RU2033553C1

RU2033553C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2033553C1
Authority: RU
Inventors: Е.С. Шаньгин; В.А. Силантьев; И.И. Парфенов; Л.Н. Касимов; М. Осман; С.Е. Севастьянов
Original assignee: Совместное российско-британское предприятие "Башкорт"
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: system for feeding steam to the cylinder is constructed as nozzle 3 coupled with inlet manifold 1. The system is connected to reservoir 8 for supplying water through a heat exchanger made up as evaporating chamber 5 mounted at the outlet manifold 6. The inlet of evaporating chamber 5 is provided with nozzle 9 and thermo-sensitive valve 10. The heat exchanger is constructed so that to provided full evaporating of water supplied and heating steam up to 120-130°C. The nozzle provides water flow rate equal to 1.1-1.2 of fuel mass per second. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в устройствах для введения воды в цилиндр двигателя. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and can be used in devices for introducing water into the engine cylinder.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий форсунку для впрыска воды в цилиндр через распылитель, соединенную с насосом, снабженным механизмом привода, и средства газораспределения, управляемые кулачковым валом через толкатель и коромысло (патент США N 3845745, кл. 123-251, 1974). A known internal combustion engine containing a nozzle for injecting water into the cylinder through a spray connected to a pump equipped with a drive mechanism, and gas distribution means controlled by a cam shaft through a pusher and rocker (US patent N 3845745, CL 123-251, 1974).

Недостатком известной конструкции является повышенная токсичность выхлопных газов, связанная с несогласованностью фаз впрыска воды и газораспределения. A disadvantage of the known design is the increased toxicity of exhaust gases associated with the inconsistency of the phases of water injection and gas distribution.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель внутреннего сгорания, содержащий форсунку для впрыска воды во впускной трубопровод, соединенную трубопроводом через теплообменник с водяным резервуаром. Теплообменник помещен в струе выхлопных газов, служит для подогрева впрыскиваемой воды и превращения ее в пар (заявка ФРГ N 3111053, кл. F 02 M 25/02, 1982). Closest to the proposed is an internal combustion engine containing a nozzle for injecting water into the inlet pipe, connected by a pipe through a heat exchanger to a water tank. The heat exchanger is placed in a stream of exhaust gases, serves to heat the injected water and turn it into steam (German application N 3111053, CL F 02 M 25/02, 1982).

Недостатками известного двигателя является повышенная токсичность выхлопных газов и пониженный механический КПД, связанный с неравномерностью нагружения системы преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. The disadvantages of the known engine is the increased toxicity of exhaust gases and reduced mechanical efficiency associated with the uneven loading of the system for converting the reciprocating motion of the piston into the rotation of the crankshaft.

Цель изобретения снижение токсичности выхлопных газов и повышение КПД за счет уменьшения удельного расхода топлива. The purpose of the invention is to reduce exhaust toxicity and increase efficiency by reducing specific fuel consumption.

Цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем систему введения воды в цилиндр, соединенную через теплообменник с устройством подачи воды, система введения воды выполняется в виде форсунки, соединенной с впускным коллектором, а теплообменник выполнен в виде испарителя, установленного на выхлопном коллекторе, вход которого соединен с резервуаром с водой и снабжен жиклером и термочувствительным клапаном. Теплообменник выбирается из расчета полного испарения поступающей воды и нагреве пара до 120-130^оС. Жиклер в патрубке подачи воды выбирается из расчета расхода воды, равного 1,1-1,2 массы топлива.The goal is achieved in that in an internal combustion engine containing a system for introducing water into a cylinder connected through a heat exchanger to a water supply device, the water introduction system is in the form of a nozzle connected to an intake manifold, and the heat exchanger is made in the form of an evaporator mounted on an exhaust manifold, the inlet of which is connected to the water tank and is equipped with a nozzle and a heat-sensitive valve. Exchanger is chosen based full evaporation of the incoming water and steam heated to 120-130 ^C. The nozzle in the nozzle water supply is selected from a calculation flow, fuel mass equal to 1.1-1.2.

На фиг.1 показан двигатель в разрезе; на фиг.2 испаритель; на фиг.3 жиклер для дозировки воды. Figure 1 shows the engine in section; figure 2 evaporator; figure 3 nozzle for dosage of water.

Двигатель (фиг. 1) содержит впускной коллектор 1 с установленным на нем карбюратором 2. Под карбюратором внутрь впускного коллектора 1 введена форсунка 3, соединенная патрубком 4 с испарителем 5, закрепленным на выхлопном коллекторе 6. Испаритель 5 соединен патрубком 7 с резервуаром 8 для воды. Патрубок 7 снабжен жиклером 9 и термочувствительным клапаном 10. The engine (Fig. 1) contains an intake manifold 1 with a carburetor 2 installed on it. Underneath the carburetor, an injector 3 is connected inside the intake manifold 1 and connected by a nozzle 4 to an evaporator 5 mounted on an exhaust manifold 6. The evaporator 5 is connected by a nozzle 7 to a water tank 8 . The pipe 7 is equipped with a nozzle 9 and a heat-sensitive valve 10.

Испаритель 5 (фиг.2) содержит металлический корпус 11, покрытый слоем 12 теплоизоляция. В корпусе 11 с помощью перегородок 13 выполнен лабиринт для увеличения площади соприкосновения воды и теплообменника. The evaporator 5 (figure 2) contains a metal casing 11, covered with a layer 12 of thermal insulation. In the housing 11 with the help of partitions 13, a labyrinth is made to increase the area of contact between water and the heat exchanger.

Жиклер 9 (фиг.3) выполнен в виде металлической пробки, прикрепленной к концу патрубка 7. Расход воды определяется диаметром центрального отверстия жиклера d. The nozzle 9 (Fig. 3) is made in the form of a metal plug attached to the end of the nozzle 7. The water flow rate is determined by the diameter of the central nozzle hole d.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

После включения двигателя и достижения температуры выхлопного коллектора 6 250^оС термочувствительный клапан 10 открывает канал патрубка 7. Под воздействием разряжения во впускном коллекторе 1 вода из резервуара 8 через жиклер 9, патрубок 7 и термочувствительный клапан 10 попадает в испаритель 5. Проходя по лабиринту испарителя, вода превращается в пар, нагретый до температуры 120-130^оС, который по патрубку 4 попадает во впускной коллектор 1 и далее подается вместе с рабочей смесью в цилиндр. В камере сгорания последовательно происходят сгорание рабочей смеси, пиролиз водяного пара с получением кислородно-водородной смеси и сгорание водорода в кислороде. При этом утилизируется тепло, выделяемое при сгорании рабочей смеси, и выделяется дополнительная энергия в результате сгорания водорода. Во время горения водорода развивается температура до 2400^оС, остатки углеводородного топлива полностью сгорают, тем самым достигается снижение токсичности выхлопных газов. Кроме того, кислородно-водородное горение позволяет снизить удельный расход топлива, что ведет к повышению КПД двигателя.After turning on the motor and achieve a temperature of the exhaust manifold 6 250 ^C. thermally responsive valve 10 opens the nozzle channel 7. Under the influence of vacuum in the intake manifold 1 from the water tank 8 through the orifice 9, and the pipe 7 thermally responsive valve 10 enters the evaporator 5. Passing through the labyrinth of the evaporator , water turns into steam, heated to a temperature of ^about 120-130 C, which through conduit 4 enters the intake manifold 1 and further supplied with the working mixture in the cylinder. In the combustion chamber, the combustion of the working mixture, the pyrolysis of water vapor to produce an oxygen-hydrogen mixture, and the combustion of hydrogen in oxygen occur sequentially. In this case, the heat released during the combustion of the working mixture is utilized, and additional energy is released as a result of the combustion of hydrogen. During the combustion of hydrogen evolving temperature to 2400 ^C, the remnants of hydrocarbon fuel is completely burned, thereby achieving reduction of exhaust gases toxicity. In addition, oxygen-hydrogen combustion can reduce specific fuel consumption, which leads to increased engine efficiency.

Предлагаемое устройство было реализовано в виде приставки для экономии топлива на автомобиле Жигули. Испаритель 5 выполнен из меди и помещен в асбестовую термоизолирующую рубашку. Патрубки 4 и 7 выполнены из медных трубок диаметром 6 мм. Жиклер 9 имеет диаметр отверстия d= 0,35 мм. Термочувствительный клапан 10 представляет собой биметаллическую пластинку, связанную с игольчатым клапаном. The proposed device was implemented in the form of a console to save fuel on a Lada car. The evaporator 5 is made of copper and placed in an asbestos thermally insulating jacket. Branch pipes 4 and 7 are made of copper tubes with a diameter of 6 mm. The nozzle 9 has an opening diameter d = 0.35 mm. The heat-sensitive valve 10 is a bimetallic plate associated with a needle valve.

Испытания предлагаемого технического решения в реальных условиях на автомобиле Жигули при пробеге более 10 тыс. км позволили выявить следующие характеристики: снижение удельного расхода топлива в 2,8 раза (расход на 100 км пробега составил 2,4 л), снижение токсичности выхлопа в 8 раз (при замере окиси углерода), полное отсутствие нагара на цилиндре, поршне и свечах, снижение расхода масла в 1,8 раза, расхода воды по отношению к массе топлива в 1,2 раза. Tests of the proposed technical solution in real conditions on a Zhiguli car with a mileage of more than 10 thousand km revealed the following characteristics: a decrease in specific fuel consumption by 2.8 times (consumption per 100 km of run was 2.4 l), a reduction in exhaust toxicity by 8 times (when measuring carbon monoxide), the complete absence of carbon deposits on the cylinder, piston and candles, reducing oil consumption by 1.8 times, water consumption in relation to the fuel mass by 1.2 times.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами: повышенным КПД, достигаемым за счет использования воды в качестве топлива; экологической чистотой, достигаемой за счет дожигания выхлопных газов; повышением октанового числа топлива, что позволяет использовать низкосортное топливо (вместо А-93 можно использовать А-76 без опасности детонации); улучшенными условиями горения топливной смеси за счет подогрева ее горячим водяным паром. Compared with the prototype, the proposed technical solution has the following advantages: increased efficiency achieved through the use of water as a fuel; environmental friendliness achieved through afterburning of exhaust gases; an increase in the octane number of fuel, which allows the use of low-grade fuel (instead of A-93, you can use A-76 without the danger of detonation); improved combustion conditions of the fuel mixture by heating it with hot water vapor.

Claims

1. INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a cylinder, intake and exhaust manifolds, a water vapor supply system into the cylinder, including a water tank, a heat-sensitive valve, a heat exchanger-evaporator and a nozzle installed in the intake manifold, characterized in that the heat exchanger -evaporator is made in the form of a housing mounted on the exhaust manifold and insulated from the atmosphere, and cantilevered partitions are installed in its internal cavity, free ontsy which are alternately disposed on opposite sides to form a labyrinth channel during the movement of water, and the water inlet supply pipe additionally installed jet.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the volume of the heat exchanger-evaporator is selected 12 to 15 times the volume of incoming water in 1 s.

3. The engine according to claims 1 and 2, characterized in that the diameter of the nozzle is selected in the range of 0.25 to 0.75 mm.