Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.
Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.
В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60 % меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами.
Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса. При этом паровая машина паровоза продолжает развивать тяговое усилие даже в случае остановки колёс (упор в стену), чем отличается от всех других видов двигателей, используемых на транспорте.
sites.google.com
Изобретение относится к автомобильной промышленности. Способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания, включающий нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания, согласно изобретению нагрев воды и выделение пара происходит в теплоизолированном бачке, в который предварительно заливают воду, нагревают ее при помощи установленного в бачке радиатора, через который циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя, и выхлопными газами, поступающими через магистраль, снабженную термоклапаном, с увеличивающейся скоростной интенсивностью, связанной с уменьшением плотности и вязкости при увеличении температуры за счет уменьшения поверхностного натяжения, вызванного разрежением, создаваемым обратным ходом поршня двигателя, перемешивают полученный пар с горячими выхлопными газами, затем смесь выхлопного газа и пара поступает в теплонакопитель, где происходит подогрев и катализ в результате контактирования с никелевым катализатором с последующим перемещением во всасывающий коллектор. Изобретение обеспечивает повышение КПД двигателя и снижение вредных выбросов в выхлопных газах. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, использующим устройства для получения и добавления пара.
При сжигании углеводородного топлива часто возникают вредные вещества, концентрация которых в воздухе в густонаселенных и промышленно развитых областях уже сегодня достигает опасных для здоровья человека величин. Внимание сосредоточивается прежде всего на окиси углерода СО, токсичных углеводородах СНx и окислах азота NOx. Содержание этих веществ в атмосфере контролируется, и поэтому существуют предписывающие максимально допустимые нормы их присутствия в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, особенно устанавливаемых на автомобилях. Эти требования к чистоте отработанных газов становятся все более жесткими, оказывают значительное влияние на дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания.
Из уровня техники известно изобретение, в котором описан способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания, включающий нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания (см. RU 2136942, 1999, 8 с.). К недостаткам известного изобретения следует отнести невысокий КПД двигателя.
Технической задачей изобретения является повышение КПД двигателя и снижение вредных выбросов в выхлопных газах.
Поставленная задача решается за счет того, что способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания включает нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания, при этом нагрев воды и выделение пара происходит в теплоизолированном бачке, в который предварительно заливают воду, нагревают ее при помощи установленного в бачке радиатора, через который циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя, и при помощи выхлопных газов, поступающих через магистраль, снабженную термоклапаном, перемешивают полученный пар с горячими выхлопными газами, затем смесь выхлопного газа и пара поступает в теплонакопитель, где происходит подогрев и катализ в результате контактирования с никелевым катализатором с последующим перемещением во всасывающий коллектор. Подогрев и катализ производят более одного раза. Используют недистиллированную воду.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство для осуществления способа, на фиг.2 - теплонакопитель, на фиг.3 - наполнение накопителя.
К устройству предъявляются следующие свойствами: должен быть изготовлен из антикоррозийного материала;
должен быть по возможности объемным, на сколько позволяет освобожденное пространство;
как можно больше минимизировать теплоотдачу в окружающее пространство;
во внутренней полости бачка установить тепловой радиатор, по которому циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя.
Устройство состоит из бачка 1 с теплоизоляцией 2 (теплый коврик 5 мм, обернутый тонкой фольгой и стеклотканью, пропитан эпоксидным клеем), горловины 3 с пробкой, электропомпы 4, радиатора 5, клапана 6, электромагнитного клапана 7, теплонакопителя 8, всасывающей трубки 9, наконечника 10, сливного крана 11, магистрали 12, рабочей полости теплонакопителя 13, хомута 14, ушка 15, крепежных элементов 16, элементов 17, 18, выхлопной трубы 19, штуцера 20, горловины с пробкой и встроенным штуцером теплонакопителя 21, пластины 22, никелевых кусочков 23.
Пластины радиатора выполнены из нержавеющей стали для улучшения теплоотдачи. Каждая пластина перед сборкой была заточена по контуру обоюдоостро. Теплонакопитель 8 изготовлен из нержавеющей трубы диаметром 52 мм и длиной 120 мм, разрезан на два элемента 17 и 18. Элемент 17 подгоняется по наружному диаметру выхлопной трубы. Затем перевернув на 180°, сваривается в одно целое. Приваривают четыре ушка 15 и изготавливают два хомута 14. Вовнутрь вваривается пластина 22 с отверстиями, подогнанная по внутреннему контуру. С боков устанавливаются две пластины и завариваются (не показано). После сборки теплонакопитель 8 скрепляется крепежными элементами 16. В нижней части накопителя 8 приваривается штуцер 20, в верхней части изготавливается горловина с пробкой 21, в которую встроен штуцер, аналогичный нижнему. Теплонакопитель заполняется никилиевыми кусочками округлой формы (старые монеты) 23 и закрепляется на выхлопной трубе 19. Выхлопной коллектор подвергается переделке: врезается всасывающая трубка 9, а заслонка подогрева всасывающего коллектора «зима-лето» переводится в положение, соответствующее погодному фактору (не показано). Во всасывающем коллекторе убирается перегородка между дублирующими отверстиями рабочей и форсажной камерами карбюратора. Получается одно большое отверстие в виде эллипса. Между карбюратором и всасывающим коллектором устанавливается карболитовая прокладка, исключающая перегрев карбюратора. Вентилятор принудительного охлаждения снимается и охлаждение осуществляется электровентилятором, срабатывающим от термодатчика при повышении температуры охлаждающей жидкости выше 93°.
Способ осуществляется следующим образом.
Двигатель заводится и прогревается, желательно дисцилированная вода, предварительно залитая в бочок 1 (см. фиг.1), интенсивно нагревается радиатором 5, через который протекает охлаждающая жидкость двигателя, и выхлопными газами, идущими через магистраль 12, которая предварительно пропущена через штатный термоклапан. На конце магистрали 12 прикручивается наконечник 10 с проходным отверстием 0,5 мм. Как откроется термостат, включается электропомпа 4. После прогрева двигателя включается электромагнитный клапан 7. Присутствие пара, частично среагировавшего от контакта с никелем, определяем по резкому скачку оборотов и появляющемуся характерному низкому звуку двигателя. Заслонку открываем после скачка оборотов. Интенсивность подачи пара регулируется в двух режимах: на холостом ходу клапаном 6 и при движении автомобиля свыше 80 км/ч, т.к. при повышенных оборотах двигателя возрастает температура и разрежение внутри полости бачка 1, которые влекут повышенное образование пара, плюс пар, поступающий с выхлопными газами, через магистраль 12, а также через штатную магистраль регенерации газов. Для регулирования на повышенных оборотах применяется дополнительный электромагнитный клапан, врезанный в магистраль бензопровода. Через шток клапана просверливается отверстие диаметром 0,8 мм. В результате около 3 тыс. оборотои выше бензина не хватает. Нехватка покрывается паром.
В случае, если вода кончилась, клапан подачи бензина открывается и чуть прикрывается воздушная заслонка и передвижение осуществляется в обычном режиме. Практика показала, чем хуже бензин (высокая ламинарная скорость горения), тем устойчивее работает двигатель. Даже езда на бензине с октановым числом «59», куда эффективнее, чем на «76». При вакуумном способе нагрева и подачи воды даже зимой, когда в бачке находится лед, выделение пара начинается с небольшим опозданием по сравнению с летним временем. Крайне важна, особенно в зимнее время, просушка двигателя перед стоянкой на ночь или на более длительное время. При снятии головки обнаруживается, что камера сгорания чиста. Расход примерно 6 литров бензина и до 4 литров воды в городском режиме, учитывая, что на штатном топливе расход 12 литров на 100 км. Но показания приблизительные, т.к. езда при такой комбинации углеводородного топлива и пара, где подача последнего в зависимости от нагрузки регулируется пониженным давлением, создаваемым поршнями двигателя внутри полости бачка. Дальнейшее увеличение подачи пара из-за высокой температуры последнего приводит к уменьшению коэффициента наполнения двигателя. А также к понижению индикаторного КПД из-за уменьшения скорости сгорания бензопаровоздушной смеси. Также имеет место горение СО, начинающее гореть при температуре от 700° и выше в присутствии водяного пара, доказательством чему является то, что при отсоединении магистрали регенерации выхлопных газов и закрытии отверстия его подачи заметно снижаются обороты, визуально наблюдаемые по тахометру. Также имеет место образование метана в теплонакопителе в присутствии никелевого катализатора, доказательством тому служит, что при нехватке температуры в теплонакопителе (особенно проявляется в сильные морозы) катализ не происходит и переизбыток несреагировавшего пара и выхлопных газов во время диссоциации пара на Н2 и O2 в двигателе отнимает тепло, выделяемое основным топливом; в результате переизбытка двигатель не развивает мощность. Этот момент выравнивается поджатием пара клапаном 6 или утеплением теплонакопителя.
1. Способ комбинированной подачи углеводородного топлива и пара в двигатель внутреннего сгорания, включающий нагрев воды и получение пара, подачу топлива и пара в камеру сгорания, отличающийся тем, что нагрев воды и выделение пара происходит в теплоизолированном бачке, в который предварительно заливают воду, нагревают ее при помощи установленного в бачке радиатора, через который циркулирует охлаждающая жидкость, отводимая от двигателя, и при помощи выхлопных газов, поступающих через магистраль, снабженную термоклапаном, перемешивают полученный пар с горячими выхлопными газами, затем смесь выхлопного газа и пара поступает в теплонакопитель, где происходит подогрев и катализ в результате контактирования с никелевым катализатором с последующим перемещением во всасывающий коллектор.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогрев и катализ производят более одного раза.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют недистиллированную воду.
www.freepatent.ru
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЯНОГО ПАРА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее резервуар с водой, снабженный газовой и. водяной полостями , и парообразователь, установленный на выпускной трубе н снабженный входным и выходным патрубками, первый из которых соединен с резервуаром, а второй - с воздуховпускной трубой, подключенной к полости воздушного фильтра, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности , выходной патрубок парообразователя подключен к воздуховпускной трубе через газовую полость резервуара, а последняя сообш,ена при помощи трубопровода с полостью воздушного фильтра. Q Ф (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
09) (11) 3 С51) F 02 М 2 02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
M ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3513597/25-06 (22) 16.11.82 (46) 07.09.84. Бюл. № 33 (72) А. А. Епифанов (53) 621.43.057.2 (088.8) (56) I. Заявка Великобритании ¹ 1395418, кл. F 1 В, опублик. 1975. (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЯНОГО ПАРА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее резервуар с водой, снабженный газовой и. водяной полостями, и парообразователь, установленный на выпускной трубе и снабженный входным и выходным патрубками, первый из которых соединен с резервуаром, а второй — с воздуховпускной трубой, подключен ной к полости воздушного фильтра, огличающееся тем, что, с целью повышения эффективности,.выходной патрубок парообразователя подключен к воздуховпускной трубе через газовую полость резервуара, а последняя сообщена при помощи трубопровода с полостью воздушного фильтра, Ill2I38
Составитель В. Шилов
Редактор И. Николайчук Техред И. Верес Ко р ректор Л. П или не н к о
Заказ 6059 22 Тираж 523 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5
Филиал ППП «Патентi, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Изобретение относится к машиностроеник>, в частности двигателестроеник, а именно для подачи водяного пара в двигатель внутреннего сгорания.
Известны устройства для подачи водяного пара в двигатель внутреннего сгорания, содержащие резервуар с водой, снабженный газовой и водяной полостями, и парообразователь, установленный на выпускной трубе и снабженный входным и выходным патрубками, первый из которых соединен с резервуаром, а второй — с воздуховпускной трубой, подключенной к полости воздушного фильтра. Получение . водяного пара, подаваемого в двигатель, осуществляется путем использования теплоты отработавших газов, в результате чего улучшается использование теплоты в цикле двигателя (I).
Однако из-за тепловой инерционности преобразователя при изменении режима работы возможно попадание неиспаренной воды в двигатель, что понижает эффективность использования водяного пара в рабочем цикле двигателя.
Целью изобретения является повышение эффективности.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для подачи водяного пара в двигатель внутреннего сгорания, содержащем резервуар с водой, снабженный газовой и водяной полостями, и парообразователь, установленный на выпускной трубе и снабженный входным и выходным патрубками, первый из которых соединен с резервуаром, а второй — с воздуховпускной трубой, подключенной к полости воздушного фильтра, выходной патрубок парообразователя подключен к воздуховпускной трубе через газовую полость резервуара, а последняя сообщена при помощи трубопровода с полостью воздушного фильтра.
На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.
Резервуар I снабжен водяной 2 и газовой 3 полостями, первая из которых подключена к входному патрубку 4 парообразовгтеля 5. Выходной патрубок 6 парообразователя 5 соединен с газовой полостью 3 резервуара I, которая подключена при помощи трубопровода 7 к полости 8 воздушного фильтра 9 и при помощи магистрали 10 к воздуховпускному патрубку 11 двигателя
12. Парообразователь 5 установлен на выI5 пускной трубе 13. Входной патрубок 4 и магистраль 10 снабжены вентилями 14 и 15 для регулирования подачи соответственно воды и водяного пара.
Устройство работает следующим образом.
При запуске двигателя создаваемое разрежение в газовой полости 3 резервуара I компенсируется поступлением отфильтрованного воздуха через трубопровод 7. По мИре разогрева двигателя и соответственно выпускной трубы 13 в парообразователе 5
2S закипает вода и пар поступает в полость
3. Конденсат воды частично выбрасываемый .через выходной патрубок 6, сливается в водяную полость 2. Вследствие разрежения в воздуховпускном патрубке I освобожденный от конденсата пар поступает в двигатель
12. Подачу воды в парообразователь 5 и пара в двигатель регулируют при помощи вентилей 14 и 15.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность использования водяного пара в качестве присадки к свежему заряду.
www.findpatent.ru
Подмес воды в топливо ДВС
КПД даже самых технологичных дизельных моторов не превышает 33%, бензиновые ДВС еще менее эффективны – их КПД с трудом дотягивает до 25%.
Температура газов в камере сгорания четырехтактного ДВС достигает 2000˚С. Внутренние стенки цилиндра и рабочая поверхность поршня нагреваются до 1500˚С. Часть тепловой энергии уходит из камеры сгорания на четвертом такте вместе с выхлопными газами. Для отвода тепла применяется мощная система охлаждения. Выходит, что автомобиль куда более эффективен в качестве калорифера, нежели в качестве транспортного средства.
Можно ли заставить избыточное тепло совершать полезную работу, вместо того чтобы отводить его от мотора и рассеивать в атмосфере?
И вот тут сама напрашивается идея подмешать что-то в топливо для отбора бесполезной тепловой энергии, например воду.
Вопрос о применении воды в качестве охлаждающей и антидетонационной присадки к топливу был детально исследован еще в 30-х годах прошлого века в СССР, Германии и Соединенных Штатах
Технология получила широкое применение в теплоэнергетике и эксплуатации корабельных силовых установок. А на Харьковском тракторном заводе в 1930-х годах выпускалась модель трактора с системой впрыска воды в цилиндры. На Западе в 1930–1940-х годах впрыск воды в ДВС завоевал огромную популярность как простой и эффективный способ повышения мощности и снижения детонации.
Водяной форсаж авиадвигателей
Технология широко применялась во время Второй мировой войны в радиальных авиационных двигателях американских и немецких самолетов для кратковременного форсажа. Системой впрыска воды оснащались авиамоторы Daimler Benz серии 605 и BMW 801D для Messerschmitt Bf 109, Junkers Jumo 213 A1 для FockeWulf 190D, Pratt & Whitney J57 для американского B-29 Stratofortress и многие другие. Вода добавлялась в уже готовую смесь, охлаждая ее, и попадала вместе с ней в камеру сгорания. От контакта с раскаленной поверхностью поршня и стенок цилиндра вода мгновенно превращалась в пар, который помогал рабочим газам толкать поршень. Предварительное охлаждение топливовоздушной смеси позволяло увеличить ее объем на впрыске и повышало эффективность сгорания топлива. Впоследствии воду заменили специальной смесью MW-50, состоящей из равных частей воды и метанола, тем самым увеличив мощность двигателей на 25–30%. Автопроизводители, в частности Chrysler, также применяли этот метод для увеличения мощности и снижения детонации на моделях с моторами большого объема. Saab, компания с авиационными корнями, устанавливала систему впрыска воды на скоростном Saab 99 Turbo S вплоть до начала 1980-х годов. С появлением интеркулеров, охлаждающих воздух перед впрыском в цилиндры, применение воды в автомобильных моторах потеряло актуальность.
Вместе с тем, в нашей стране, еще очень и очень много карбюраторных автомобилей, владельцы которых заинтересуются данной темой, т.к. пи этом повышается КПД ДВС, а следовательно и мощность, а следовательно снижается расход бензина. По разным источникам экономия топлива при подмесе воды составляет от 10 до 25%.
Существует несколько способов подмеса воды в топливо
Подмес воды в карбюратор из дополнительного омывательного бачка. Подача штатным электронасосом 12 В. Изготавливается переходник с штатного шланга (прозрачной трубки) на медицинскую иглу, которая вводится (просто прокалываем) в резиновую трубку вакуумного регулятора опережения зажигания (конечно у кого оно есть J ). Место ввода заливается герметиком. Толщиной иголки регулируется Количество подмешиваемой воды. А местом прокола - качество смеси.
Подмес из дополнительной емкости(возможно использование того же расширительного бачка) по капилярной трубке в отверстие в карбюраторе внизу первичной камеры или дополнительной прокладке толщиной 6…10 мм через специальный жиклер, изготавливаемый, как правило, также из иглы от медицинского шприца за счет разряжения в камере (как в пуливезаторе).
Подмес воды из специального парогенератора в специальную прокладку под карбюратором.
Этот способ был разработан и испытан в разнобразных вариантах известным воронежким изобретателем, авиамоделистом и гонщиком на глисерах - Коршиковым Евгением Алексеевичем.
Коршиков Евгений Алексеевич родился 6 сентября 1935 (г. Воронеж). Мастер спорта СССР по авиамоделизму и водно-моторному спорту. 2-кратный рекордсмен мира (1951-1952, г. Воронеж), 3-кратный чемпион СССР (1951-1953, г. Воронеж) по авиамоделизму. Инструктор-авиамоделист Воронежского аэроклуба (1955-1962), преподаватель ВПИ (с 1962 по н./вр.). Шестикратный чемпион гонок на воде в классе Р4. Окончил Саранскую центральную летно-техническую школу ДОСААФ (1955), ВПИ (1962).По моему мнению этот способ наиболее прост и эффективен. Расход воды составляет всего 25 мг на 10 л бензина, при этом за счет лучшего смешивания (воздушно-бензиновая смесь смешивается с водой в газообразном состоянии - паром) создаются условия для оптимального сгорания бензиновой смеси.
Парогенератор изготавливается из любого герметично закрывающегося сосуда. Так, автор использовал стеклянную банку для консервации овощей. Принцип работы парогенератора показан на рис. 1.
Рис. 1. Принцип работы парогенератора
В резервуар из стеклянной банки заливается вода. Обычно в бензосмесь подмешивается только дистиллированная вода. В данной конструкции это необязательно, что очень важно при перезаправке в полевых условиях. Далее резервуар-стеклобанка герметизируется посредством прокладки и шпилек-стяжек. При рабочем двигателе во впускном коллекторе двигателя создается разряжение достаточно большой величины, а так как резервуар-банка подключен к входу впускного коллектора посредством шланга и прокладки подкарбюратором, то и в нем тоже. При низком давлении верхний слой воды в резервуаре-банке закипает и превращается в пар, который по тому же шлангу засасывается во впускной коллектор двигателя автомобиля через соответствующие жиклеры и легко смешивается с бензосмесью, приготовленной карбюратором, т.к. это в принципе уже перемешиваются газы.
Диаметор жиклера в прокладе сопла первичной камеры составляет 1,25 мм, вторичной камеры - 2,65 мм.
Таким образом в цилиндры подается бензосмесь с паром, что при воспламенении в цилиндрах отбирает тепловую энергию и приводит к дополнительному расширению пара и следовательно поднятию мтепени сжатия в цилиндре. При этом возрастает мощность двигателя, значительно снижается детонация. К тому же так снижается так называемый нагар на стенказ цилиндра и поршня за счет меньшей температуры нагревания цилиндров и поршней.
На основе данного принципа был построен макет парогенератора и он был испытан на стенде и подобраны оптимальные параметры. Внешнимй вид макета представлен на рис. 2.
Рис. 2. Внешнимй вид макета парогенератора
Евгенией Алексеевич Коршиков опробывав это принцип на макете применил его в деле, установив парогенератор на собственный автомобиль ГАЗ-24 Волга (кстати седьмой по счету двадцатьчетверке пришедшей в г.Воронеж) и долгие годы - уже более сорока лет и по сей день без проблем экспулатирует его.
Было изготовлено несколько подобных парогенераторов и установлены на различные карбюраторные автомобили. Расчетные значения диаметров жиклеров проверялись на практике. Были проведены работы по подмесу метанола в растворе с водой, но ввиду значительного объема расчетов и испытаний для создания нужной сеси пара и отсутствия времени практических результатов достигнуто не было.
Внешнимй вид парогенератора установленного на автомобиль ГАЗ-24 Волга показан на рис.3.
Рис. 3. Внешнимй вид парогенератора установленного на автомобиль ГАЗ-24 Волга
Внутри резервуара-стеклобанки на специальной шпильке установлены диски из нержавеющего железа см. рис. 4.
Рис. 4. Внешнимй вид резервуара-стеклобанки парогенератора установленного на автомобиль ГАЗ-24 Волга
Они необходимы для стабилизации воды в резервуаре-стеклобанке для уменьшения образования частичек воды в паре, получаемом при разряжении.
Длительная эксплуатация автомобилей с парогенераторами показала достаточную эффективность разработанной Коршиковым Е.А. конструкции, заметное увеличение мощности (особенно это заметно на обгонах и затяжных подъемах с полной нагрузкой). Экономия топлива по субъективным оценкам водителей разных автомобилей составляет от 4 до 12 процентов в зависимости от типа автомобиля и стиля вождения (при агресивном стиле - до 20%!).
К недостаткам двигателя с парогенератором следует отнести повышенное внимание к наличию герметичности системы парогенератора, сложности залива воды (необходимо раскрутить неудобные гайки на двух шпильках и вытащить резервуар-стеклобанку).
Основным же недостатком парогенератора является сложность эксплуатации парогенератора в зимнее время в связи с возможностью замерзания воды. Евгений Алексеевич зимой свой автомобиль не экслуатировал. Водители не ставящие свои машины на зиму добавляли в воду метиловый спирт в соотношении 1 к 4, что по их мнению даже приводило к повышению мощности на 2...3%.
Источник материала
irls.narod.ru
Изобретение относится к области машиностроения и позволяет повысить топливную экономичность и снизить токсичность двигателя внутреннего сгорания. Способ включает этапы сжатия всасываемого воздуха до подачи пара и соприкосновения в увлажняющем средстве всасываемого воздуха и жидкости путем одновременного подвода сжатого всасываемого воздуха и жидкости в увлажняющее средство и принуждения всасываемого воздуха и жидкости к протеканию в противоположных направлениях через увлажняющее средство. Устройство содержит увлажняющее средство, которое введено между компрессором и двигателем и которое имеет в своем составе первый присоединительный патрубок для подвода воды в увлажняющее средство и второй присоединительный патрубок для подвода всасываемого воздуха в увлажняющее средство. 2 c. и 4 з.п.ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к способу для подачи пара во всасываемый двигателем внутреннего сгорания воздух и к устройству для осуществления способа.
Известен принцип подачи водяного пара во всасываемый двигателем воздух. Он реализован, в частности, в так называемых двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Такое увлажнение воздуха дает прежде всего снижение выбросов оксида азота. Это представляет особый интерес в двигателях, которые работают с избыточным воздухом и поэтому не могут быть снабжены тройным катализатором. Также известна подача аналогичным образом паров топлива в спиртовый двигатель. Устройство для подачи водяного пара во всасываемый двигателем воздух раскрыто в описании патента США N 4 632 067. В этом устройстве, как и в других известных устройствах, применяемых тем же способом, водяной пар образуется путем непосредственного нагрева воды нагревательным элементом, после чего водяной пар смешивается с воздухом, который подается в двигатель. Этот способ испарения воды требует высокопотенциальной энергии в относительно больших количествах. Кроме того, регулирование количества подаваемого водяного пара (или некоторого другого пара) затруднительно, поскольку пар должен подаваться в хорошо сбалансированном количестве на один литр воздуха для достижения оптимальных результатов, а часто поток всасываемого воздуха существенно изменяется в течение коротких промежутков времени. Основная цель настоящего изобретения заключается в создании способа для подачи пара во всасываемый воздух и устройства для осуществления способа, которые устраняют вышеупомянутые недостатки способа-прототипа и резко снижают уровни выбросов оксида азота двигателем внутреннего сгорания, а также одновременно повышают степень использования топлива. Основная цель достигается способом и устройством согласно пунктам 1 и 4 формулы изобретения соответственно. Путем непосредственного испарения жидкости во всасываемом воздухе, которое достигается, можно добиться, в качестве особого преимущества, саморегулирования количества пара во всасываемом воздухе и, следовательно, нет необходимости в отдельном регулировании количества воздуха во всасываемом воздухе. Еще одна цель изобретения заключается в отборе энергии для испарения из низкопотенциальной вторичной энергии, образующейся в процессе горения в двигателе. Эта цель достигается способом согласно пункту 2 или 3 формулы изобретения и устройством согласно пункту 5 или 6 формулы изобретения. Ниже следует более подробно описание предпочтительных реализаций способа и устройства согласно изобретению. Делается ссылка на чертеж, на котором только одна фигура показывает двигатель внутреннего сгорания, с которым соединена реализация обладающего признаками изобретения устройства. Фигура иллюстрирует двигатель 1 внутреннего сгорания с шестью цилиндрами 2. Двигатель является дизельным двигателем с турбонаддувом. Турбонагнетатель содержит турбину 3, которая связана со стороной выхлопных газов двигателя 1 посредством трубопровода 4 выхлопных газов. Турбина посредством вала 5 соединена с компрессором 6 для сжатия воздуха, подаваемого в двигатель 1 на стороне всасывания через первый воздухопровод 7. Между компрессором 6 и двигателем 1 располагается увлажняющее средство 8, которое в этой реализации является увлажняющий колонной 8, подключенной для подачи водяного пара во всасываемый воздух до его подачи в двигатель 1 через второй воздухопровод 9. Водяной пар образуется из воды, подаваемой из бака 10 через теплообменник 11 в увлажняющую колонну 8. В теплообменнике 11 вода нагревается охлаждающей двигатель водой, которая проходит в теплообменник 11 через трубопровод 12. Вода подводится в верхнюю часть увлажняющей колонны 8, тогда как воздух подводится в нижнюю часть увлажняющей колонны 8. Вода распыляется в увлажняющей колонне 8 с помощью сопла (не показанного) в туман, который опускается вниз, после чего вода собирается на дне увлажняющей колонны 8, из которой она отводится в бак 10 через трубопровод 13. В это же время воздух подводится под давлением в увлажняющую колонну 8, протекает вверх и выходит во второй воздухопровод 9. В увлажняющей колонне 8 воздух и вода соприкасаются, протекая в противоположных направлениях. Топливо подается в двигатель 1 по топливопроводу 14, а двигатель соединен с генератором 15. Подача пара происходит следующим образом. Всасываемый воздух сжимается в компрессоре 6, который приводится в действие через вал 5 турбиной 3, которая, в свою очередь, приводится в движение выхлопными газами двигателя 1. Сжатый и поэтому нагретый всасываемый воздух пропускает в нижнюю часть увлажняющей колонны 8, где выделяется вода, которая собирается на дне увлажняющей колонны 8. Вода забирается из бака 10 и подводится в верхнюю часть увлажняющей колонны 8, а на своем пути она проходит через теплообменник и нагревается. В увлажняющей колонне 8 вода распыляется в туман и проходит по мере опускания в увлажняющей колонне 8 через всасываемый воздух, протекающий через увлажняющую колонну 8. Часть воды испаряется и вместе с всасываемым воздухом выходит из увлажняющей колонны 8 и входит в камеру сгорания двигателя 1. Значительно больший поток воды подается по сравнению с потоком воды, который испаряется. Следовательно, энергия для испарения отбирается из имеющейся воды. Это называется изменением энтальпии. Когда испарение воды осуществляется подобным образом в газовой смеси, то оно происходит при существенно более низких температурах, чем в случае, когда имеется только вода, как например, в способе-прототипе, из-за испарения при парциальном давлении, которое водяной пар создает в газовой смеси. Это означает, что испарение вблизи точки, в которой воздух подается в увлажняющую колонну 8, будет происходить при очень низкой температуре, возрастающей к верху увлажняющей колонны 8 по мере увеличения влажности, вследствие чего парциальное давление возрастает. Как упоминалось выше, когда происходит испарение при относительно низкой температуре, становится возможным использовать для процесса испарения низкопотенциальную энергию. Низкопотенциальная энергия получается в больших количествах в виде избыточной теплоты двигателя 1 в охлаждающей воде или в выхлопных газах. Поэтому, как упоминалось выше, охлаждающая вода, выхлопные газы или их сочетание могут использоваться для предварительного нагрева воды до ее подачи в увлажняющую колонну 8. Описаны предпочтительные реализации способа и устройства согласно изобретению. Они должны рассматриваться только как примеры и многие модификации возможны в пределах объема изобретения, как это определено в пунктах формулы изобретения. Например, вместо воды можно испарять любую подходящую и удобную жидкость. Сопло, которое распыляет жидкость, может быть заменено, например, приспособлением, по которому или через которое, в зависимости от конструкции, жидкость протекает ко дну увлажняющего средства.Формула изобретения
1. Способ для подачи пара во всасываемый воздух, который поступает в двигатель (1) внутреннего сгорания, включающий этап соприкосновения в увлажняющем средстве (8) всасываемого воздуха с жидкостью, при этом подачу пара осуществляют посредством этапов одновременного подвода всасываемого воздуха и жидкости в увлажняющее средство (8) и принуждения всасываемого воздуха и жидкости к протеканию в противоположных направлениях через увлажняющее средство (8), отличающийся этапами сжатия всасываемого воздуха до подачи пара и использованием энергии, присущей охлаждающей воде или выхлопным газам указанного двигателя (1), для предварительного нагревания жидкости до подвода ее в увлажняющее средство (8). 2. Способ по п. 1, отличающийся этапами подвода жидкости в верхнюю часть увлажняющего средства (8), распыления жидкости в туман, обеспечения возможности туману свободно опускаться вниз через увлажняющее средство (8), подвода всасываемого воздуха в нижнюю часть увлажняющего средства (8) и обеспечения возможности всасываемому воздуху протекать через туман. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся этапами подвода жидкости в верхнюю часть увлажняющего средства (8), распространения жидкости по всему телу, размещенному в упомянутом увлажняющем средстве (8), обеспечения возможности жидкости протекать вниз вдоль указанного тела, подвода всасываемого воздуха в нижнюю часть упомянутого увлажняющего средства (8) и обеспечения возможности всасываемому воздуху протекать вниз вдоль указанного тела. 4. Устройство для подачи пара во всасываемый воздух, который поступает в двигатель внутреннего сгорания, содержащее увлажняющее средство (8), которое имеет первый присоединительный патрубок для подвода жидкости в увлажняющее средство (8) и второй присоединительный патрубок для подвода всасываемого воздуха в увлажняющее средство (8), причем увлажняющее средство (8) приспособлено для осуществления подачи пара во всасываемый воздух посредством соприкосновения всасываемого воздуха и жидкости во время протекания их в противоположных направлениях через увлажняющее средство (8), отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит предварительный нагреватель (11), который соединен с первым присоединительным патрубком увлажняющего средства (8), для предварительного нагревания жидкости до подвода ее в увлажняющее средство (8), при этом предварительный нагреватель (11) подключен либо к охлаждающей воде, либо к выхлопным газам указанного двигателя (1) для передачи энергии, присущей охлаждающей воде, упомянутой жидкости, а также тем, что второй присоединительный патрубок увлажняющего средства (8) соединен с компрессором (6), приспособленным для сжатия всасываемого воздуха и связанным с двигателем. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введено сопло, которое размещено в верхней части увлажняющего средства (8) и которое соединено с упомянутым первым присоединительным патрубком, для рассеивания и распыления жидкости в туман. 6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что содержит приспособление, которое установлено в увлажняющем средстве (8) и вдоль которого жидкость протекает вниз.РИСУНКИ
Рисунок 1www.findpatent.ru
Ровно 212 лет назад, 24 декабря 1801 года, в небольшом английском городе Камборне механик Ричард Тревитик продемонстрировал общественности первый автомобиль с паровым двигателем Dog Carts. Сегодня это событие можно было бы смело отнести в разряд хоть и примечательных, но несущественных, тем более что паровой двигатель был известен и ранее, и даже применялся на транспортных средствах (хотя назвать их автомобилями было бы очень большой натяжкой)… Но вот что интересно: именно сейчас технический прогресс породил ситуацию, поразительно напоминающую эпоху великой «битвы» пара и бензина в начале XIX века. Только бороться предстоит аккумуляторам, водороду и биотопливу. Хотите узнать, чем все закончится и кто победит? Не буду подсказывать. Намекну: технологии ни при чем…
1. Увлечение паровыми двигателями прошло, и наступило время двигателей внутреннего сгорания. Для пользы дела повторю: в 1801 году по улицам Камборна покатился четырёхколёсный экипаж, способный с относительным комфортом и небыстро перевозить восемь пассажиров. Автомобиль приводился в движение одноцилиндровым паровым двигателем, а топливом служил уголь. Созданием паровых транспортных средств занялись с энтузиазмом, и уже в 20-х годах XIX века пассажирские паровые омнибусы перевозили пассажиров со скоростью до 30 км/час, а средний межремонтный пробег достиг 2,5–3 тыс. км.
Теперь сопоставим эти сведения с другими. В том же 1801 году француз Филипп Лебон получил патент на конструкцию поршневого двигателя внутреннего сгорания, работавшего на светильном газе. Случилось так, что через три года Лебон погиб, и развивать предложенные им технические решения пришлось другим. Лишь в 1860 году бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар собрал газовый двигатель с зажиганием от электрической искры и довёл его конструкцию до степени пригодности к установке на транспортное средство.
Итак, автомобильные паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания – практически ровесники. КПД паровой машины той конструкции и в те годы составлял около 10%. КПД двигателя Ленуара был всего 4%. Только через 22 года, к 1882-му, Август Отто усовершенствовал его настолько, что КПД теперь уже бензинового двигателя достиг… аж 15%.
2. Паровая тяга — всего лишь краткий миг в истории прогресса. Начавшись в 1801 году, история парового транспорта активно продолжалась без малого 159 лет. В 1960-м (!) в США всё ещё строились автобусы и грузовики с паровыми двигателями. Паровые машины за это время усовершенствовались весьма значительно. В 1900 году в США 50% парка автомобилей были «на пару». Уже в те годы возникла конкуренция между паровыми, бензиновыми и — внимание! — электрическими экипажами. После рыночного успеха «Модели-Т» Форда и, казалось бы, поражения парового двигателя новый всплеск популярности паровых авто пришёлся на 20-е годы прошлого столетия: стоимость топлива для них (мазут, керосин) была значительно ниже стоимости бензина.
Фирма Stanley производила до 1927-го примерно 1 тыс. паровых автомобилей в год. В Англии паровые грузовики успешно конкурировали с бензиновыми до 1933 года и проиграли лишь по причине введения властями налога на тяжёлый грузовой транспорт и снижения тарифов на импорт жидких нефтепродуктов из США.
3. Паровая машина неэффективна и неэкономична. Да, когда-то это было именно так. «Классический» паровой двигатель, который выпускал отработанный пар в атмосферу, имеет КПД не более 8%. Однако паровой двигатель с конденсатором и профилированной проточной частью имеет КПД до 25–30%. Паровая турбина обеспечивает 30–42%. Парогазовые установки, где используются «в связке» газовые и паровые турбины, имеют КПД до 55–65%. Последнее обстоятельство подвигло инженеров компании BMW начать проработки вариантов использования этой схемы в автомобилях. К слову сказать, КПД современных бензиновых двигателей составляет 34%.
Стоимость изготовления парового двигателя во все времена была ниже стоимости карбюраторного и дизельного моторов той же мощности. Расход жидкого топлива в новых паровых двигателях, работающих в замкнутом цикле на перегретом (сухом) пару и оснащённых современными системами смазки, качественными подшипниками и электронными системами регулирования рабочего цикла, составляет всего 40% от прежнего.
4. Паровой двигатель медленно запускается. И это было когда-то… Даже серийные автомобили фирмы Stanley «разводили пары» от 10 до 20 минут. Усовершенствование конструкции котла и внедрение каскадного режима нагрева позволило сократить время готовности до 40–60 секунд.
5. Паровой автомобиль слишком нетороплив. Это не так. Рекорд скорости 1906 года — 205,44 км/час – принадлежит паровому автомобилю. В те годы автомобили на бензиновых моторах так быстро ездить не умели. В 1985-м на паровом автомобиле разъезжали со скоростью 234,33 км/час. А в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный «болид» с паровым приводом мощностью 360 л. с., который был способен перемещаться с рекордной средней скоростью в заезде – 241,7 км/час.
6. Паровой автомобиль дымит, он неэстетичен. Рассматривая старинные рисунки, на которых изображены первые паровые экипажи, выбрасывающие из своих труб густые клубы дыма и огня (что, кстати, свидетельствует о несовершенстве топок первых «паровиков»), понимаешь, откуда взялась стойкая ассоциация паровой машины и копоти.
Что касается внешнего вида машин, дело тут, конечно, зависит от уровня дизайнера. Вряд ли кто-то скажет, что паровые автомобили Абнера Добля (США) некрасивы. Напротив, они элегантны даже по теперешним представлениям. И ездили к тому же бесшумно, плавно и быстро — до 130 км/час.
Интересно, что современные изыскания в области водородного топлива для автомобильных моторов породили ряд «боковых ответвлений»: водород в качестве топлива для классических поршневых паровых двигателей и в особенности для паротурбинных машин обеспечивает абсолютную экологичность. «Дым» от такого мотора представляет собой… водяной пар.
7. Паровой двигатель капризен. Это неправда. Он конструктивно значительно проще двигателя внутреннего сгорания, что само по себе означает большую надёжность и неприхотливость. Ресурс паровых моторов составляет многие десятки тысяч часов непрерывной работы, что не свойственно другим типам двигателей. Однако этим дело не ограничивается. В силу принципов работы паровой двигатель не теряет эффективности при понижении атмосферного давления. Именно по этой причине транспортные средства на паровой тяге исключительно хорошо подходят для использования в высокогорье, на тяжёлых горных перевалах.
Интересно отметить и ещё одно полезное свойство парового двигателя, которым он, кстати, схож с электромотором постоянного тока. Снижение частоты вращения вала (например, при возрастании нагрузки) вызывает рост крутящего момента. В силу этого свойства автомобилям с паровыми моторами принципиально не нужны коробки передач — сами по себе весьма сложные и порой капризные механизмы.
www.computerra.ru
