СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезные модели относятся к области тепловых двигателей внутреннего и внешнего сгорания и могут использоваться для повышения безопасности в энергосберегающих системах питания указанных двигателей.
Известно устройство подготовки водотопливной эмульсии для системы питания дизельного двигателя, описанное в п.РФ №2131982 по кл. F02B 47/02, 51/04, F02M 43/00, з. 16.04.97, oп. 20.06.99.
Известное устройство содержит озонатор, емкость для топлива и контактную колонну, соединенные трубопроводами со смесительной камерой, дозатор, установленный после смесительной камеры, и озонатор, связанный с входом контактной колонны, трубопровод на выходе которой дополнительно снабжен расходомером.
Недостатком известного устройства является сложность, обусловленная необходимостью озонирования воды.
Известна система питания двигателя, описанная в п.РФ №2141053 по кл. F02M 25/00, F02D 21/06, з. 24.09.97, оп. 10.11.99.
Известная система содержит резервуар с жидким углеводородным топливом, топливный насос высокого давления, сообщенный трубопроводами с резервуаром и форсунками для впрыска топлива в цилиндры, и источник газа повышенного давления, при этом в трубопроводе перед топливным насосом установлена проточная герметичная емкость, на входе в которую установлен механический насос, всасывающий патрубок которого соединен с источником газа магистралью, содержащей обратный клапан.
Известно устройство питания газового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), описанное в а.с. СССР №848719 по кл. F02B 43/10, F02D 19/02, F02M 21/02, з. 18.06.76, on. 23.07.81.
Известное устройство питания газового двигателя содержит газогенератор 1, соединенный трубопроводом 2 с емкостью 3, содержащей энергоаккумулирующее вещество, и через трубопровод 4 - с емкостью 5 с водой. Газогенератор 1 через снабженный запорным органом 11 канал 9 также сообщен со смесителем 10, который сообщен с патрубком 12 для подвода воздуха, снабженным дросселем 13, соединенным с устройством 14 управления, представляющим собой датчик давления, чувствительный элемент которого находится в магистрали 15, сообщенной с каналом 9. Выход смесителя 10 соединен с камерой сгорания. В газогенераторе 1 происходит реакция энергоаккумулирующего вещества, подаваемого из емкости 3 и воды, подаваемой из емкости 5 с регулированием соответственно с помощью органов 6 и 7 в зависимости от нагрузки, задаваемой педалью 8 акселератора. Полученный в газогенераторе 1 газ (водород) по каналу 9 поступает в смеситель 10, в который через патрубок 12 подается воздух, подача которого регулируется дросселем 13. Давление водорода в подводящем канале 9 контролируется чувствительным элементом датчика давления в устройстве 14 управления.
Недостаток известного средства заключается в том, что применяемое энергоаккумулирующее вещество в процессе работы расходуется, и с учетом того, что оно не является широкодоступным, его использование становится экономическим невыгодным.
Известно устройство питания ДВС, описанное в статье «Использование гремучего газа для экономии топлива в автомобильном ДВС» от 17.07.2009. (см. сайт http: //www.club2101.com/sforum/index.php?topic=1849.0)
Известное устройство содержит последовательно соединенные аккумуляторную батарею, регулятор тока, представляющий собой широтно-импульсный модулятор, напряжение на входе которого изменяют с помощью потенциометра, электролизер, водяной затвор и камеру двигателя внутреннего сгорания, на второй вход которого поступает воздух и дизельное топливо.
http://ecotuning.com.ua/SuperAquaCar.php
Недостатком известного устройства является небезопасность его эксплуатации. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой, является система питания двигателя внутреннего сгорания, описанная в статье «СуперАкваКар» на сайте  и выбранная в качестве прототипа.
Известная система содержит последовательно соединенные электролизер с датчиком температуры, циркуляционный резервуар, водяной затвор или сепаратор (где осуществляется дополнительная очистка от влаги), электронную систему управления, представляющую собой широтноимпульсный модулятор (ШИМ) тока, а также оптимизатор соотношения топливовоздушной смеси при использовании системы для инжекторных автомобилей. При этом циркуляционный резервуар должен быть расположен выше электролизера, а модулятор снабжен датчиком тока и соединен с датчиком частоты вращения коленвала двигателя. Оптимизатор представляет собой электронное устройство и подключен к форсунке для получения информации об оборотах двигателя, к MAP или MAF сенсору и к лямбда-зондам. Модулятор запитывается от генератора или аккумулятора и снабжен световым индикатором режима работы («норма» или «перегрузка»).
Известная система за счет получения в электролизере гремучего газа и последующего использования для улучшения сгорания топлива обеспечивает максимальный режим экономии топлива в двигателе, однако недостатком известной системы является тот факт, что ее эксплуатация не является безопасной, поскольку в циркуляционном резервуаре отсутствуют средства контроля за уровнем электролита и давлением гремучего газа, и нет разделения его на полости с гремучим газом и жидкостью, что может привести к взрыву.
Также в случае нарушения фаз газораспределения в двигателе («обратные хлопки»), возможен взрыв газа в бачке водяного затвора, либо всасывание воды в цилиндры двигателя и гидроудар при полностью заполненном бачке, наклоне автомобиля или плескании воды при резких ускорениях автомобиля.
Задачей является повышение безопасности эксплуатации устройства.
Поставленная задача решается тем, что:
- в первом варианте выполнения в системе питания теплового двигателя, включающей в себя последовательно соединенные электронную схему управления, представляющую собой широтно-импульсный модулятор тока, электролизер, циркуляционный резервуар, осушитель, соединенный через воздушный коллектор с камерой сгорания двигателя, при этом второй выход циркуляционного резервуара соединен с входом электролизера, снабженного датчиком температуры, соединенным с одним из входов схемы управления, второй вход которой соединен с датчиком частоты вращения коленвала двигателя, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, циркуляционный резервуар выполнен из двух частей, разделенных перегородкой на две сообщающихся полости, одна из которых с гремучим газом отделена перегородкой от второй полости с заправочной горловиной и снабжена датчиком уровня электролита и датчиком давления гремучего газа, соединенным через механически замыкаемый электрический ключ с подключенным к входу электролизера выходом схемы управления, третий вход которой соединен с датчиком положения педали акселератора, при этом уровень заправочной горловины расположен ниже места подключения патрубка подвода гремучего газа, осушитель газа снабжен датчиком уровня жидкости (конденсата), а подключение осушителя к впускному трубопроводу осуществляется через пламегаситель.
При этом при использовании системы для питания, например, 4-хцилиндрового дизельного двигателя внутреннего сгорания во впускном воздушном трубопроводе до входа в него пламегасителя может быть расположен установленный в корпусе воздушный фильтр, соединенный через впускной воздушный трубопровод с камерами сгорания дизельного двигателя с маховиком, а выпускной коллектор камер сгорания может быть соединен с глушителем.
При этом при использовании системы для питания двигателя внешнего сгорания (например, двигателя Стирлинга α-типа) во впускном воздушном трубопроводе до входа в него пламегасителя может быть расположен установленный в корпусе воздушный фильтр, соединенный через впускной воздушный трубопровод с камерой сгорания двигателя с маховиком, для подачи во впускной воздушный трубопровод необходимого для работы двигателя воздуха может быть использован электрический насос, на валу которого закреплена крыльчатка, а в камере сгорания может быть установлена горелка.
- во втором варианте выполнения системы питания теплового двигателя типа инжекторного бензинового двигателя, включающей в себя последовательно соединенные электронную схему управления, представляющую собой широтно-импульсный модулятор тока, электролизер, циркуляционный резервуар, осушитель газа, соединенный через впускной воздушный трубопровод с камерой сгорания двигателя, при этом второй выход циркуляционного резервуара соединен с входом электролизера, снабженного датчиком температуры, соединенным с одним из входов схемы управления, второй вход которой соединен с датчиком частоты вращения коленвала двигателя, оптимизатор пропорции топлива, выполненный в виде электронной схемы, связанной входами с каналом датчика расхода воздуха, и двумя каналами лямбда контроля, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, во впускном воздушном трубопроводе до входа в него пламегасителя расположен установленный в корпусе воздушный фильтр, соединенный через впускной воздушный трубопровод с камерой сгорания, выпускной коллектор которой соединен с глушителем, а после входа во впускной воздушный трубопровод пламегасителя расположены дроссельная заслонка с датчиком ее положения, датчик давления во впускном воздушном трубопроводе, в выпускном воздушном трубопроводе размещен датчик концентрации кислорода в отработавших газах, датчик концентрации кислорода в отработавших газах на выходе из глушителя, имеется датчик атмосферного давления, а два входа оптимизатора соединены через корректоры сигнала с датчиком концентрации кислорода в отработавших газах и датчика давления воздуха во впускном трубопроводе двигателя, при этом циркуляционный резервуар выполнен из двух частей, разделенных перегородкой на две сообщающихся полости, одна из которых с гремучим газом отделена перегородкой от второй полости с заправочной горловиной, снабжена датчиком уровня электролита, подключенным к третьему входу системы управления и датчиком давления, соединенным через механически управляемый электрический ключ с подключенным к входу электролизера выходом схемы управления, четвертый вход которой соединен с датчиком положения педали акселератора, при этом уровень заправочной горловины расположен ниже места подключения патрубка подвода гремучего газа, имеется осушитель газа с датчиком уровня жидкости (конденсата), подключенным к пятому входу электронной схемы управления, и выход осушителя газа подключен к впускному трубопроводу двигателя через пламегаситель.
Выполнение циркуляционного резервуара из двух частей, разделенных перегородкой А, и образующих сообщающиеся сосуды, при котором полость Б, в которой содержится гремучий газ, отделена перегородкой от воздушной полости под заливной горловиной, обеспечивает безопасное пополнение резервуара водой или электролитом, что в совокупности с расположением уровня заправочной горловины ниже места подключения патрубка подвода гремучего газа гарантирует наличие незаполненной электролитом полости Б даже при заправке резервуара «под пробку».
Оснащение циркуляционного резервуара датчиками уровня электролита и давления гремучего газа позволяет обеспечить блокирование выработки гремучего газа при недостаточном уровне электролита и превышении давления газа, повышая безопасность эксплуатации системы.
Наличие датчика уровня жидкости (конденсата) в бачке осушителя обеспечивает автоматическое прекращение выработки гремучего газа при определенном количестве конденсата в указанном бачке, что исключает всасывание жидкости в цилиндры двигателя и также обеспечивает безопасность системы.
Установка пламегасителя исключает возможность воспламенения гремучего газа в бачке осушителя в случае возникновения «обратных хлопков» во впускном трубопроводе при нарушении фаз газораспределения в двигателе.
Наличие датчика положения педали акселератора в совокупности с подключением его к схеме управления обеспечивает форсирование выработки гремучего газа при резком нажатии на педаль, пока двигатель еще не набрал обороты, а также прекращение выработки газа при полном отпускании педали, что также повышает безопасность системы и позволяет рационально использовать электрическую энергию из бортовой сети, необходимую для выработки гремучего газа (газа Брауна).
Технический результат - повышение безопасности эксплуатации системы.
Заявляемая полезная модель в первом варианте выполнения обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение циркуляционного резервуара из двух частей, разделенных перегородкой А, и образующих сообщающиеся сосуды, при котором полость Б, в которой содержится гремучий газ, отделена перегородкой от воздушной полости под заливной горловиной, расположение уровня заправочной горловины ниже места подключения патрубка подвода гремучего газа, оснащение циркуляционного резервуара датчиками уровня электролита и давления гремучего газа, наличие осушителя газа с датчиком уровня жидкости (конденсата), наличие пламегасителя, наличие датчика положения педали акселератора и подключение его к схеме управления, обеспечивающие в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемая полезная модель во втором варианте выполнения обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как расположение во впускном воздушном трубопроводе до входа в него пламегасителя установленного в корпусе воздушного фильтра, соединенного через впускной воздушный трубопровод с камерой сгорания, выпускной коллектор которой соединен с глушителем, расположение после входа во впускной воздушный трубопровод пламегасителя дроссельной заслонки с датчиком ее положения, датчика давления во впускном воздушном трубопроводе, размещение в выпускном воздушном трубопроводе датчика концентрации кислорода в отработавших газах в выпускном воздушном трубопроводе, датчика концентрации кислорода в отработавших газах на выходе из глушителя, наличие датчика атмосферного давления, соединение двух входов оптимизатора через корректоры сигнала с датчиком концентрации кислорода в отработавших газах и датчиком давления воздуха во впускном трубопроводе двигателя, выполнение циркуляционного резервуара из двух частей, разделенных перегородкой А, и образующих сообщающиеся сосуды, при котором полость Б, в которой содержится гремучий газ, отделена перегородкой от воздушной полости под заливной горловиной, расположение уровня заправочной горловины ниже места подключения патрубка подвода гремучего газа, оснащение циркуляционного резервуара датчиками уровня электролита и давления гремучего газа, наличие осушителя газа с датчиком уровня жидкости (конденсата), наличие пламегасителя, наличие датчика положения педали акселератора и подключение его к схеме управления, обеспечивающие в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемая полезная модель в обоих вариантах ее выполнения может найти широкое применение в тепловых двигателях внутреннего и внешнего сгорания, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг.1 - функциональная схема устройства в первом варианте выполнения;
- фиг.2 - функциональная схема заявляемой системы при использовании ее для питания 4-хцилиндрового дизельного двигателя внутреннего сгорания;
- фиг.3 - функциональная схема заявляемой системы при использовании ее для питания двигателя внешнего сгорания (например, двигателя Стирлинга α-типа);
- фиг.4 - функциональная схема заявляемой системы во втором варианте ее выполнения.
Заявляемая система питания теплового двигателя (фиг.1) содержит последовательно соединенные электронную схему 1 управления, представляющую собой широтно-импульсный модулятор тока, электролизер 2, циркуляционный резервуар 3, осушитель 4 газа, соединенный через пламегаситель ПГ, представляющий собой, например, участок трубы, заполненный проволочной канителью, с воздушным трубопроводом 5 и далее с камерой 6 сгорания двигателя Д. При этом второй выход циркуляционного резервуара 3 соединен с входом электролизера 2, снабженного датчиком 7 температуры, соединенным с одним из входов схемы 1 управления, второй вход которой соединен с датчиком 8 частоты вращения коленвала двигателя Д. Циркуляционный резервуар 3 выполнен из двух частей 9 и 10, разделенных перегородкой 11 на две сообщающихся полости. Одна из полостей (10) с гремучим газом отделена перегородкой 11 от второй полости 9 с заправочной горловиной 12, при этом уровень заправочной горловины 12 расположен ниже места подключения патрубка 13 подвода гремучего газа. Полость 10 снабжена датчиком 14 уровня электролита и датчиком 15 давления, соединенным через механически управляемый электрический ключ 16 с подключенным к входу электролизера 2 выходом схемы 1 управления. Третий вход схемы 1 управления соединен с датчиком 17 положения педали 18 акселератора. Осушитель газа 4 снабжен датчиком 19 уровня жидкости (конденсата). При этом электронная схема 1 управления представляет собой широтно-импульсный модулятор тока.
Заявляемая система работает следующим образом.
При включении зажигания через предохранитель П подается питание на электронную схему 1 управления, которая опрашивает датчик 17 положения педали 18 акселератора, датчик 8 частоты вращения коленвала, датчик 7 температуры электролита в электролизере 2, датчик 14 уровня электролита в циркуляционном резервуаре 3, датчик 19 уровня жидкости (конденсата) в бачке осушителя газа 4. Датчик 15 предельного давления гремучего газа (газа Брауна) при давлении гремучего газа в полости 10 циркуляционной емкости 3, не превышающем определенного, обеспечивает замыкание механически соединенного с ним контакта электрического ключа 16.
При незапущенном двигателе (N дв < 100 об/мин по датчику 8) электронная схема 1 управления для обеспечения безопасности не выдает сигнала питания электролизера 2 с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и гремучий газ в электролизере 2 не вырабатывается.
После запуска двигателя (N дв > 500 об/мин по датчику 8), электронная схема 1 выдает ШИМ-сигнал питания электролизера 2, скважность которого зависит от положения педали 18 акселератора, частоты вращения вала двигателя и температуры электролита в электролизере 2. Под воздействием электрического тока на поверхностях пластин В электролизера 2 выделяются водород и кислород. Смесь этих газов (гремучий газ, газ Брауна) поднимается вверх и поступает в полость Б циркуляционного резервуара 3, далее в бачок осушителя газа 4 и пламегаситель, обеспечивающие безопасность эксплуатации системы.
В бачке осушителя 4 газ отделяется от капель электролита и поступает в пламегаситель ПГ, а из него во впускной воздушный трубопровод 5 питания двигателя Д воздухом. Во впускном воздушном трубопроводе 5 воздух смешивается с гремучим газом, поступающим из пламегасителя ПГ. Смесь воздуха с гремучим газом всасывается в цилиндры 6 и обеспечивает работу двигателя, при этом расход основного углеводородного топлива уменьшается пропорционально подаче гремучего газа. Отработавшие газы через выпускной коллектор поступают в глушитель и далее выбрасываются в атмосферу.
При использовании для питания воздухом, например, 4-цилиндрового дизельного двигателя внутреннего сгорания заявляемая система (фиг.2) дополнительно включает в себя в себя последовательно расположенные установленный в корпусе 20 воздушный фильтр 21, соединенный через воздушный коллектор 5 с камерами сгорания 6 дизельного двигателя Д с маховиком М, выпускной коллектор 22 и глушитель 23.
Атмосферный воздух при работе двигателя проходит через фильтрующий элемент 21, установленный в корпусе 20. Во впускном воздушном трубопроводе 5 воздух смешивается с гремучим газом, поступающим из пламегасителя ПГ. Смесь воздуха с гремучим газом всасывается в цилиндры 6 двигателя и обеспечивает его работу. Расход дизельного топлива автоматически уменьшается пропорционально производительности электролизера 2, поскольку воздух, подаваемый в цилиндры 6 двигателя, обогащен гремучим газом, и позволяет двигателю отдавать требуемую мощность при меньшей подаче основного топлива. Отработавшие газы через выпускной коллектор 22 поступают в глушитель 23 и далее выбрасываются в атмосферу.
На чертеже (фиг.3) показан вариант использования заявляемой системы, например, для двигателя внешнего сгорания (двигатель Стирлинга α-типа).
На данном чертеже схематично изображена система питания двигателя Стирлинга Д воздухом, включающая в себя последовательно расположенные установленный в корпусе 20 воздушный фильтр 21, соединенный через воздушный трубопровод 5 с камерой сгорания 6 двигателя Стирлинга Д с маховиком М. Необходимый для работы двигателя воздух засасывается во впускной трубопровод. 5 электрическим насосом 24, на валу которого закреплена крыльчатка 25. Сгорание основного углеводородного топлива происходит в камере 6, в которой установлена горелка 26. Двигатель Д Стирлинга содержит также «горячий» теплообменник 27 и «холодный» теплообменник 28. При работе заявляемой системы, вырабатываемый гремучий газ поступает во впускной трубопровод 5, где смешивается с впускным воздухом, и далее смесь газов поступает в камеру 6 сгорания, обеспечивая работу двигателя. Поскольку в камеру 6 сгорания поступает воздух, обогащенный гремучим газом, подача основного углеводородного топлива пропорционально уменьшается. Производительность воздушного насоса 24 регулируется электронным блоком управления 1 в зависимости от нажатия на акселератор 18, имеющий датчик положения 17, что позволяет также управлять производительностью электролизера 2.
Во втором варианте выполнения (фиг.4) заявляемая система предназначена для питания инжекторного бензинового, например, 4-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания.
При использовании с инжекторным бензиновым двигателем в системе питания во впускном воздушном трубопроводе 5 дополнительно установлены дроссельная заслонка 29, датчик 30 ее положения и датчик 31 давления, а на выходе выпускного воздушного коллектора 22 размещены датчик 32 концентрации кислорода в отработавших газах, датчик 33 концентрации кислорода на выходе из глушителя 23, а также корректор 34 сигнала датчика 32 концентрации кислорода в выпускном коллекторе 22 и корректор 35 сигнала датчика 31 давления во впускном коллекторе 5. Также дополнительно используется оптимизатор 36 управления двигателем Д, определяющий соотношение топлива и воздуха в горючей смеси, управляющий топливными форсунками и катушками зажигания. Имеется датчик 37 атмосферного давления. Оптимизатор 36 представляет собой электронную схему, входы которой соединены соответственно с датчиком 30 положения дроссельной заслонки, датчиком 31 давления во впускном воздушном коллекторе 5. Остальные входы оптимизатора 36 подключены соответственно к датчику 33 концентрации кислорода в отработавших газах на выходе из глушителя 23 и датчику 37 атмосферного давления, к датчику 8 частоты вращения коленвала и датчику 32 концентрации кислорода в выпускном коллекторе. При совместной работе заявляемой системы совместно со штатной, заявляемая система обеспечивает обогащение впускного воздуха гремучим газом, а штатная система управляет подачей топлива, причем для уменьшения подачи топлива используется изменение показаний датчиков 31 и 32 с помощью корректоров 34 и 35, что позволяет существенно уменьшить подачу основного топлива без внесения изменений в оптимизатор 36.
В сравнении с прототипом заявляемая система питания теплового двигателя в обоих вариантах ее выполнения является более безопасной.