Способ уменьшения токсичности отработанных газов двигателей и устройство для его осуществления

Способ уменьшения токсичности отработанных газов двигателей и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам уменьшения токсичности двигателей внутреннего сгорания путем обработки подаваемого в них заряда. Техническим результатом является уменьшение токсичности отработавших газов, повышение экономичности и КПД двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что от подаваемого в двигатель воздуха отделяют кислород, который затем озонируют и направляют в камеру сгорания. При этом одновременно ионизируют и подаваемое в двигатель топливо. Устройство содержит воздушный фильтр, ионизатор топлива, озонатор и газоразделитель, отделяющий кислород от подаваемого в камеру сгорания воздуха. Озонатор установлен после газоразделителя по ходу движения воздуха и выполнен в виде коаксиально расположенных цилиндров, причем на внутренней поверхности наружного заземленного цилиндра выполнены разрядные выступы, а внутренний цилиндр покрыт высоковольтной изоляцией и соединен с одним из зажимов высоковольтного высокочастотного источника питания. Ионизатор топлива может быть выполнен в виде электретов, установленных на выходе канала распыления, например, топливной форсунки или снабженного высоковольтной, высокотемпературной изоляцией кольца, установленного на выходе канала распыления топливной форсунки. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области энергетики и машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к способам уменьшения токсичности отработанных газов двигателей внутреннего сгорания.

Известны способы снижения токсичности отработанных газов, предусматривающие каталитическую их очистку путем обработки в термических реакторах, или обработку газов при помощи коронного разряда, а также озонирование поступающего в двигатель воздуха или электризацию топлива.

Известен способ очистки хвостовых газов сернокислого производства от сернистого ангидрида и устройство для его осуществления, при котором газы сернокислого производства озонируют в неоднородном электрическом поле при подаче напряжения на коронирующие выступы (1).

Недостатками известного технического решения являются отсутствие возможности снижения токсичности газов по оксидам азота, азотной, азотистой кислотам и нитросоединениям, неоднородность распыливаемого топлива по фракционному составу, а также невозможность его использования на транспортных средствах.

Известен способ снижения токсичности отработанных газов двигателя путем озонирования кислорода воздуха и электризации (ионизации) топлива с возможностью создания униполярных электрических потенциалов стенок камеры сгорания, капель ионизированного топлива, а также озонид-ионов (2). Из этого же источника информации известно и устройство для озонирования воздуха и электризации (ионизации) топлива, содержащее воздушный фильтр, устройство для электризации топлива и озонатор.

Недостатками известных технических решений являются малая эффективность снижения токсичности отработанных газов.

Техническим результатом является уменьшение токсичности отработавших газов, повышение экономичности и КПД двигателей.

Поставленная задача в части способа решается тем, что производят процесс газоразделения воздуха с последующим озонированием обогащенного кислородом воздуха.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что оно дополнительно снабжено газоразделительным устройством с возможностью газоразделения по газам азот/кислород, а озонатор расположен после газоразделительного устройства и выполнен в виде коаксиально расположенных цилиндров, причем на внутренней поверхности наружного заземленного цилиндра выполнены разрядные выступы, а внутренний цилиндр покрыт высоковольтной изоляцией и соединен с одним из зажимов высоковольтного высокочастотного источника питания.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что ионизатор топлива может быть выполнен в виде электретов, установленных на выходе канала распыления форсунки, причем на стороне распыления электреты имеют отрицательный потенциал, а на тыльной - положительный и снабжены металлическим экраном, либо в виде кольца, снабженного высоковольтной, высокотемпературной изоляцией и установленного на выходе канала распыления топлива форсунки, карбюратора, инжектора, при этом кольцо подключено к зажиму постоянного высоковольтного источника питания, а полярность зажима противоположна полярности металлического корпуса камеры сгорания.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 показана схема озонатора; на фиг. 2 - устройство для ионизации топлива; на фиг. 3-6 показано повышение степени дисперсности капель топлива и улучшение равномерности его распределения по камере сгорания в зависимости от следующих значений выпрямленного напряжения, поданного на кольцо: на фиг. 3 напряжение отсутствует; на фиг. 4 напряжение равно 5 кВ; на фиг. 5 напряжение равно 10 кВ; на фиг. 6 напряжение равно 25 кВ.

Предложенный способ реализуется в устройстве, которое содержит воздушный фильтр (на чертежах не показан), ионизатор топлива, выполненный в виде кольца 1, снабженного высоковольтной, высокотемпературной изоляцией и установленного на выходе канала распыления топливной форсунки 2. Кольцо 1 подключено к зажиму высоковольтного источника питания 3 постоянного тока, полярность которого противоположна полярности металлического корпуса камеры сгорания (на чертежах не показана). Озонатор 4, газоразделитель (на чертежах не показан), выполненный с возможностью отделения кислорода от подаваемого в камеру сгорания воздуха. Озонатор 4 установлен после газоразделителя по ходу движения воздуха и выполнен в виде коаксиально расположенных цилиндров 5 и 6, причем на внутренней поверхности наружного заземленного цилиндра 5 выполнены разрядные выступы 7, а внутренний цилиндр 6 покрыт высоковольтной изоляцией 8 и соединен с одним из зажимов высоковольтного высокочастотного источника питания 3.

Ионизатор топлива выполнен в виде электретов (на чертежах не показаны), установленных на выходе канала распыления топливной форсунки 2, причем сторона электрета, взаимодействующая с распыленным топливом имеет отрицательный потенциал, а тыльная его сторона - положительный и снабжена металлическим экраном (на чертежах не показан).

Способ снижения токсичности отработанных газов двигателя реализуется следующим образом. От подаваемого в двигатель воздуха отделяют кислород, который затем озонируют путем подачи высокого выпрямленного напряжения от источника питания 3 на цилиндры 5 и 6. При этом между ними возникает барьерный электрический разряд, в результате чего кислород преобразуется в озон, поступающий в камеру сгорания. Топливо ионизируется путем подачи высокого выпрямленного напряжения от источника питания 3 на кольцо 1. Образуемые при этом капли топлива на выходе из распылителя форсунки 2 приобретают электрический заряд, одноименный с полярностью корпуса форсунки 2 за счет электростатической индукции. При этом все капли впрыскиваемого топлива имеют один и тот же размер. Заряженные частицы топлива, попадая в камеру сгорания равномерно распределяются по ее объему за счет электростатических сил отталкивания, что позволяет получить гомогенную смесь топлива с окислителем и обеспечить высокую степень полноты сгорания заряда.

Эффект снижения токсичности отработавших газов в зависимости от вариантов выполнения газоразделителей с разной производительностью и степенью обогащения кислородом следующий: снижение содержания в газах сажи на 25-38%, окиси углерода на 48-57%, окиси азота на 39-52%, альдегидов на 38-46%, жирных кислот на 45-52%, бенз()пирена на 38-45%.

Источники информации 1. SU 1699071 С1, МКИ В 01 J 7/00, опубл. 1991.

2. SU 1710810 A1, МКИ F 02 M 27/04, опубл. 1992.

Формула изобретения

1. Способ снижения токсичности отработанных газов двигателя путем озонирования кислорода воздуха и электризации (ионизации) топлива с возможностью создания униполярных электрических потенциалов стенок камеры сгорания, капель ионизированного топлива, а также озонид-ионов, отличающийся тем, что производят процесс газоразделения воздуха с последующим озонированием обогащенного кислородом воздуха.

2. Устройство для озонирования воздуха и электризации (ионизации) топлива, содержащее воздушный фильтр, устройство для электризации топлива и озонатор, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено газоразделительным устройством с возможностью газоразделения по газам азот/кислород, а озонатор расположен после газоразделительного устройства и выполнен в виде коаксиально расположенных цилиндров, причем на внутренней поверхности наружного заземленного цилиндра выполнены разрядные выступы, а внутренний цилиндр покрыт высоковольтной изоляцией и соединен с одним из зажимов высоковольтного высокочастотного источника питания.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что устройство для электризации топлива выполнено в виде электретов, установленных на выходе канала распыления форсунки, причем на стороне распыления электреты имеют отрицательный потенциал, а на тыльной - положительный и снабжены металлическим экраном.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что устройство для электризации топлива выполнено в виде кольца, снабженного высоковольтной высокотемпературной изоляцией и установленного на выходе канала распылителя топлива форсунки, карбюратора, инжектора, при этом кольцо подключено к зажиму постоянного высоковольтного источника питания, а полярность зажима противоположна полярности металлического корпуса камеры сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6