двигатель транспортного средства и способ его работы

Формула изобретения

1. Двигатель транспортного средства, содержащий камеру сгорания, снабженную выпускным трубопроводом, коленчатый вал, впускной трубопровод с устройством для очистки воздуха, магистраль подачи углеводородного топлива с топливным насосом, устройство для контакта топлива с озоновоздушной смесью, подключенное к магистрали подачи топлива и снабженное озонатором, смеситель, вход которого подключен к устройству для контакта топлива с озоновоздушной смесью, а выход - к камере сгорания и снабженный патрубком для ввода газообразного окислителя, отличающийся тем, что двигатель дополнительно содержит последовательно установленные на впускном трубопроводе после устройства для очистки воздуха озонатор и газовый коллектор, снабженный озонатором и подключенный через патрубок для ввода газообразного окислителя к смесителю, последовательно установленные на выпускном трубопроводе после камеры сгорания трубопровод рециркуляции, подключенный выходом к газовому коллектору и снабженный ионизатором, эжектор с озонатором, расширитель отработанных газов и ионизатор.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что устройство для контакта топлива с озоновоздушной смесью выполнено в виде эжектора.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что озонатор газового коллектора снабжен турбиной наддува, соединенной с коленчатым валом.

4. Двигатель по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что каждый из озонаторов и ионизаторов снабжен источником высокого импульсного напряжения или тока.

5. Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что каждый из источников высокого импульсного напряжения или тока выполнен в виде генератора электроимпульсных напряжений или тока.

6. Способ работы двигателя транспортного средства, включающий подачу воздуха в впускной трубопровод, очистку воздуха, подачу углеводородного топлива в топливную магистраль, обработку топлива озоновоздушной смесью, полученной пропусканием электрического разряда через воздух, подаваемый в топливную магистраль, смешение обработанного топлива с газообразным окислителем и последующим сжиганием смеси и образованием отработанных газов, отличающийся тем, что воздух, подаваемый в впускной трубопровод, после очистки подвергают воздействию электрического разряда с получением озоновоздушной смеси, последнюю направляют в газовый коллектор, куда дополнительно вводят рециркулирующую часть отработанных газов из выпускного трубопровода после предварительной ее ионизации и озоновоздушную смесь, полученную пропусканием электрического разряда через воздух, подаваемый в газовый коллектор, полученный поток из газового коллектора направляют в качестве газообразного окислителя на смешение с обработанным топливом, а оставшуюся после рециркуляции часть отработанных газов обрабатывают эжектируемым потоком озоновоздушной смеси, полученной пропусканием электрического разряда через воздух, подаваемый в выпускной трубопровод, подают в расширитель и перед выводом в атмосферу ионизируют.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что обработку топлива озоновоздушной смесью ведут в эжекторе с подачей полученного потока обработанного топлива и озоновоздушной смеси на дальнейшее смешение с газообразным окислителем.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что электрический разряд при получении озоновоздушных смесей и ионизации отработанных газов производит с амплитудой импульса тока 1,0 - 2,0 А, фронтом импульса тока 10 - 500 нс и частотой импульса тока 300-2500 Гц.

9. Способ по пп. 6 и 7, отличающийся тем, что расход озоновоздушных смесей при заданной концентрации озона устанавливают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателям транспортных средств и способам их работы, обеспечивающим качественное сгорание топлива и снижение токсичности отработанных газов, и может быть использовано в машиностроении.

Известны двигатели и способы их работы, которые используют озоновые технологии. Так, устройство для обработки подаваемого в двигатель атмосферного воздуха содержит определенной конструкции коллектор воздуха с установленным в нем ионизатором, питаемым от специального источника постоянного тока (пат. РФ N 2078977, F 02 M 27/04 от 10.05.97г.).

Однако нерегулируемая ионизация воздуха с выработкой озона, а также его недостаточное количество из-за выбранной конструкции озонатора снижают эффективность сгорания топлива, особенно при пуске и перегрузках двигателя, что ведет к неполному сжиганию топлива и повышению концентрации вредных отработанных газов.

Известна также обработка отработанных газов двигателя внутреннего сгорания озоновоздушной смесью в эжекционном устройстве. Озон, полученный за счет пропускания воздуха через тлеющий разряд, доокисляет продукты неполного сгорания топлива (а.с. РФ N 1263892, F 01 N 3/08, от 15.10.86г.). Однако в указанном процессе озоновоздушная смесь обрабатывает только отработанные газы и отсутствует воздействие, улучшающее горение топлива, что недостаточно для эффективной работы двигателя с учетом экологических норм.

Наиболее близким техническим решением является двигатель, содержащий камеру сгорания, снабженную выпускным трубопроводом, коленчатый вал, впускной трубопровод с воздухоочистителем, магистраль подачи углеводородного топлива с топливным насосом, барботажный аппарат для контакта топлива с озоновоздушной смесью, подключенный к озонатору с источником высокого напряжения постоянного тока. Вход озонатора соединен с осушителями воздуха. Двигатель содержит карбюратор, вход которого подключен к барботажному аппарату, а выход - к камере сгорания, и снабжен патрубком для ввода очищенного воздуха из впускного трубопровода (а.с. РФ N 1240943, F 02 M 25/10 от 30.06.86г. ).

Известен способ работы двигателя, включающий подачу воздуха в впускной трубопровод, очистку воздуха, подачу углеводородного топлива в топливную магистраль, обработку топлива в барботажном аппарате озоновоздушной смесью, полученной пропусканием электрического разряда с напряжением 15-20 кВ и частотой 50-60 Гц через предварительно очищенный и осушенный воздух, подаваемый в топливную магистраль, отделение отработанного газообразного окислителя от топлива, смешение последнего с воздухом в карбюраторе, последующее сжигание смеси и образование отработанных газов (а.с. РФ N 1240943, F 02 M 25/10 от 30.06.86г.).

Недостатками известных двигателя и способа его работы являются то, что они не в полном объеме решают поставленную задачу: не происходит воздействие озоном на подаваемый в впускной трубопровод атмосферный воздух и на отработанные газы. Сам процесс энергоемок и включает более тщательную подготовку воздуха (сушку), использование барботажного аппарата, являющегося менее производительным и требующего установки дополнительных компрессоров. Кроме того, используемые озонаторы вырабатывают недостаточное количество озона и поэтому предлагаются только для карбюраторных машин. Таким образом снижается эффективность работы двигателя и не обеспечивается снижение вредных компонентов отработанных газов.

Задачей изобретения является улучшение процессов сгорания топлива при снижении концентрации токсичных выбросов отработанных газов за счет создания оптимальных условий процессов горения во всем диапазоне нагрузок двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что двигатель транспортного средства содержит камеру сгорания, снабженную выпускным трубопроводом, коленчатый вал, впускной трубопровод с устройством для очистки воздуха, магистраль подачи углеводородного топлива с топливным насосом, устройство для контакта топлива с озоновоздушной смесью, подключенное к магистрали подачи топлива и снабженное озонатором, смеситель, вход которого подключен к устройству для контакта топлива с озоновоздушной смесью, а выход - к камере сгорания, и снабженный патрубком для ввода газообразного окислителя, причем на впускном трубопроводе после устройства для очистки воздуха последовательно установлены озонатор и газовый коллектор, снабженный озонатором и подключенный через патрубок для ввода газообразного окислителя к смесителю; на выпускном трубопроводе после камеры сгорания последовательно установлены трубопровод рециркуляции, подключенный выходом к газовому коллектору и снабженный ионизатором, эжектор с озонатором, расширитель отработанных газов и ионизатор. Устройство для контакта топлива с озоновоздушной смесью выполнено в виде эжектора. Озонатор газового коллектора снабжен турбиной наддува, соединенной с коленчатым валом. Каждый из озонаторов и ионизаторов снабжен источником высокого импульсного напряжения или тока. Каждый из источников высокого импульсного напряжения или тока выполнен в виде генератора электроимпульсных напряжений или тока.

Для обеспечения поставленной задачи способ работы двигателя транспортного средства включает подачу воздуха в впускной трубопровод, очистку воздуха, воздействия на него электрическим разрядом с получением озоновоздушной смеси и вводом последней в газовый коллектор, подачу углеводородного топлива в топливную магистраль, обработку топлива озоновоздушной смесью, полученной пропусканием электрического разряда через воздух, подаваемый в топливную магистраль, смешение обработанного топлива с газообразным окислителем и последующим сжиганием смеси и образованием отработанных газов, отвод рециркулирующей части отработанных газов из выпускного трубопровода, ее ионизацию и подачу в газовый коллектор, куда дополнительно вводят озоновоздушную смесь, полученную пропусканием электрического разряда через воздух, направляемый в газовый коллектор, подачу полученного потока из газового коллектора в качестве газообразного окислителя на смешение с обработанным топливом, а оставшуюся после рециркуляции части отработанных газов - на обработку эжектируемым потоком озоновоздушной смеси, полученной пропусканием электрического разряда через воздух, подаваемый в выпускной трубопровод, подачу потока в расширитель, его ионизацию и вывод в атмосферу. Обработку топлива озоновоздушной смесью ведут в эжекторе с подачей полученного потока обработанного топлива и озоновоздушной смеси на дальнейшее смешение с газообразным окислителем. Электрический разряд при получении озоновоздушных смесей и ионизации отработанных газов производят с амплитудой импульса тока 1,0 - 2,0 А, фронтом импульсов тока 10 - 500 нс и частотой импульса тока 300 - 2500 Гц. Расход озоновоздушных смесей при заданной концентрации озона устанавливают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

На чертеже показана схема двигателя транспортного средства.

Двигатель содержит камеру сгорания 1, снабженную выпускным трубопроводом 2, коленчатый вал 3 (показан условно), впускной трубопровод 4 с устройством 5 для очистки воздуха (воздушный фильтр), магистраль 6 подачи топлива с топливным баком 7 и топливным насосом 8, устройство 9 для контакта топлива с озоновоздушной смесью, выполненное в виде эжектора, снабженное озонатором 10 с источником высокого импульсного напряжения 11 и подключенное к магистрали 6 подачи топлива, смеситель 12, вход которого соединен с устройством для контакта топлива с озоновоздушной смесью, а выход - с камерой сгорания 1, и снабженный патрубком 13 для ввода газообразного окислителя. На впускном трубопроводе 4 после устройства 5 для очистки воздуха последовательно установлены озонатор 14 с источником высокого импульсного напряжения 15 и газовой коллектор 16, подключенный к патрубку 13 ввода газообразного окислителя смесителя 12 и снабженный озонатором 17 с источником высокого импульсного напряжения 18. На выпускном трубопроводе 2 последовательно установлены после камеры сгорания 1 трубопровод рециркуляции 19, подключенный выходом к газовому коллектору 16 и снабженный ионизатором 20 с источником высокого импульсного напряжения 21, эжектор 22, снабженный озонатором 23 с источником высокого напряжения 24, расширитель отработанных газов 25, ионизатор 26 с источником высокого напряжения 27 и выхлопной патрубок 28. Озонатор 17 газового коллектора 16 снабжен турбиной наддува 29, соединенной с коленчатым валом 3. Озонаторы 10 и 23 снабжены на входе воздушными фильтрами.

Двигатель работает следующим образом. При его включении из топливного бака 7 при помощи насоса 8 в устройство 9 для контакта топлива с озоновоздушной смесью начинает поступать топливо с расходом и напором, обеспечивающим всасывание озоновоздушной смеси из озонатора 10 в количестве, зависящем от используемого типа топлива. Обработанное топливо поступает в смеситель 12 для окончательного обогащения окислителями. Одновременно с подачей топлива через устройство 5 для очистки воздуха начинает поступать воздух в впускной трубопровод 4 и затем в озонатор 14. Полученную в озонаторе 14 озоновоздушную смесь вводят в газовый коллектор 16, куда также подают часть рециркулирующих отработанных газов после их предварительной ионизации в ионизаторе 20, и озоновоздушную смесь, полученную в озонаторе 17. Рециркулирующую часть отработанных газов возвращают в процессе для повышения эффективности озонолиза и увеличения экспозиции прямого окисления за счет повышенной температуры. Смесь газообразного окислителя из газового коллектора 16 через патрубок 13 подают в смеситель 12, откуда топливо с окислителем вводят в камеру сгорания 1. Оставшуюся после рециркуляции часть отработанных газов подают в эжектор 22, куда всасывается определенное количество озоновоздушной смеси, полученной в озонаторе 23. Резкое уменьшение скорости истечения отработанных газов в расширителе 25 способствует поддержанию необходимого контакта отработанных газов с озоном и их доокисления. Далее поток отработанных газов в виде аэрозоля проходит ионизатор 26 и выводится через выхлопной патрубок 28 в атмосферу. Для реализации предложенного изобретения в двигателе установлены эффективные электроискровые озонаторы, работающие на атмосферном воздухе, не требующем предварительной подготовки. В качестве источника высокого напряжения для них и ионизаторов используют маломощные генераторы, питающиеся в свою очередь от бортовой сети или системы зажигания двигателя. Для получения озоновоздушных смесей с определенной концентрацией озона и ионизации отработанных газов электрический разряд производят с амплитудой импульса тока 1,0 - 2,0 А, фронтом импульса тока 10 - 500 нс и частотой импульса тока 300 - 2500 Гц. Расход озоновоздушных смесей при этом определяется режимом работы двигателя, в частности скоростью вращения коленчатого вала.