном режиме установлено на его нижней части, а у картриджа с целиковым корпусом средство крепления 59 расположено в верхней части барботажной трубки 29.
В вариантном исполнении (не показано) указанная барботажная трубка 29 размещается по оси картриджа 16 и прикрепляется нижним концом к внутренней чашке 24 нижнего пистона, а трубчатый хвостовик 32 установлен на периферийной поверхности наружной чашки 21 верхнего пистона, при этом в корпусе 20 картриджа выполнено прозрачное смотровое окно (не показано). Все детали аэрозольного генератора, картриджа и трехходового крана могут быть выполнены из пластмассы.
Нижний патрубок трехходового крана 34 может быть выполнен из двух частей, соединенных между собой муфтой 61, имеющей внутреннюю поверхность в виде трубки Вентури. Указанная муфта 61 может быть выполнена из пластмассы.
Внутри нижнего патрубка трехходового крана может быть плотно установлена вставка 62, имеющая внутреннюю поверхность в виде трубки Вентури. Указанная вставка 60 может быть выполнена из пластмассы. Патрубок барботажной трубки 29 может быть выполнен металлическим с продольным мерным окном (не показано) из прозрачного материала.
Указанные жесткие трубки 63 выполнены алюминиевыми или пластмассовыми.
Упомянутый кожух выполнен в виде конического конфузора (фиг.18) или - с криволинейной боковой поверхностью (фиг.20), или - выполнен в форме сопла Лаваля (фиг.21). Воздух для работы ДВС поступает через воздухозаборник 64 с фильтром, а посредством вентилятора 65 воздухонагнетателя подается в ДВС. В энергетических установках мусоросжигательных печей и котельных в упомянутый направляющий кожух 54 вставлен дополнительный воздуховод (не показан), соединенный с автономным источником сжатого воздуха, в качестве которого может быть использован компрессор, пневматический насос или стационарная воздушная магистраль. При использовании картриджа 16 в автономном режиме, отверстие в его нижней части, сообщающее его с емкостью аэрозольного генератора 15 закрыто заглушкой 66. Диаметр отверстий в жиклерах и их количество подбираются в зависимости от мощности энергетических установок. Указанный наконечник 44 имеет резьбовую часть с форкамерой 67.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для обслуживания снижения токсичности отработавших газов двигателей транспортных средств и стационарных энергетических установок путем повышения эффективности сгорания углеводородного топлива.
Полезная модель в том виде, как она охарактеризована в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, а также в известных технических решениях по патентам РФ: 2078118 «Многофункциональная присадка к углеводородным топливам для двигателей внутреннего сгорания»; опубликованная заявка РФ 2004105835 «Аэратор»; 2078118 «Смеситель»; 78440 «Установка для получения добавок к моторным топливам» и др., ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Устройство работает следующим образом.
В емкость или непосредственно в аэрозольный генератор заливают активатор в виде жидкой композиции. За счет создаваемого разряжения в области сгорания углеводородного топлива аэрозольный генератор работает или в режиме барботажа или в режиме распыления до образования аэрозоли.
Устройство устанавливается в любом удобном месте двигательного отсека, кузова транспортного средства или стационарного объекта на расстоянии 1,5-2 метра от энергетической установки. Работа устройства предусмотрена в любых температурных режимах от -35°С до +65°С.
Аэрозоль подается в впускной коллектор карбюраторного ДВС, воздухонагнетатель дизеля, рециркулятор или топку топочной установки.
Устройство работает в трех режимах:
- барботации;
- распыления;
- комбинированном, барботации совместно с распылением.
Каждый из режимов характеризуется физическим состоянием аэрозоли - смеси активатора с воздухом и подбирается перед началом монтажа устройства на энергетическую установку в зависимости от особенностей ее работы, мощности и характера процессов сгорания углеводородного топлива.
В свою очередь для получения необходимого физического состояния аэрозоли в соответствии с параметрами энергетической установки выбирается процесс смешения воздуха с активатором в картридже 16 или непосредственно в трехходовом кране 34. При этом с учетом количества потребляемого воздуха энергетической установкой устанавливается соответствующая пропускная способность воздушных электромагнитных клапанов 31 на барботажной трубке и клапана 43 - на трехходовом кране 34.
Режим барботажа - смешивания активатора с пузырьками воздуха используется для дизелей литражом до 10 л и карбюраторных и инжекторных ДВС, а также стационарных энергетических установок небольшой мощности.
В режиме барбротажа (упорная шайба в положении I) за счет разряжения от энергетической установке в патрубке 33 в картридж 16 засасывается воздух через барботажную трубку 29 и выходит в виде пузырьков в отверстия в наконечнике 25 и, проходя через жидкую композицию турбулирует жидкий активатор, создавая аэросреду в виде мелких капель, которая проходит через крышку аэрозольного генератора в трехходовой кран. Затем дисперсионная через трехходовой кран 34, комбинированный шланг 46 и распылитель 51 поступает во впускной коллектор, ресивер инжекторного двигателя или воздухонагнетатель в ДВС.
При этом трубки 35 и 39, связанные с другими режимами работы устройства закрыты заглушками, а также закрыт воздушный клапан 31 на трехходовом кране.
В режиме распыления (упорная шайба в положении III) используется для дизелей литражом более Юл и карбюраторных и инжекторных ДВС, а также стационарных энергетических установок большой мощности.
В этом режиме подача аэрозоля через патрубок трехходового крана 34 перекрыта упорной шайбой 52, трубка 29 емкости генератора закрыта, трубка 35 в картридже 16 соединена с распылительной трубкой 36, клапан 43 открыт, клапан 31 на фильтре барботажной трубки закрыт.
Воздух через полый шток 40 попадает на конец распылительной трубки 36 и распыляет аэрационную жидкость, поступающую по трубке 35 за счет эжекторного эффекта. Далее полученная аэрозоль поступает в энергетическую установку.
Комбинированном режиме - одновременного барботажа и распыления (упорная шайба находится в положении II) используется в установкаи ДВС с большим потреблением воздуха.
Комбинированный режим не применяется при автономном использовании картриджа в режиме аэрозольного генератора.
Нижний патрубок трехходового крана 31 частично открыт упорной шайбой 41, электромагнитный клапан 43 открыт, электромагнитный клапан 31 барботажной трубки 29 открыт, трубка 35 картриджа 16 закрыта, трубка 29 емкости генератора 15 открыта и соединена с распылительной трубкой 36.
В наконечник 44 поступает смешанная в форкамере 67 наконечника 44 барботированная аэрозоль, поступившая через патрубок трехходового крана 34 с распыленной взвесью, полученной распылением аэрационной жидкости из распылительной трубки 36 воздухом из полости штока 40. Далее смешанная аэрозоль поступает в энергетическую установку.
Использование устройства при простоте конструктивного решения дает возможность улучшить экологические характеристики окружающей среды за счет снижения токсичности отработавших газов транспортных средств и стационарных энергетических установок, а также повысить их экономичность и мощность.