Устройство обогащения всасываемого воздуха кислородом для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель на кислороде


Немного про впрыск азота:D — DRIVE2

Закись азота — не топливо. Закись азота — удобный способ прибавить дополнительный кислород для сжигания большего количества топлива.

Что такое закись азота?

ТеорияОксид азота — бесцветный газ, не имеющий запаха, состоящий из двух атомов азота и одного атома кислорода (N2O), в котором вес кислорода составляет 36%, что значительно больше чем в воздухе. Это позволяет смеси гореть с выделением большой температуры.При температуре 0 'С и давлении 40 атм. закись азота сгущается в бесцветную жидкость. Из 1 кг жидкой закиси азота образуется 500 л газа.

Не воспламеняется, но поддерживает горение. Закись азота при вдыхании не вызывает раздражения дыхательных путей, с гемоглобином не связывается. После прекращения вдыхания через 10-15 минут полностью выделяется через дыхательные пути. Чтобы отделить молекулы кислорода от молекул азота, нужна очень высокая температура. Химическая реакция горения оксида азота, происходящая в камере сгорания, отличается от горения чистого кислорода, который горит очень быстро и неуправляемо.

Молекулы азота замедляют реакцию на столько, чтобы сделать впрыск кислорода управляемым. Чистый кислород слишком бы сильно детонировал. Дополнительный кислород повышает уровень горения в цилиндре, заставляя смесь гореть быстрее и "жарче". Этот процесс, в свою очередь, развивает большее давление в цилиндре и как результат — повышение мощности. Как уже было сказано оксид азота это газ. Соответственно для использования его в автомобиле, он должен быть упакован в цилиндр под высоким давлением (900-1000psi), которое позволяет превратить газ в жидкость и сделать его портативным.

Попадая в камеру сгорания закись азота возвращается в свое газообразное состояние и при этом охлаждается до -51 °с. Проходя по воздуховоду этот дико холодный газ охлаждает воздух идущий в цилиндр. Когда смесь охлаждается, она становится плотнее, позволяя добавить больше бензина. Таким образом, холодная, густая рабочая смесь позволяет вытягивать еще большее число лошадей из движка так как от уменьшения температуру в камере сгорания на 10°с мы получаем прирост в лошадях на 1%, а это значит, что при понижении температуры на 50°с в 300 сильном двигателе мы получаем аж 30 коней, (и это еще не сам нитроксид), что в общем-то не плохо.

ПрактикаНа сегодняшний день использование систем закиси азота для моментального увеличения мощности двигателя — единственная возможность для большинства гонщиков. Причем речь идет не только об узкоспециализированных гоночных машинах. N20 можно рассматривать как вариант для большинства пользователей, кто хочет получить большую отдачу от своего мотора, используемого в повседневных поездках.На сегодняшний день, компании, специализирующиеся в производстве систем повышения мощности на основе N20, предлагают внушительный список оборудования высочайшего качества. Эти системы достаточно просты и надежны в установке и эксплуатации.

Перед тем как Вы задумаетесь КАК оттюнинговать свой двигатель, вы должны понимать, что в результате двигатель вашего автомобиля/мотоцикла будет выдавать всю свою потенциальную мощность. Вы должны ответить себе на два вопроса: как часто и насколько долго вы будете заставлять свой двигатель работать на пределе; какая система повышения мощности наиболее приемлема для вас в удобстве и управлении.

Если вы подходите к вопросу с точки зрения "доллар за лошадиную силу", вы придете к решению, что система закиси азота дает максимальную отдачу за каждый доллар ваших вложений при минимальном изменении двигателя.

Двадцатилетний мировой опыт использования N20 доказал возможность прибавки мощности от 10 до 200 лошадиных сил для серийных автомобилей, без кардинальной переделки двигателя. С тщательно выбранной, правильно настроенной системой, вы будете уверены в увеличении мощности при сохранении надежности, что можно сравнить только с увеличением объема вашего двигателя.

Как повысить мощность?Двигатель функционирует сжигая топливо, которое в момент вспышки в камере сгорания создает избыточное давление, толкая поршни вниз. Хотите добиться большей мощности — сжигайте большее количество топлива. При этом будет высвобождаться более количество энергии, а, соответственно, с большим усилием толкать поршни вниз.

Звучит довольно просто. Но это не настолько просто сделать. Имеются разные факторы, влияющие на увеличение мощности двигателя. Мы рассмотрим три самых основных:

Любое топливо требует для горения кислород. Если вы хотите сжечь большее количество топлива, вы должны также включить в состав смеси большее количество кислорода. Фактически все схемы увеличения мощности двигателя работают на основе увеличение потока топлива и кислорода. Распредвалы, клапаны и карбюраторы большего диаметра, впускные и выпускные каналы, их расположение и качество обработки поверхности, нагнетатели и турбокомпрессоры, закись азота — яркие примеры тюнинга двигателя позволяющего большему количеству кислорода сжигать большее количество топлива, что и дает вам увеличение в мощности. Системы впрыска закиси азота, вероятно, наиболее эффективный способ увеличить поток кислорода, а соответственно и топлива в двигатель. Это основная причина, по которой N20 системы дают такое большое увеличение мощности по сравнению с другими способами. Другой основной фактор повышения коэффициента мощности — испарение топлива. Бензин (как и другие используемые в гонках топлива) не будет гореть в жидком состоянии в замкнутом пространстве камеры сгорания. Топливо должно быть превращено в "пар" (смесь топлива с воздухом) для наилучшего сгорания. Это достигается термомеханическим способом в карбюраторах, либо прямым инжекторным впрыском. Температура двигателя и механическое распыление — ключи к ускорению испарения. Обработанное термомеханическим способом, распыленное топливо превращается в крошечные капельки, которые быстро испаряются в камере сгорания до момента полного сжатия. Размер топливных капель очень важен. Топливо, подающееся в камеру сгорания должно состоять из капелек, размером в десятки раз меньше обычной капли бензина. Третий фактор повышения мощности, который мы рассмотрим — воздух (качество смеси). Попробуйте бегать на вершине 10,000 метров в горах. Вы очень быстро задохнетесь, выбьетесь из сил из-за нехватки кислорода. Почему? Потому что воздух более разряжен, менее насыщен кислородом, его давление меньше, чем на уровне моря. Сила воздействия атмосферного давления, температура воздуха и его влажность — крайне важны для работы двигателя. Мы не можем повлиять на окружающую среду, но мы можем до некоторой степени регулировать качество смеси на входе. Мы охлаждаем топливную смесь, чтобы сделать ее более плотной до подачи в двигатель. И чем более плотной будет смесь — тем больше ее наполнение топливом и воздухом, что дает дополнительную мощность. Подающаяся в состав смеси в виде сжиженного газа, закись азота приводит к ее немедленному охлаждению, т.к. температура испаряющегося сжиженного газа всегда на несколько порядков ниже температуры окружающей среды. Кроме всего прочего, задача систем закиси азота состоит в том, что бы повысить плотность подаваемого топлива минимум на 65% по отношению к стандарту. Более плотная смесь, подающаяся в двигатель, даст большую дополнительную мощность в сочетании с N20.

Чем закись азота является и что она дает двигателю?Для двигателя закись азота можно себе представить как более удобную замену стандартной атмосферы.

Так как мы заинтересованы в повышении содержания кислорода в атмосферном воздухе, закись азота дает нам простой инструмент для управления тем, сколько кислорода будет присутствовать когда вы даете двигателю дополнительное топливо чтобы высвободить большее количество мощности.

Закись азота — не топливо. Закись азота — удобный способ прибавить дополнительный кислород для сжигания большего количества топлива.

Если вы прибавляете закись азота и не прибавляете дополнительное топливо, вы только ускоряете скорость с которой ваш двигатель сжигает топливо, которое он обычно использует. Это приведет лишь к деструктивной детонации. Энергия — спутник топлива, а не N20. Закись азота позволит вам сжечь большее количество топлива в том же самом интервале времени. Как результат — огромное увеличение общей высвобождаемой энергии, полученной от топлива для ускорения вашего автомобиля/мотоцикла.

В закиси азота нет никакого волшебства. В действительности, использование N20 принципиально не отличается от использования карбюратора большего сечения, лучшей системы трубопроводов, нагнетателя или турбокомпрессора.

Воздух, который используете вы и ваш двигатель, "сделанный" на уровне моря, содержит:— азота 78 %;— кислорода 21 %;— и только 1 % — другие газы.

Закись азота сделана на основе двух крупнейших составляющих земной атмосферы и содержит две молекулы азота и одну молекулу кислорода.

Когда закись азота подается в двигатель, теплота сгорания разрушает химическую связь N20, снабжая ваш двигатель большим количеством кислорода. А молекулы азота не дают смеси взрываться и детонировать двигателю. Все гоночные двигатели функционируют по тем же принципам: большее количество воздуха (лучшая сбалансированность, наддув, турбокомпрессия или N20) плюс большее количество топлива в более плотной смеси приводит к большему количеству мощности.

Соотношение цена — качествоСейчас на рынке тюнинга предлагается огромное количество разнообразных систем, которыми может воспользоваться потребитель.

Раньше вы могли потратить тысячи долларов на тюнинг смесеобразования (карбюраторы, инжекторы), системы трубопроводов, клапаны и насосы, выхлопные системы, поршни, доводку/переработку каналов, наддув или турбокомпрессоры, чтобы получить то же самое повышение мощности, которую обеспечит система закиси азота за несколько сотен долларов. Но это не означает, что бесполезно будет установить эти части совместно с нитросом.

Если вы установили систему N20 и решили идти дальше по пути увеличения мощности своего двигателя, все, перечисленные выше, механические системы тюнинга становятся для вас актуальны. Мы рассматриваем нитрос, как лучший выбор для тех, кто не хочет сразу тратить большое количество денег, но при этом хочет добиться существенного увеличения мощности двигателя.

Необходимо отметить еще один аспект проблемы. Весь механический тюнинг подразумевает непосредственное механическое вмешательство в работу двигателя, переделку его узлов и агрегатов. Это, в свою очередь, снижает ресурс двигателя, либо ведет к очень дорогостоящим заменам таких частей, как блоки цилиндров, поршни, шатуны, коленчатый и распредвалы, клапаны и т.д.

Система закиси азота дает "власть над мощностью по требованию" — это одно из основных преимуществ N20, т.к. включается по требованию пользователя. Все остальное время — двигатель работает в своем обычном режиме без дополнительных нагрузок и выработок топлива. Таким образом, мы пришли к еще одному заключению — экономичности этих систем.

По системам закиси азота нужно еще отметить следующее:

• Целостность.За любой нитрос системой стоят годы разработок и испытаний. Если утверждается, что система способна к повышению мощности для данного двигателя на 100 лошадиных сил, то потому, что это подтверждают серьезные испытания. Если вы следуете рекомендациям производителя и не доверяете инсталляцию системы непрофессиональным механикам, вы получите качественный результат.

• Качество.В продаже имеется много систем, которые делаются для ежедневного использования. Все они проверяются на сложных измерительных стендах с моделированием практических условий использования для конкретного двигателя. Предъявляются высокие требования к технологиям, условиям производства и обслуживания этих систем. В этом залог качества и успешной эксплуатации.

Не следует использовать на стандартных двигателях специализированные гоночные системы без специальной доработки этих двигателей специалистами тюнинговых ателье имеющих богатый практический опыт в тюнинге двигателей.

• Опыт.Системы закиси азота производятся в течение более чем двадцати лет. Их надежность базируется на ежедневном изучении успехов так же, как и неисправностей. Эти знания затем и применяются в производстве. Даже если сегодня вы решили в первый раз установить одну из N20 систем, будьте уверены, что за ней стоит более двадцати лет опыта производящей компании.

Закись азота и экологияИспользование закиси азота (N20) не обязательно увеличивает в выхлопе оксиды азота (NOx), которые загрязняют воздух.

Использование некоторых предлагаемых систем (за исключением специализированных для гонок) юридически не законны для использования на двигателях стандартных автомобилей и мотоциклов в большинстве государств. Однако некоторые системы получили сертификаты на использование в пятидесяти государствах. Тесты, проведенные независимыми лабораториями доказали, что эти системы не увеличивают количество вредных веществ в выхлопных газах. Все же, мы рекомендуем использование только юридически законных систем закиси азота для использования на двигателях ежедневной эксплуатации.

Типы систем закиси азотаДва наиболее популярных типа подачи смеси в системах закиси азота: стальная специальная пластина с каналами впрыска, типа Powershot. Разделительная плита, монтируемая между карбюратором и подающим коллектором — порт для прямого впрыска закиси азота и дополнительного топлива непосредственно в подающий коллектор; система специальных инжекторных форсунок, подающих N20 и дополнительное топливо непосредственно в камеру сгорания (работает параллельно стандартной системе подачи смеси). Эти системы могут подавать огромные количества N20 с дополнительным топливом при равномерном распределении смеси для каждого цилиндра. Системы прямой подачи смеси в камеры сгорания дают более 500 дополнительных лошадиных сил для некоторых специально подготовленных гоночных двигателей. Системы прямой подачи, как правило, требуют замены стандартных топливных жиклеров на тюнинговые (большей проводимости) для регулирования объема подаваемого топлива.

Настройка вашей системы. Несколько важных моментовЧтобы избежать неисправностей, а так же правильно рассчитать мощность необходимой вам системы и задать управляющие команды прочтите сопровождающую литературу или обратитесь к специалистам!

Всегда начинайте с малого. Если Вы приобрели регулируемую систему — запустите ее с самой малой мощности. В предлагаемых системах требуется очень мало времени, что бы вывести мощность мотора до максимума. Снизьте ненужные риски — не начинайте тесты системы на предельных мощностях.

Будьте реалистичнее по отношению к вашему двигателю. Проконсультируйтесь у специалистов какова максимально возможная нагрузка для вашего двигателя.

Только вы знаете точно, что находятся в вашем двигателе и какого это качества. Если Вы не уверены в надежности каких либо его частей — консультируйтесь у специалистов.

Если вы знаете, что внутри вашего двигателя нет тюнинговых запчастей, то вы находитесь в наиболее выгодной ситуации, принимая во внимание, что все изделия являются заводскими с достаточным запасом ресурса.

Мощность — спутник топлива. Дополнительная мощность регулируется количеством дополнительного топлива подаваемого в двигатель, в то время как задействована нитрос-система. Если количество топлива не согласовано с количеством N20, вы не получите желаемого результата.

Имеется два средства управления количеством подаваемого топлива — размер топливного жиклера и топливное давление.

Надо помнить, что правильное топливное давление считывается манометром, только во время работы системы. Некоторые топливные регуляторы давления дают ложные показания. Как правило, фактическое топливное давление будет ниже, чем показатель стандартного манометра и может вызывать проблемы. При наладке нитрос-системы ориентируйтесь на показания манометра, которым укомплектована ваша система.

Нитрос имеет уникальное свойство очистки свеч зажигания до состояния, как будто вы только их установили. Если имеются любые знаки детонации типа крошечных налетов серебра или черных пятен, осажденных на фарфоре свечи — надо регулировать давление подачи N20. Если жало свечи зажигания окрашено синеватой "радугой" — надо регулировать давление подачи N20. Если вы увидите признаки плавления жала — надо регулировать давление подачи N20 и заменить свечи зажигания, поставив их с более короткой юбкой и более толстым жалом.

www.drive2.ru

Ракетный двигатель малой тяги на газообразном водороде и кислороде с предварительным смешением компонентов в смесительной головке

Изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги. Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде, состоящий из электропневмоклапанов горючего и окислителя, смесительной головки, включающей воспламенительное устройство со свечой зажигания, дозвуковую газовую завесу для обеспечения допустимого теплового состояния конструкции двигателя, камеры сгорания и сопла, согласно изобретению на камере сгорания установлены друг над другом два кольцевых цилиндра из жаростойкой и жаропрочной стали с коллекторами водорода и кислорода соответственно, на торцевых поверхностях которых установлены прямоугольные каналы так, чтобы каждый канал водорода пересекался с каналом кислорода. Число узлов пересекающихся прямоугольных каналов водорода и кислорода равно 3, 4, 5 и более и распределенных равномерно по окружности. Высота и ширина прямоугольных каналов соотносятся как 1:2. Соотношение скоростей струй водорода и кислорода составляет 2,5:1. Изобретение обеспечивает увеличение полноты сгорания топлива ракетного двигателя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области ракетных двигателей малой тяги (РДМТ), работающих на газообразных водороде (Н2) и кислороде (O2) в качестве исполнительных органов систем управления объектов ракетно-космической техники.

Особенно эффективны такие двигатели в составе двигательных установок космических аппаратов на основе электролиза воды и РДМТ на газообразных водороде и кислороде - продуктах электролиза воды.

Известен ракетный двигатель малой тяги (диссертация на соискание кандидата технических наук «Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан» Чудиной Юлии Сергеевны, Московский авиационный институт. Москва, 2014, http://www.mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=49826, стр. 51), в котором форкамера (иначе - предкамера) для воспламенения компонентов топлива ограничена уменьшенным проходным сечением центрального отверстия. Непосредственный подвод компонентов топлива в область свечи зажигания отсутствует, воспламенение топлива происходит при попадании компонентов из камеры сгорания в разрядную полость свечи.

Недостатком является и то, что в таком двигателе добиться высокой стабильности процесса воспламенения и высокой полноты сгорания топлива невозможно, учитывая предложенную организацию процесса воспламенения и малые объемы камеры сгорания (малые времена пребывания топлива в камере сгорания), так как компоненты топлива в газообразном состоянии за счет диффузии перемешиваются сравнительно медленно. Увеличение объема камеры сгорания нерационально из-за ухудшения динамических параметров двигателя, проблем обеспечения теплового состояния камеры и увеличения весовых параметров РДМТ.

Прототипом является двигатель на газообразных водороде и кислороде для вспомогательных установок космической станции (Эппель М.А., Шёман Л., Беркман Д.К. «Двигатель на газообразных водороде и кислороде для вспомогательных установок космической станции». 1987, аннотация реферата. «Представлены результаты работ по созданию высокоэффективного двигателя малой тяги на газообразных водороде и кислороде. Проведено исследование воспламенения и охлаждения. Камера сгорания - рениевая. Способ подачи водорода и кислорода происходит с помощью шести осевых струй, направленных радиально к центральному электроду»).

Недостатком этого технического решения является неоптимальная по составу смесь водорода и кислорода, которую нужно воспламенять при работе двигателя, особенно в импульсном режиме и не эффективное перемешивание водорода и кислорода при горении.

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение полноты сгорания газообразных водорода и кислорода в ракетных двигателях малой тяги за счет предварительного смешения водорода и кислорода перед подачей их в камеру сгорания.

Задача решается за счет того, что ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде, состоящий из электропневмоклапанов горючего и окислителя, смесительной головки, включающей воспламенительное устройство со свечой зажигания, дозвуковую газовую завесу для обеспечения допустимого теплового состояния конструкции двигателя, камеры сгорания и сопла, содержит на камере сгорания, установленные друг над другом, два кольцевых цилиндра из жаростойкой и жаропрочной стали с коллекторами водорода и кислорода соответственно, на торцевых поверхностях которых установлены прямоугольные каналы, так, чтобы каждый канал водорода пересекался с каналом кислорода.

Смешение газообразных водорода и кислорода реализуется в узлах пересекающихся прямоугольных каналов.

Кроме того, число узлов пересекающихся прямоугольных каналов водорода и кислорода равно 3, 4, 5 и более и распределенных равномерно по окружности.

Кроме того, высота и ширина прямоугольных каналов соотносятся как 1:2.

Кроме того, соотношение скоростей струй водорода и кислорода составляет 2,5:1.

Сущность изобретения поясняется фигурами (фиг. 1 и фиг. 2), где схематично представлено устройство для предварительного смешения газообразных водорода и кислорода. На чертежах изображены: коллектор водорода 1, имеющий в сечении вид половины окружности, прямоугольный канал водорода 2, прямоугольный канал кислорода 3 (обозначен пунктиром, так как он расположен в другой плоскости), камера сгорания 4, стенка камеры сгорания 5, верхний цилиндр 6 с каналами водорода 2, предкамера 7, где формируется факел топливной смеси водорода и кислорода, сварочный шов 8, соединяющий верхний цилиндр 6 с коллектором водорода 1, сварочный шов 9, соединяющий между собой коллекторы водорода 1 и кислорода 10 и верхний цилиндр 6 с нижним цилиндром, сварочный шов 11, соединяющий коллектор кислорода 10 с нижним цилиндром, дозвуковая часть сопла 12.

Работает представленное устройство для предварительного смешения газообразных водорода и кислорода следующим образом.

После включения электроклапанов водорода и кислорода (на чертеже не показаны) водород и кислород поступают в предкамеру 7, где формируется факел топливной смеси водорода и кислорода. Водород и кислород поступают также в прямоугольные каналы водорода 2 и кислорода 3. В узлах каналов 2 и 3 происходит интенсивное турбулентное перемешивание водорода и кислорода. Затем по каналам 2 и 3 смеси водорода и кислорода поступают в камеру сгорания 4, где под воздействием факела топливной смеси воспламеняются, сгорают, движутся к дозвуковой части сопла 12 и далее через закритическую часть сопла истекают из двигателя, создавая тягу.

Для эффективного смешения водорода и кислорода и для получения наибольшей полноты сгорания топлива высота и ширина прямоугольных каналов должны соотносится как 1:2. Скорости газообразных водорода и кислорода должны соотносится как 2,5:1. В зависимости от тяги двигателя (расходов компонентов топлива) число узлов равно 3, 4, 5 и более.

1. Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде, состоящий из электропневмоклапанов горючего и окислителя, смесительной головки, включающей воспламенительное устройство со свечой зажигания, дозвуковую газовую завесу для обеспечения допустимого теплового состояния конструкции двигателя, камеры сгорания и сопла, отличающийся тем, что на камере сгорания установлены, друг над другом, два кольцевых цилиндра из жаростойкой и жаропрочной стали с коллекторами водорода и кислорода соответственно, на торцевых поверхностях которых установлены прямоугольные каналы, так, чтобы каждый канал водорода пересекался с каналом кислорода.

2. Ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что число узлов пересекающихся прямоугольных каналов водорода и кислорода равно 3, 4, 5 и более и распределенных равномерно по окружности.

3. Ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что высота и ширина прямоугольных каналов соотносятся как 1:2.

4. Ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что соотношение скоростей струй водорода и кислорода составляет 2,5:1.

www.findpatent.ru

Устройство обогащения всасываемого воздуха кислородом для двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано для регулирования количества кислорода в топливовоздушной смеси. Устройство обогащения всасываемого воздуха кислородом для двигателя внутреннего сгорания содержит обогатитель с камерой обогащения (КО). Обогатитель установлен во впускном коллекторе за турбокомпрессором по потоку. В обогатителе параллельно КО с обогатительными мембранами из поливинилтриметилсилана расположена проточная камера (ПК). На входе в КО и ПК установлена распределительная заслонка, снабженная электронной системой управления (ЭСУ). ЭСУ включает датчики режимных параметров, электронный блок управления и исполнительный механизм, регулирующий расход воздуха через КО и ПК. Технический результат заключается в изменении соотношения подач атмосферного воздуха и воздуха, обогащенного кислородом. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.,4 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам, обогащающим топливовоздушную смесь кислородом.

Уровень техники

Известно устройство «ОБОГАТИТЕЛЬ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» [1], содержащее двигатель внутреннего сгорания с впускным коллектором, сообщенным через трубопровод с электролизером, в котором осуществляется электролиз воды с выделением кислорода, поступающего через трубопровод и впускной коллектор в цилиндры двигателя. Недостатком данного устройства является необходимость установки на борту автомобиля дополнительного бака с водой и дополнительного электрического аккумулятора.

Известно устройство «ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С АКТИВАТОРОМ ВОЗДУХА» [2], содержащее двигатель внутреннего сгорания с впускным коллектором, на входе в который установлен активатор воздуха, осуществляющий ионизацию поступающего в двигатель воздуха. Недостатками данного устройства являются необходимость установки на борту автомобиля дополнительного источника электроэнергии и присутствие в ионизированном воздухе атомарного кислорода, что увеличивает взрывоопасность.

Наиболее близким по техническому результату к предлагаемому устройству является «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ КИСЛОРОДОМ» [3] (прототип) - устройство обогащения всасываемого воздуха кислородом для двигателя внутреннего сгорания, содержащее впускной коллектор, установленный на его входе обогатитель с камерой обогащения, в которой установлены обогатительные мембраны, компрессор, соединенный подводящим патрубком с обогатителем и установленный на входе в компрессор воздушный фильтр, соединенный с компрессором трубопроводом. Недостатком данного устройства является невозможность регулирования соотношения подачи атмосферного и обогащенного кислородом воздуха в камеру сгорания двигателя.

Известно устройство «СИСТЕМА И МЕТОД ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ВПУСКНОГО ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» [4], содержащее параллельно расположенные камеру обогащения и проточную камеру, а также распределительную заслонку, в камере обогащения установлен активатор воздуха, осуществляющий ионизацию поступающего в двигатель воздуха. Недостатками данного устройства являются регулирование только потока ионизированного воздуха и отсутствие регулирования потока атмосферного воздуха, что ведет к изменению количества воздушного заряда, а также аналогично устройству [2], необходимость установки на борту автомобиля дополнительного источника электроэнергии и присутствие в ионизированном воздухе атомарного кислорода, что увеличивает взрывоопасность.

Раскрытие изобретения

Задачей заявленного устройства обогащения воздуха кислородом для двигателя внутреннего сгорания является обеспечение возможности регулирования соотношения подач атмосферного и обогащенного кислородом воздуха в камеру сгорания двигателя.

Поставленная задача решается тем, что устройство обогащения всасываемого воздуха кислородом для двигателя внутреннего сгорания содержит впускной коллектор, установленный на его входе обогатитель с камерой обогащения, в которой установлены обогатительные мембраны, компрессор, соединенный подводящим патрубком с обогатителем и установленный на входе в компрессор воздушный фильтр, соединенный с компрессором трубопроводом. При этом в обогатителе параллельно камере обогащения с обогатительными мембранами из поливинилметилсилана (как вариант - из силикона) расположена проточная камера, на входе в камеру обогащения и проточную камеру установлена распределительная заслонка с электронной системой управления, регулирующей расход воздуха через камеру обогащения и проточную камеру. Электронная система управления распределительной заслонкой может включать датчики режимных параметров, электронный блок управления и исполнительный механизм, регулирующий расход воздуха через камеру обогащения и проточную камеру.

Перечень фигур

На фиг.1 показано устройство обогащения всасываемого воздуха кислородом. В табл.1 представлены технические характеристики двигателя бензогенератора MATRIX 94512.

На фиг.2…5 и в табл.2…4 показаны результаты эксперимента на двигателе бензогенератора MATRIX 94512.

Осуществление изобретения

Устройство на фиг.1 содержит поршневую часть комбинированного двигателя внутреннего сгорания 1 с поршнем 2, размещенным в цилиндре 3 и образующим в нем камеру сгорания. В камере сгорания установлены впускной 4 и выпускной 5 клапаны и форсунка 6. Газотурбинная часть комбинированного двигателя имеет турбокомпрессор с установленными на его валу 7 компрессором 8 и турбиной 9. Воздушный тракт комбинированного двигателя включает воздушный фильтр 10, соединенный впускным трубопроводом 11, который входным сечением компрессора 8 через подводящий патрубок 12 сообщен с обогатителем 13. Обогатитель выполнен с двумя камерами цилиндрической формы: проточной камерой 14 и камерой обогащения 15, в которой установлены параллельно закрепленные в формах поливинилтриметилсилановые (как вариант - силиконовые) мембраны 16, осуществляющие прохождение через них обогащенного кислородом воздуха (пермеата). Камера обогащения имеет дренажные калибровочные отверстия 24 на боковой поверхности для удаления излишнего воздуха, обедненного кислородом (нон-пермеата). На входе в обогатитель 13 установлена распределительная заслонка 17. Обогатитель 13 через впускной коллектор 18 и впускной клапан 4 сообщается с цилиндром 3 двигателя внутреннего сгорания 1. С другой стороны цилиндр 3 через выпускной клапан 5 и выпускной коллектор 19 сообщен с входным сечением турбины 9, а ее выходное сечение сообщено с атмосферой. Положение распределительной заслонки 17 обогатителя 13 определяется положением выходного истока исполнительного механизма (ИМ) 20, управляемого электронным блоком (ЭБ) 21, который вырабатывает управляющий сигнал на исполнительный механизм на основании сигналов от датчиков (Д1, Д2, Д3) 22 режимных параметров (частоты вращения коленчатого вала двигателя, его мощности, подачи топлива). При использовании заявленного устройства в бензиновом двигателе вместо дизельной форсунки 6 используется бензиновая форсунка 23, устанавливаемая во впускном коллекторе 18. В случае использования заявленного устройства в бензиновом двигателе вместо дизельной форсунки 6 устанавливается свеча зажигания. Мембраны 16, установленные в камере обогащения 15 обогатителя 13 выполнены из поливинилтриметилсилана (как вариант - из силикона), представляющего собой пористый материал с размерами пор около 0,27 нм, позволяющий пропускать молекулы кислорода в 2,5 раза быстрее молекул азота, поскольку размеры молекулы азота больше, чем у молекулы кислорода. Это позволяет повышать процентное содержание кислорода в проходящем через него воздухе. Скорость прохождения кислорода и азота через мембраны определяется через коэффициент диффузии и закон Фика для газов: J=−D∂C∂x ,

где J - плотность потока вещества,

D - коэффициент диффузии,

∂C∂x - градиент концентрации.

Зависимость коэффициента диффузии от температуры в простейшем случае выражается законом Арениуса: D=D0exp(-Ea/kT), где D - коэффициент диффузии [м2/с], Ea - энергия активации [Дж], k - постоянная Больцмана, T - температура [K].

Работа заявленного устройства (рис.1) осуществляется следующим образом. Для увеличения мощности двигателя необходимо подать в цилиндр 3 большее количество топлива и, соответственно, большее количество воздуха. Для этой цели поршневая часть комбинированного двигателя дополняется системой газотурбинного наддува турбокомпрессором. При работе двигателя отработавшие газы цилиндра 3 двигателя внутреннего сгорания 1 через выпускной клапан 5 и выпускной коллектор 19 поступают на турбину 9 и раскручивают ее. Турбина 9 через вал 7 приводит во вращение компрессор 8. Компрессор всасывает атмосферный воздух через воздушный фильтр 10 и впускной трубопровод 11 и сжимает его до требуемого давления. Сжатый воздух после компрессора 8 через подводящий патрубок 12 поступает в обогатитель 13 к распределительной заслонке 17. Положение заслонки 17 определяет соотношение расходов воздуха через проточную камеру 14 и камеру обогащения 15. В камере обогащения проходящий через поливинилтриметилсилановые (как вариант - силиконовые) мембраны воздух обогащается кислородом, после чего через впускной коллектор 18 и впускной клапан 4 поступает в цилиндр 3 двигателя 1. Нон-пермеат через дренажные калибровочные отверстия выходит из камеры обогащения.

Обогащение воздушного заряда кислородом повышает мощность двигателя, его топливную экономичность и экологические качества.

Для подтверждения эффективности предлагаемой системы был проведен эксперимент на двигателе бензогенератора Matrix 94512 по определению изменения уровня токсичных веществ с увеличением содержания кислорода на всасывании. Результаты показаны на графиках фиг.2…4.

Данные эксперимента по определению мощности двигателя с различной частотой коленчатого вала при увеличении содержания кислорода в воздушном заряде показаны на графике фиг.5 и в таблицах 2…4.

Источники информации

1. Патент РФ №2407910, МПК F02 M27/04, опубликован 27.12.2010.

2. Патент РФ №2372501, МПК F02B 51/04, F02B 75/00, опубликован 10.11.2009.

3. Авторское свидетельство СССР №853133, МПК F02B 51/00, опубликовано 07.08.1981.

4. Патент США US 6895945 B2, МПК F02M 33/00, опубликован 24.05.2005.

Таблица 1
Параметр \ Модель 94512
Напряжение, V 220±10%
Частота, Гц 50±3
Ток, A 13,6
Максимальная мощность, кВт 3,2
Средняя номинальная мощность, кВт 2,7
Двигатель 1 цилиндровый, 4-х тактный
Рабочий объем двигателя, л 196
Мощность двигателя, кВт/об/мин 3,5/3000
Марка бензина С октановым числом не ниже 92
Емкость бензобака, л 12
Система запуска Ручной стартер
Свеча зажигания, тип 4С5Т (LD), BDR4ES (NGK)
Уровень шума (7 м), дБ 72
Звуковое давление, дБ 97

1. Устройство обогащения всасываемого воздуха кислородом для двигателя внутреннего сгорания, содержащее впускной коллектор, установленный на его входе обогатитель с камерой обогащения, в которой установлены обогатительные мембраны, компрессор, соединенный подводящим патрубком с обогатителем и установленный на входе в компрессор воздушный фильтр, соединенный с компрессором трубопроводом, отличающееся тем, что в обогатителе параллельно камере обогащения с обогатительными мембранами из поливинилтриметилсилана расположена проточная камера, на входе в камеру обогащения и проточную камеру установлена распределительная заслонка с электронной системой управления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронная система управления распределительной заслонкой включает датчики режимных параметров, электронный блок управления и исполнительный механизм, регулирующий расход воздуха через камеру обогащения и проточную камеру.

www.findpatent.ru

Ракетный двигатель малой тяги на газообразном водороде и кислороде с форсунками типа струя в сносящем потоке

Изобретение относится к области ракетных двигателей малой тяги (РДМТ), работающих на газообразных водороде (Н2) и кислороде (O2) в качестве исполнительных органов систем управления объектов ракетно-космической техники.

Особенно эффективны такие двигатели в составе двигательных установок космических аппаратов на основе электролиза воды и РДМТ на газообразных водороде и кислороде - продуктах электролиза воды.

Известен ракетный двигатель малой тяги (диссертация на соискание кандидата технических наук «Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан» Чудиной Юлии Сергеевны, Московский авиационный институт. Москва, 2014, http://www.mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID.., стр. 51), в котором форкамера (иначе - предкамера) для воспламенения компонентов топлива образована уменьшенным проходным сечением центрального отверстия. Непосредственный подвод компонентов топлива в область свечи зажигания отсутствует, воспламенение топлива происходит при попадании компонентов из камеры сгорания в разрядную полость свечи.

Недостатком является и то, что в таком двигателе добиться высокой стабильности процесса воспламенения и высокой полноты сгорания топлива невозможно, учитывая предложенную организацию процесса воспламенения и малые объемы камеры сгорания (малые времена пребывания топлива в камере сгорания), так как компоненты топлива в газообразном состоянии за счет диффузии перемешиваются сравнительно медленно. Увеличение объема камеры сгорания нерационально из-за ухудшения динамических параметров двигателя, проблем обеспечения теплового состояния камеры и увеличения весовых параметров РДМТ.

Наиболее близким аналогом является двигатель на газообразных водороде и кислороде для вспомогательных установок космической станции (Эппель М.А., Шёман Л., Беркман Д.К. «Двигатель на газообразных водороде и кислороде для вспомогательных установок космической станции». 1987, аннотация реферата. «Представлены результаты работ по созданию высокоэффективного двигателя малой тяги на газообразных водороде и кислороде. Проведено исследование воспламенения и охлаждения. Камера сгорания - рениевая. Способ подачи водорода и кислорода происходит с помощью шести осевых струй, направленных радиально к центральному электроду»).

Недостатком этого технического решения является неоптимальная по составу смесь водорода и кислорода, которую нужно воспламенять при работе двигателя, особенно в импульсном режиме, и не эффективное перемешивание водорода и кислорода при горении.

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение полноты сгорания газообразных водорода и кислорода в ракетных двигателях малой тяги за счет использования форсунок внутреннего смешения в смесительной головке двигателя.

Задача решается за счет того, что ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде состоит из свечи зажигания топлива, смесительной головки, установленной с возможностью обеспечения смешения топлива и внутреннего охлаждения стенки камеры сгорания, самой камеры сгорания и сопла, при этом в головке двигателя выполнены струйные форсунки типа струя водорода в сносящем потоке кислорода, суммарные векторы потоков которых направлены в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, навстречу друг другу.

Кроме того, форсунки равномерно распределены по окружности.

Кроме того, соотношение скоростей струй водорода и кислорода составляет (2,5…3):1.

Кроме того, длина форсунки составляет 4…6 значений ее диаметра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично представлен ракетный двигатель малой тяги с подачей в предкамеру смеси газообразных водорода и кислорода. На чертеже изображены свеча зажигания поверхностного разряда 1, разрядная полость 2 свечи зажигания, диафрагма 3, каналы 4, камера 5, в которую поступает водород, коллектор кислорода 6, канал кислорода 7, предкамера 8, в нижнюю часть которой поступают водород и кислород и где происходит их воспламенение, коллектор водорода 9, канал кислорода 10, каналы водорода 11 для внутреннего охлаждения камеры сгорания и сопла, камера смешения водорода и кислорода 12, камера сгорания 13, дозвуковая часть сопла 14.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

После включения электроклапанов водорода и кислорода (не показаны) водород и кислород поступают в соответствующие топливные коллекторы и каналы, расположенные в смесительной головке, затем по каналам 4 поступают в разрядную полость 2 свечи зажигания поверхностного разряда 1. В разрядной полости 2 водород и кислород воспламеняются и в виде факела продуктов сгорания через диафрагму 3 поступают в камеру 5, в которую поступает закрученный водород, далее смесь продуктов сгорания и водорода поступает в предкамеру 8, в верхнюю часть которой поступает закрученный кислород и в которой завершается процесс формирования факела топливной смеси водорода и кислорода. Основная топливная смесь поступает из форсунок, при этом кислород попадает в форсунку из коллектора 6 по каналу кислорода 7, а водород попадает в форсунку из коллектора водорода 9 по каналу водорода 10. Далее воспламенившаяся топливная смесь попадает в камеру сгорания 13, после которой продукты сгорания движутся в докритическую часть сопла 14 и далее через закритическую часть сопла истекают из двигателя, создавая тягу. Описанная подача водорода и кислорода в камеру сгорания способствует формированию близкому к оптимальному распределению температуры продуктов сгорания по сечению камеры сгорания. Число форсунок определяется тягой двигателя и полнотой сгорания топлива: малорасходные форсунки дают большую полноту сгорания топлива. В общем случае число форсунок может быть разным 2, 3, 4, 5, 6 и более и распределенным равномерно по окружности.

Соотношение скоростей струй водорода и кислорода может составлять (2,5…3):1. Длина камеры сгорания смешения должна составлять 4…6 значений ее диаметра.

edrid.ru

РД-0120 — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к навигации Перейти к поиску Для этого термина существует аббревиатура «РД», которая имеет и другие значения: см. РД. РД-0120Тип Топливо Окислитель Камер сгорания Страна Использование Время эксплуатации Применение Производство Конструктор Время создания Производитель Обозначение Производилось Массогабаритныехарактеристики Масса Высота Диаметр Рабочие характеристики Тяга
Двигатель РД-0120 в музее ЗАО «ЗЭМ» РКК «Энергия»
ЖРД закрытого цикла
жидкий водород
жидкий кислород
1
СССР СССР→Россия Россия
1987—1988 годы
«Энергия» (вторая ступень)
КБХА (г. Воронеж)
1976—1990[1]
ВМЗ
11Д122 (РО-200)
1979 год
3 450 кг[1]
4 550 мм[1]
2 420 мм[1]
Вакуум: 200 тс[1] (1962 кН[1], эксплуатационный режим 106%)Ур. моря:

ru.wikipedia.org

Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде с центробежными форсунками

Изобретение относится к области ракетных двигателей малой тяги (РДМТ), работающих на газообразных водороде (Н2) и кислороде (О2) в качестве исполнительных органов систем управления объектов ракетно-космической техники. Смесительная головка имеет две центробежные форсунки и периферийные каналы для охлаждения стенки камеры сгорания и сопла.

Особенно эффективны такие двигатели в составе двигательных установок космических аппаратов на основе электролиза воды и РДМТ на газообразных водороде и кислороде - продуктах электролиза воды.

Известен ракетный двигатель малой тяги (диссертация на соискание кандидата технических наук «Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан» Чудиной Юлии Сергеевны, Московский авиационный институт. Москва, 2014, http://www.mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=49826, стр. 51), в котором форкамера (иначе - предкамера) для воспламенения компонентов топлива образована уменьшенным проходным сечением центрального отверстия. Непосредственный подвод компонентов топлива в область свечи зажигания отсутствует, воспламенение топлива происходит при попадании компонентов из камеры сгорания в разрядную полость свечи.

Недостатком является и то, что в таком двигателе добиться высокой стабильности процесса воспламенения и высокой полноты сгорания топлива невозможно, учитывая предложенную организацию процесса воспламенения и малые объемы камеры сгорания (малые времена пребывания топлива в камере сгорания), так как компоненты топлива в газообразном состоянии за счет диффузии перемешиваются сравнительно медленно. Увеличение объема камеры сгорания нерационально из-за ухудшения динамических параметров двигателя, проблем обеспечения теплового состояния камеры и увеличения весовых параметров РДМТ.

Наиболее близким аналогом является двигатель на газообразных водороде и кислороде для вспомогательных установок космический станции (Эппель М.А., Шёман Л., Беркман Д.К. «Двигатель на газообразных водороде и кислороде для вспомогательных установок космической станции». 1987, аннотация реферата. «Представлены результаты работ по созданию высокоэффективного двигателя малой тяги на газообразных водороде и кислороде. Проведено исследование воспламенения и охлаждения. Камера сгорания - рениевая. Способ подачи водорода и кислорода происходит с помощью шести осевых струй, направленных радиально к центральному электроду»).

Недостатком этого технического решения является неоптимальная по составу смесь водорода и кислорода, которую нужно воспламенять при работе двигателя, особенно в импульсном режиме и не эффективное перемешивание водорода и кислорода при горении.

Технической задачей изобретения является увеличение полноты сгорания газообразных водорода и кислорода в двигателе.

Задача решается за счет того, что в камеру сгорания ракетного двигателя малой тяги на газообразных водороде и кислороде, состоящего из головки двигателя, свечи зажигания топлива, системы подачи компонентов топлива в камеру сгорания и внутренним охлаждением камеры сгорания, для подачи горючего установлены центробежная форсунка с большим углом вектора скорости потока и соосная с ней центробежная форсунка окислителя с меньшим, чем у горючего, углом вектора скорости потока.

Кроме того, форсунки могут быть установлены с закруткой водорода и кислорода в одном или в противоположных направлениях.

Кроме того, срезы форсунок горючего и окислителя могут быть установлены на одном уровне.

Расположение в смесительной головке двух соосных центробежных форсунок с разными углами конусов векторов скоростей потоков способствует смешению газообразных водорода и кислорода и увеличению полноты сгорания топлива.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично представлен ракетный двигатель малой тяги. На чертеже изображены:

свеча зажигания поверхностного разряда 1, разрядная полость 2 свечи зажигания, диафрагма 3, каналы 4, камера 5, в которую поступает водород, камера 6, в которую поступает закрученный кислород, центробежная форсунка кислорода 7, центробежная форсунка водорода 8, каналы подачи водорода для внутреннего охлаждения камеры сгорания 9, вектор скорости потока водорода 10, вектор скорости потока кислорода 11, камера сгорания 12, докритическая часть сопла 13.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

После включения электроклапанов водорода и кислорода (на чертеже не показаны) водород и кислород по каналам 4 поступают в разрядную полость 2 свечи зажигания поверхностного разряда 1. В разрядной полости 2 водород и кислород воспламеняются и в виде факела продуктов сгорания через диафрагму 3 поступают в камеру 5, в которую поступает закрученный водород, далее смесь продуктов сгорания и водорода поступает в камеру 6, в которую поступает закрученный кислород и в которой завершается процесс формирования факела топливной смеси водорода и кислорода. Затем в камере сгорания 12 воспламеняется и сгорает основная топливная смесь.

При этом основная топливная смесь готовится следующим образом. Из смесительной головки, состоящей из центробежных форсунок водорода 7 и окислителя 8 в камеру сгорания 12 поступают водород и кислород, векторы скорости которых 10 и 11 образуют два пересекающихся потока с меньшим углом у водорода и с большим углом у кислорода. Пересечение этих потоков способствует активному перемешиванию водорода и кислорода, которые под воздействием факела из камеры 6 воспламеняются и сгорают. Далее продукты сгорания движутся в докритической части сопла 13, сверхкритической части сопла и истекают из сопла, создавая тягу двигателя. Для предотвращения прогара стенки камеры сгорания и сопла применяется внутреннее охлаждение водородом с помощью каналов 9.

edrid.ru

Способ работы двигателя внутреннего сгорания и энергетическая установка для его осуществления

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Способ работы двигателя внутреннего сгорания заключается в сжатии атмосферного воздуха компрессором до давления, обеспечивающего прохождение воздуха через газоразделительную мембрану, впуске сжатого воздуха, обогащенного кислородом, впрыске и сгорании топлива, расширении продуктов сгорания и выпуске отработавших газов. Кислород выделяют из атмосферного воздуха и регулируют концентрацию кислорода в воздухе, поступающем в двигатель, посредством устройства для разделения газовых смесей. На режимах от холостого хода и до полного открытия дроссельной заслонки в цилиндры двигателя поступает атмосферный воздух. Производительность компрессора и соответственно степень обогащения воздуха, поступающего в двигатель кислородом, управляется блоком управления. При необходимости максимальной мощности, с блока управления подается управляющий сигнал на компрессор, обеспечивая максимальную прокачку воздуха, а в цилиндры поступает чистый кислород при закрытой дроссельной заслонке. Энергетическая установка содержит камеру с газораспределительной мембраной для выделения кислорода из атмосферного воздуха, выпускной канал, соединенный с впускным патрубком двигателя внутреннего сгорания, выпускной канал для выброса продуктов разделения в атмосферу и впускной канал. В составе установки имеется компрессор, установленный перед впускным каналом, блок управления и дроссельная заслонка, расположенную на входе во впускной патрубок. На оси педали газа установлен потенциометр, сигналы с которого передаются в блок управления, а блок управления дополнен каналом управления компрессором. Технический результат заключается в повышении мощности двигателя и в снижении расхода топлива и токсичности отработавших газов. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для повышения мощности, снижения расхода топлива и токсичности выбросов двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Известен способ работы ДВС с жидкостной системой охлаждения путем впуска в цилиндр свежего заряда, состоящего из топлива и искусственной газовой смеси, содержащей кислород, сжатия, сгорания, выпуска из цилиндра отработавших газов, причем искусственную газовую смесь получают очисткой от углекислого газа и водяных паров отработавших газов и их обогащения кислородом, с целью повышения эффективности, кислород получают в реакционном объеме путем смешивания твердого кислородоносителя и нагретой воды из жидкостной системы охлаждения с образованием газообразного кислорода и твердой фазы, последние вводят в контакт с отработавшими газами, отделяя и удаляя твердую фазу, газовую смесь охлаждают оставшейся частью нагретой воды из системы охлаждения, причем подача кислородоносителя и нагретой воды из системы охлаждения осуществляют дозировано в зависимости от концентрации кислорода в отработавших газах и нагрузки на двигатель двумя противоположными движущимися потоками [авт. св. СССР 1778333, МКИ5 F 02 В 47/10. Опубликовано 30.11.92. Бюл. 44]. Недостаток этого способа заключается в том, что используется твердый источник кислорода с ограниченным содержанием кислорода, который время от времени необходимо менять, что мешает бесперебойной работе двигателя. Кроме того, способ не позволяет осуществить работу двигателя с высокой концентрацией кислорода в воздухе, поступающем в его цилиндры. Известен способ работы энергетической установки путем получения кислорода из кислородсодержащего вещества, подачи полученного кислорода, топлива и инертной присадки в камеру сгорания и преобразования выделившейся энергии в механическую работу на валу, вытесняемые продукты реакции разделяют на два потока, один из которых используют в качестве инертной присадки, а получение кислорода из кислородсодержащего вещества осуществляют путем подвода теплоты другого потока вытесняемых продуктов реакции [патент РФ 2029112, МКИ6 F 02 В 47/06, С 01 В 13/02. Опубликован 20.02.95. Бюл. 5]. Недостатки этого способа заключаются в том, что для получения кислорода используются твердые и жидкие кислородсодержащие вещества с ограниченным содержанием кислорода, которые необходимо менять и удалять продукты разложения. Так же установка по производству кислорода имеет большие геометрические размеры. Также известно устройство для получения кислорода, преимущественно для энергетической установки автомобиля, снабженного аккумуляторной батареей, содержащее, по меньшей мере, один корпус с отводящим штуцером, твердый источник кислорода, размещенный в корпусе и выполненный с осевым каналом, и нагреватель, установленный в корпусе с возможностью контакта с твердым источником кислорода, корпус снабжен съемным колпачком и помещен в кожух с крышкой, твердый источник кислорода выполнен в виде сменной таблетки, а нагреватель снабжен радиатором и расположен в осевом канале таблетки [патент РФ 2029110, МКИ6 F 02 В 47/06, С 01 В 13/02. Опубликован 20.02.95. Бюл. 5]. Недостаток этого устройства заключается в том, что используется твердый источник кислорода с ограниченным содержанием кислорода, который необходимо нагревать для получения газообразного кислорода и затем удалять продукты разложения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ работы двигателя внутреннего сгорания, по которому осуществляется впуск сжатого воздуха, обогащенного кислородом, впрыск и сгорание топлива, расширение и продуктов сгорания и выпуск отработавших газов, причем кислород выделяют из атмосферного воздуха и концентрацию кислорода в воздухе, поступающем в двигатель, регулируют посредством устройства для разделения для разделения газовых смесей, установленное на входе в двигатель и содержащее регулятор концентрации кислорода, причем устройство для разделения газовых смесей выполнено в виде газоразделительной мембраны [патент США 5908023, МПК F 02 М 9/00. Опубликован 01.06.99]. Недостатком прототипа является, то, что не предусмотрена возможность поступления в цилиндры двигателя чистого кислорода (при закрытой дроссельной заслонке). Задачей изобретения является повышение мощности и снижение расхода топлива вследствие увеличения наполнения цилиндров окислителем и снижения насосных потерь, снижение содержания СО и СН в отработавших газах вследствие улучшения процесса сгорания топлива в газовой смеси, обогащенной кислородом, снижение содержания NOx в отработавших газах вследствие снижения концентрации азота в газовой смеси, поступающей в двигатель. Указанная задача решается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, по которому осуществляют сжатие атмосферного воздуха компрессором до давления, обеспечивающего прохождение воздуха через газоразделительную мембрану, впуске сжатого воздуха, обогащенного кислородом впрыске и сгорании топлива, расширении продуктов сгорания и выпуске отработавших газов, причем кислород выделяют из атмосферного воздуха и регулируют концентрацию кислорода в воздухе, поступающем в двигатель, посредством устройства для разделения газовых смесей, в отличие от прототипа на режимах от холостого хода и до полного открытия дроссельной заслонки в цилиндры двигателя поступает атмосферный воздух, производительность компрессора и соответственно степень обогащения воздуха, поступающего в двигатель кислородом, управляется блоком управления, причем при необходимости максимальной мощности, с блока управления подается управляющий сигнал, на компрессор, обеспечивая максимальную прокачку воздуха, а в цилиндры поступает чистый кислород при закрытой дроссельной заслонке. Операции заявленного способа могут быть реализованы энергетической установкой, содержащей камеру с газоразделительной мембраной для выделения кислорода из атмосферного воздуха, выпускной канал, соединенный с впускным патрубком двигателя внутреннего сгорания, выпускной канал для выброса продуктов разделения в атмосферу, впускной канал, компрессор, установленный перед впускным каналом, блок управления и дроссельную заслонку, расположенную на входе во впускной патрубок, в отличии от прототипа на ось педали газа установлен потенциометр, сигналы с которого передаются в блок управления, а блок управления дополнен каналом управления компрессором. Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства для осуществления заявляемого способа. Операции заявляемого способа могут быть реализованы энергетической установкой, включающей камеру 1, содержащую газоразделительную мембрану 2 для выделения кислорода из атмосферного воздуха, впускной канал 3 и два выпускных канала 4 и 5. Перед впускным каналом установлен компрессор 6, связанный с блоком управления 7 (БУ). Выпускной канал 4 соединен с впускным патрубком 8 двигателя 9. На входе во впускной патрубок 8 расположена дроссельная заслонка 10, которая регулирует количество поступающего в двигатель воздуха. Энергетическая установка, реализующая способ, работает следующим образом. На режимах от холостого хода до полного открытия дроссельной заслонки 10 в цилиндр поступает атмосферный воздух. Рабочий объем цилиндров двигателя выбирается таким, чтобы номинальная мощность двигателя получалась при заполнении цилиндров чистым кислородом или воздухом, обогащенным кислородом до концентрации, достижимой для газоразделительного механизма. При полном открытии дроссельной заслонки 10, двигатель 9 обеспечивает мощность, соответствующую максимальному наполнению цилиндров воздухом. При необходимости дальнейшего увеличения мощности двигателя, что определяется, например, по движению педали газа автомобиля, с блока управления 7 подается управляющий сигнал на компрессор 6, где происходит сжатие атмосферного воздуха до давления, обеспечивающего прохождение воздуха через газоразделительную мембрану, сжатый воздух проходит через газоразделительную мембрану 2. Кислород, выделившийся в результате разделения атмосферного воздуха, поступает через выпускной канал 4 во впускной патрубок 8, где смешивается с воздухом, который поступает через дроссельную заслонку 10. Производительность компрессора 6 и, соответственно, степень обогащения воздуха, поступающего в двигатель, кислородом, управляется блоком управления 7. Оставшиеся продукты разделения (преимущественно азот) выбрасываются в атмосферу из выпускного канала 5. При необходимости максимальной мощности двигателя, что определяется, например, по предельному положению педали газа автомобиля, с блока управления 7 подается управляющий сигнал на компрессор 6, который обеспечивает максимальную прокачку воздуха через камеру 1 и, соответственно, максимальную производительность газоразделительного устройства (мембраны 2). Кислород, выделившийся в результате разделения атмосферного воздуха, поступает во впускной патрубок 8 через выпускной канал 4, и в цилиндры поступает чистый кислород при закрытой дроссельной заслонке 10. ПРИМЕР КОНКРЕТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Сущность предлагаемого способа работы ДВС состоит в совокупности следующих процессов: впрыск топлива, его сжатия в цилиндрах, преобразование энергии расширяющихся газов во вращательную энергию вала двигателя; сгорание топлива в способе осуществляется так, как у прототипа. Для реализации способа в двигателе, например, УЗАМ 33137 с впрыском топлива, компрессор 6 соединяют с газоразделительной мембраной 2, а последнюю через выпускной канал 4 - с впускным патрубком 8 двигателя 9. На ось педали газа устанавливают потенциометр, сигналы с которого передаются в блок управления 7. Блок управления 7 представляет собой управляющее устройство, используемое в настоящее время для управления топливоподачей и углом опережения зажигания, например, блок управления МИКАС 5.4, используемый на автомобилях "Волга" с впрыском топлива. Блок управления МИКАС 5.4 подробно описан в литературе, например, в книге "Автомобиль ГАЗ-3110 "Волга". Устройство, особенности эксплуатации и руководство по ремонту двигателей ЗМЗ 4062.10, 402.10, 4021.10. М.: ООО "Атласы автомобилей", 2000 - 256 с.: ил./Под редакцией гл. конструктора ЗМЗ Пичугина В.Б.". Для целей регулирования содержания кислорода в газовой смеси, поступающей в двигатель, блок управления МИКАС 5.4 дополняется каналом управления компрессором, что не представляет трудностей, т.к. эта возможность заложена в конструкции блока. Систему управления топливоподачей оставляют без изменений, увеличив диапазон цикловых подач до значений, соответствующим максимальному наполнению цилиндров кислородом (приблизительно в 5 раз). На ось дроссельной заслонки 10 устанавливают шаговый двигатель, управление которым осуществляется по командам с блока управления. В результате повышается мощность и снижается расход топлива вследствие увеличения наполнения цилиндров окислителем и снижения насосных потерь, снижается содержание СО и СН в отработавших газах вследствие улучшения процесса сгорания топлива в газовой смеси, обогащенной кислородом, снижается содержание NOx в отработавших газах вследствие снижения концентрации азота в газовой смеси, поступающей в двигатель.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в сжатии атмосферного воздуха компрессором до давления, обеспечивающего прохождение воздуха через газоразделительную мембрану, впуске сжатого воздуха, обогащенного кислородом, впрыске и сгорании топлива, расширении продуктов сгорания и выпуске отработавших газов, причем кислород выделяют из атмосферного воздуха и регулируют концентрацию кислорода в воздухе, поступающем в двигатель, посредством устройства для разделения газовых смесей, отличающийся тем, что на режимах от холостого хода и до полного открытия дроссельной заслонки в цилиндры двигателя поступает атмосферный воздух, производительность компрессора и соответственно степень обогащения воздуха, поступающего в двигатель, кислородом, управляется блоком управления, причем при необходимости максимальной мощности с блока управления подается управляющий сигнал на компрессор, обеспечивая максимальную прокачку воздуха, а в цилиндры поступает чистый кислород при закрытой дроссельной заслонке. 2. Энергетическая установка, содержащая камеру с газораспределительной мембраной для выделения кислорода из атмосферного воздуха, выпускным каналом соединенную с впускным патрубком двигателя внутреннего сгорания, выпускной канал для выброса продуктов разделения в атмосферу, впускной канал, компрессор, установленный перед впускным каналом, блок управления и дроссельную заслонку, расположенную на входе во впускной патрубок, отличающаяся тем, что на ось педали газа установлен потенциометр, сигналы с которого передаются в блок управления, а блок управления дополнен каналом управления компрессором.

bankpatentov.ru