БИТОПЛИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использована при производстве автомобилей, легких судов, мотоциклов, мотороллеров, мопедов, газонокосилок, автономных электростанций, а также в электрохимии для получения водорода и кислорода для технологических нужд в различных отраслях промышленности.
Основным источником загрязнения атмосферы в России являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания, большая доля которых работает на углеводородном топливе. Согласно данным Минздрава РФ на долю автотранспорта в ряде регионов России приходится 70-87% от общего объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Использование не нефтяного сырья не только расширяет ресурсы топлив, но и позволяет улучшить их экологические характеристики. На сегодняшний день, с учетом роста парка автомобилей, ограниченности сырьевых ресурсов для получения нефтяных моторных топлив и методов снижения вредных выбросов с отработавшими газами необходимо искать новые пути решения этой проблемы. Предлагаемое техническое решение, позволяющее использовать водород как добавку к основному моторному топливу, будет способствовать повышению экологичности отработавших газов и снижению расхода топлива как основного источника энергии в двигателях внутреннего сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной трубопровод, впускной и выпускной клапаны, свечу зажигания и систему подачи топлива (см. Вишняков Н.Н. и др. Автомобиль. Основы конструкции. Учебник для специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство», М: Машиностроение, 1986 г., стр. 12-21).
Недостатком известного двигателя является низкий коэффициент полезного действия, большой расход топлива и плохой экологический фактор при всех режимах работы двигателя.
Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором топливная система включает дополнительную байпасную линию с устройством, выполненным в виде герметичной оболочки, разделенной перегородкой на две секции, в одной из которых размещен гидрид металла, а в другой - насос для подачи водорода в зону впрыска, при этом перегородка снабжена окном, закрытым пластиной из палладиевого сплава (патент РФ на изобретение №2291979, МПК: F02M 25/12, F02N 17/00).
Однако данное техническое решение характеризуется сложной конструкцией из-за наличия двух систем раздельной подачи двух видов топлива, а также сложностью обеспечения дозирования и согласованной с моментом воспламенения подачи водорода при всех режимах работы двигателя. Кроме того, данное изобретение позволяет использовать водород только при запуске двигателя. Применение гидрида металла в качестве источника водорода как топлива двигателя внутреннего сгорания для транспортных средств не целесообразно из-за большой балластной массы (содержание водорода около 5-7%).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является битопливный двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной трубопроводы, связанные с камерой сгорания посредством впускного и выпускного клапанов, свечу зажигания, установленную в головке цилиндра, систему подачи топлива в камеру сгорания и источник водорода, выполненный в виде электролизера с электродами, установленного во впускном трубопроводе с возможностью свободного прохода воздуха через электролизер (патент РФ на полезную модель №102683, МПК: F02B 51/04, F02B 47/04).
Недостатками известного устройства являются отбор мощности двигателя штатным генератором из-за повышенной на него нагрузки и его быстрый выход из строя.
Задача настоящей полезной модели заключается в создании битопливного двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего снижение расхода топлива на автомобильном транспорте и снижение токсичности отработанных газов.
Техническим результатом является снижение расхода топлива при повышении экологической эффективности работы двигателя при минимальных конструктивных изменениях его элементов за счет использования водорода, как добавки к основному топливу на двигателях внутреннего сгорания. Наличие электролизера (установки по выделению водорода), который использует энергию альтернативных источников - солнечной батареи и ветрогенератора, позволяющих автономно обеспечивать работу электролизера, повышает экономичность двигателей внутреннего сгорания.
Поставленная задача решается тем, что битопливный двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров с поршнями и головкой цилиндров, образующие камеру сгорания, рубашку охлаждения, впускной и выпускной трубопроводы, связанные с камерой сгорания посредством впускного и выпускного клапанов, свечу зажигания, установленную в головке цилиндра, систему подачи топлива в камеру сгорания и источник водорода, выполненный в виде электролизера, согласно заявляемому техническому решению дополнительно содержит аккумулятор, подключенный к электролизеру, солнечной батареи и ветрогенератору.
Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг. 1 и Фиг. 2 представлен схематичный чертеж двигателя.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - блок цилиндров, 2 - поршень, 3 - головка цилиндра, 4 - камера сгорания, 5 - впускной клапан, 6 - выпускной клапан, 7 - впускной трубопровод, 8 - выпускной трубопровод, 9 - свеча зажигания, 10 - форсунка, 11 - электролизер, 12 - аккумулятор, 13 - солнечная батарея, 14 - ветрогенератор, 15 - кнопка включения электролизера.
Битопливный двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров 1 с поршнями 2, соединенными с кривошипно-шатунным механизмом, и головку цилиндров 3, образующие камеру сгорания 4. С камерой сгорания 4 посредством впускного 5 и выпускного 6 клапанов с принудительным приводом, например, распределительным валом (не показан) связаны впускной 7 и выпускной 8 трубопроводы, соответственно. В головке цилиндров 3 установлена свеча зажигания 9. Двигатель внутреннего сгорания также содержит систему подачи топлива, включающую форсунку 10, расположенную во впускном трубопроводе 7 и источник водорода. Источник водорода выполнен в виде электролизера 11 с возможностью подачи на него электрического тока, подведенного от аккумулятора 12, подключенного к солнечной батареи 13 и ветрогенератору 14. Размер электролизера выбирают в зависимости от размера впускного трубопровода и требуемой производительности водорода. Электролизер может содержать, например, аноды и катоды, разделенные изолирующей неэлектропроводной перегородкой с образованием анодных и катодных камер и протонпроводящую мембрану. Ветрогенератор может быть расположен в подкапотном пространстве автомобиля перед радиатором охлаждения, солнечная батарея может быть установлена на крышу автомобиля. Дополнительный аккумулятор может быть установлен в багажном отделении.
Битопливный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Воздух, поступающий во впускной трубопровод 7, проходит через электролизер 11. На электролизер 11 включением кнопкой 15 запуска установки, от дополнительного аккумулятора 12, подают напряжение. При этом аккумулятор 12 автономно заряжается от солнечной батареи 13 и/или ветрогенератора 14 в зависимости от того, движется автомобиль или нет, и времени суток. При этом в электролизере 11 происходит электроокисление воды, естественным путем присутствующей в воздухе, с выделением кислорода и образованием ионов водорода (в воздух можно специально вводить пары воды, например, путем установки испарителя). Положительные ионы водорода, пройдя через твердую протонпроводящую мембрану электролизера 11, попадают на катод, где они восстанавливаются с выделением газообразного водорода. Водород смешивается с поданной при помощи форсунки 10 либо во впускной трубопровод 7, либо в зону впускного клапана 5 цилиндра топливовоздушной смесью, состоящей из воздуха и бензина. На первом такте работы двигателя при закрытом выпускном клапане 6 поршень 2, перемещаясь к нижней мертвой точке, через впускной клапан засасывает цикловую порцию обедненной топливовоздушной смеси, состоящую из бензина и смеси воздуха с водородом. На втором такте обогащенная водородом рабочая смесь сжимается перемещением поршня 2 к верхней мертвой точке. В конце такта свеча зажигания 9 электрической искрой воспламеняет обогащенную водородом рабочую смесь в камере сгорания 4. На третьем такте за счет расширения продуктов сгорания происходит рабочий ход поршня 2 (впускной 5 и выпускной 6 клапаны закрыты). На четвертом такте выпускной клапан 6 открывается и поршень 2, перемещаясь к верхней мертвой точке, выталкивает отработавшие продукты в окружающую среду, затем циклы повторяются. При этом цилиндр 1 и головка цилиндров 3 охлаждаются циркулирующей жидкостью в рубашке охлаждения цилиндра.
Таким образом, подключение электролизера (установки для получения газа Брауна) не к бортовой сети автомобиля, а к дополнительному аккумулятору, заряжаемому от солнечной батареи и/или ветрогенератора, позволит не снижать ресурс штатной аккумуляторной батареи и электрогенератора, снизить расход топлива и повысить экологичность автомобиля без снижения мощностных характеристик двигателя. Предлагаемая полезная модель позволит использовать двигатель внутреннего сгорания как в штатном режиме, так и с включенным электролизером.