Патент на изобретение №2398683

(54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для получения горючей газовой смеси из жидкости с последующим сжиганием в двигателе внутреннего сжигания. Энергетическая установка транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания (1) с карбюратором, к которому через управляемый клапан (3), связанный с педалью (4) привода дросселя карбюратора (2), подсоединен электролизер (5) для выделения горючей газовой смеси, содержащий катодные (6) и анодные (7) электроды. Электроды (6, 7) подключены с источником питания электролизера – электрическим генератором постоянного тока (9). Генератор (9) приводится в работу с помощью ветроколеса (10) – турбинкой малой величины, для преобразования энергии возобновляемого источника – потока выхлопных газов при работе теплового двигателя внутреннего сгорания (1) в электрическую. Электролизер (5) имеет карманы (8), в которые вытесняется электролит горючей газовой смесью при отсутствии ее отбора. Кроме электролизера (5) карбюратор (2) также соединяется топливопроводном с топливным баком (10). Технический результат: расширение возможностей энергетической установки, уменьшение расхода топлива за счет использования возобновляемого источника энергоресурса автомобиля – потока выхлопных газов при работе теплового двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для получения горючей газовой смеси из жидкости с последующим сжиганием в двигателе внутреннего сжигания.

Известна энергетическая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, к карбюратору которого через управляемый клапан подсоединено электрическое устройство для выделения из жидкости горючей газовой смеси, подключенное к источнику питания посредством переключателя режимов (Патент США 4276131, кл. 204-129, 1981). Для приведения в действие этого источника питания на транспортном средстве затрачивается определенная часть полезной энергии, предназначенной для движения транспортного средства, что экономически не выгодно.

Известна также энергетическая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, к карбюратору которого через управляемый клапан подсоединено электрическое устройства для выделения из жидкости горючей газовой смеси – электролизер, подключенный к источнику питания посредством переключателя режимов. Источником питания электролизера является устройство в виде преобразователей энергии механических колебаний и вибраций в электрическую энергию (А.с. 1359167, МПК В60К 15/10, 1987. Энергетическая установка транспортного средства). Эта энергетическая установка может работать только при движении транспортного средства по неровной поверхности дорожного покрытия. В этом ее существенный недостаток.

Энергетическая установка транспортного средства, принятая за прототип (А.с. 1088959, МПК В60К 15/10, 30.04.1984, Бюл. 16. Энергетическая установка транспортного средства), содержащая двигатель внутреннего сгорания, к карбюратору которого через управляемый клапан подсоединено электрическое устройство для выделения из жидкости горючей газовой смеси, подключенное к источнику питания посредством переключателя режимов. Упомянутое устройство представляет собой электролизер, а источник питания его тормоз замедлитель – генератор постоянного тока. Энергетическая установка транспортного средства прототипа показана на фиг.1, состоит из двигателя внутреннего сгорания 1 с карбюратором 2, к которому через управляемый клапан 3, связанный с педалью 4 привода дросселя карбюратора 2, подсоединен электролизер 5, содержащий катодные 6 и анодные 7 электроды, выполненные, например, из волокнистого углеграфита. Электроды 6 и 7 электролизера 5 подключены к обмоткам тормоза-замедлителя 8 через переключатель 9 режимов, который состоит, например, из выключателя с реостатом 10, кинематически связанного с педалью 11 тормоза. Кроме электролизера карбюратор 2 также соединяется топливопроводном 12 с основным топливным баком 13. Устройство прототипа работает следующим образом. Электролизер перед движением автомобиля заправляется электролитом, которым служит водный раствор солей металлов – отходы химических производств. При неравномерном движении автомобиля с частыми торможениями и ускорениями водитель воздействует на тормозную педаль 11, возвращая педаль 4 в исходное состояние. Тогда управляемый клапан 3 закрывается, а переключатель 9 режимов подключает электромагнитный тормоз 8 к электролизеру 5 за счет срабатывания выключателя на реостате 10 под действием педали 11. При дальнейшем нажатии на педаль 11 происходит перемещение движка потенциометра 10, что приводит к увеличению тока в обмотках электромагнитного тормоза 8 и в электролизере 5. Электромагнитный тормоз-замедлитель создает тормозной момент автомобилю, а в электролизере возникает бурное выделение кислородно-водородной горючей газовой смеси, которая запасается в корпусе электролизера 5, так как управляемый клапан 3 закрыт. После торможения автомобиля водитель нажимает на педаль 4, переключатель 9 режимов принимает исходное положение и отключается электромагнитный тормоз. Одновременно открывается управляемый клапан 3 и в режиме ускорения автомобиля горючая смесь основного топлива снабжается кислородно-водородными добавками. Расход основного топлива автомобиля сокращается, снижается токсичность выхлопных газов. Энергетическая установка прототипа работает только при движении транспортного средства с частыми торможениями и ускорениями в условиях городских дорог. В этом ее существенный недостаток.

Задача предлагаемого изобретения – расширение возможностей энергетической установки, уменьшение расхода топлива за счет использования возобновляемого источника энергоресурса автомобиля – потока выхлопных газов при работе теплового двигателя.

Количество выхлопных газов при работе теплового двигателя, дизельного или карбюраторного, зависит от многих факторов: тактности, количества цилиндров, их рабочего объема, режима работы холостого хода или при нагрузке, температуры, состава рабочей смеси, стехиометрического или отличного от него, частоты вращения коленвала (Автомобильные двигатели, под ред. Ховаха М.С., уч. для вузов, М.: Машиностроение, 1967, с. 32-37, с. 119-123). Для четырехтактного теплового двигателя с величиной рабочего объема цилиндров, равной 2 л, работе двигателя при нагрузке с стехиометрическим составом топливной смеси и частотой вращения коленвала 2400 оборотов в минуту, количество выхлопных газов составит примерно до 1200 л в минуту или 20 л/с. Приняв диаметр выхлопной трубы примерно 5 см, при этом площадь сечения ее равна около 20 квадратных сантиметров или 20·10^-3 М², объемный расход газа при этом равен 1 л/с, а скорость истечения выхлопного газа составит 20 м/с.

Определим примерную мощность ветроколеса N_ВК, Вт с окружной площадью F_ВК=20·10^-3 М², при плотности газа, равной плотности воздушной среды =1,29 кг/м³ (Кухлинг Х. Справочник по физике, стр.456, табл.2), коэффициенте аэродинамического сопротивления С_ВК=1,11 и коэффициенте полезного действия для ветроколес _ВК=0,467 (Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки ОГИЗ. – М.: Сельхозгиз, 1948, с.122), скорости истечения газа V=20 м/с, коэффициенте обтекаемости ветроколеса

к_ВК=/2·С_ВК=1,29/2·1,11=0,716,

N_ВК=к_ВК·F_ВК^-3· ·V³·_ВК=0,716·20^-3· ·20³· ·0,467=133,8 Вт.

Технический эффект достигается тем, что энергетическая установка транспортного средства снабжена ветроколесом – турбинкой малой величины, механически связанного с электрическим генератором постоянного тока малой величины для преобразования энергии возобновляемого источника – потока выхлопных газов при работе теплового двигателя внутреннего сгорания в электрическую. Электрическая энергия преобразователя используется для питания электролизера с целью получения кислородно-водородной горючей смеси.

На фиг.2 представлена принципиальная схема энергетической установки транспортного средства, которая состоит из двигателя внутреннего сгорания 1 с карбюратором 2, к которому через управляемый клапан 3, связанный с педалью 4 привода дросселя карбюратора 2, подсоединен электролизер 5, содержащий катодные 6 и анодные 7 электроды. Электроды 6 и 7 электролизера 5 подключены к электрическому генератору постоянного тока, приводимому в работу с помощью ветроколеса 10 – преобразователя энергии возобновляемого источника – потока выхлопных газов при работе теплового двигателя в механическую. Кроме электролизера карбюратор 2 также соединяется топливопроводом с топливным баком 11.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Электролизер 5 заправляется электролитом, которым служит водный раствор солей металлов – отходы химических производств. После запуска теплового двигателя 1 поток выхлопных газов из выхлопной трубы двигателя приводит во вращение ветроколесо – турбинку 10. Ветроколесо механически связано с электрическим генератором постоянного тока 9, который подключен к электродам электролизера 5. В электролизере выделяется горючая смесь из кислорода и водорода. Горючая смесь через управляемый клапан 3 подается в карбюратор 2. Дроссель карбюратора 2 и управляемый клапан 3 связаны с педалью 4 привода дросселя карбюратора. Работа электролизера прекращается, если нет отбора кислородно-водородной смеси. Давление этой смеси возрастает, выталкивает электролит электролизера 5 в боковые карманы 8, электроды оголяются. Карбюратор 2 также соединяется топливопроводом с топливным баком 11. При нажатии на педаль 4 при движении автомобиля или его стоянке к основному топливу через управляемый клапан 3 в карбюратор подается дополнительно кислородно-водородная добавка. Процесс горения основного топлива активизируется, сокращается его расход и снижается токсичность выхлопных газов. Предлагаемым устройством энергия потока выхлопных газов при работе теплового двигателя рекуперируется в энергию горючих газов, выделяемых в электролизере. Все это в большей мере повышает экономический эффект использования предлагаемого устройства, снижает загрязнение окружающей среды выхлопными газами.

Формула изобретения

Энергетическая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, карбюратор которого через управляемый клапан газопроводом сообщен с электролизером для выделения горючей газовой смеси, источник питания электролизера – генератор постоянного тока, отличающаяся тем, что она снабжена ветроколесом-турбинкой малой величины, механически связанным с электрическим генератором постоянного тока для преобразования энергии возобновляемого источника – потока выхлопных газов при работе теплового двигателя внутреннего сгорания в электрическую, а электролизер имеет карманы, в которые вытесняется электролит горючей газовой смесью при отсутствии ее отбора.

РИСУНКИ