Система автоматичного регулювання живлення двигуна внутрішнього згорання комбінованим пальним

Система автоматичного регулювання живлення двигуна внутрішнього згорання комбінованим пальним в складі нафтового палива і суміші кисню та водню, що містить генератор вказаної суміші, працюючий на воді від акумулятора, повітрозабірний патрубок, спряжений з виходом генератора і сполучений з впускним колектором двигуна через дросельну заслінку, споряджену датчиком ступеня 3 - необхідність використання джерела високої напруги, що небезпечно при експлуатації ДВЗ; - нестійка форма озону; - складна конструкція барботажної камери; - великі витрати палива; - наявність у вихлопних газах залишку токсичних речовин. Найбільш близькою до заявляемої є система живлення палива газовою сумішшю кисню та водню для ДВЗ [патент на корисну модель України №38253, МПК F02M25/08, бюл. №24, 2008р. – прототип], яка містить генератор газової суміші кисню та водню, працюючий від акумулятора, фільтр очистки повітря, паливний бак, сполучений з контактною камерою, з'єднаною з впускним колектором ДВЗ. Генератор має два виходи. Один підведено до повітрязабірного патрубка, з'єднаного з фільтром очистки повітря і з контактною камерою газової суміші з паливом. Другим виходом генератор підключений безпосередньо до впускного колектора. Відома система дозволяє знизити витрати нафтового палива і кількість шкідливих викидів в атмосферу завдяки більш інтенсивному і більш повному згоранню комбінованого палива, ніж це досягається в аналогу. Але в відомій системі є недоліки. Основний її недолік полягає в тому, що генератор кисню та водню постійно працює в одному і тому ж режимі по продуктивності вироблення газової суміші, так як він підключений до акумулятора безпосередньо. Кількість газу, що виробляється в відомій системі, не залежить від динаміки руху автомобіля і, отже, від динаміки споживання ним пального. Так, при низьких рівнях розходу палива (на малих і середніх навантаженнях на двигун) буде мати місце перенасичення генерації і вмісту кисневоводневої суміші в нафтовому паливі, що призведе до відхилення від оптимального складу комбінованого пального і, отже, до зменшення тепловіддачі згорання палива і до марного розходування енергії акумулятора на виробництво зайвого або невикористаного надлишку газу Брауна. При високих рівнях розходу нафтового палива (при розгоні автомобіля і великих навантаженнях на двигун) встановленого постійного рівня генерації газу Брауна стає недостатньо для забезпечення оптимального балансу компонентів паливногазової суміші. Пальне згорає не все, при меншій температурі, енерговіддача його зменшується, що не дає можливості різко збільшити потужність двигуна. До того ж через неповне згорання палива різко збільшується кількість токсичних викидів і невикористаного пального в атмосферу. Якщо ж встановити рівень генерації газу Брауна виходячи із максимальної його потреби, то це приведе до постійного завищеного відбору енергії від акумулятора при експлуатації автомобіля, що нівелює переваги від використання газу Брауна. Крім того, при безперервній роботі електролізера відбувається перегрів і випаровування води, що призводить до збільшення концентрації лугового розчину, присутньому у воді, а це, в свою чергу, приводить до збільшення її електропровідності і, отже, до додаткового зростання струму електролізу, відбираємого від акумулятора, тобто, до зниження ККД 47134 4 двигуна. В прототипі цей процес не контрольований. Таким чином, в відомій системі живлення ДВЗ не досягнуто суттєвих переваг від використання газу Брауна. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача створити таку автоматично керовану систему живлення ДВЗ комбінованим пальним в складі нафтового палива і суміші кисню та водню, яка б дозволила одержати максимальну енерговіддачу палива на всіх рівнях його споживання двигуном, збільшити коефіцієнт корисної дії двигуна, і при цьому зекономити нафтове пальне та зменшити рівень шкідливих викидів в атмосферу. Поставлена задача вирішується тим, що в систему живлення двигуна внутрішнього згорання комбінованим пальним в складі нафтового палива і суміші кисню та водню, яка містить генератор вказаної суміші, працюючий на воді від акумулятора, повітрязабірний патрубок, спряжений з виходом генератора і сполучений з впускним колектором двигуна через дросельну заслінку, споряджену датчиком ступеня її відкритості, паливний бак, також сполучений з впускним колектором, датчик масового розходу повітря, датчик вмісту кисню у відпрацьованих газах та електронний блок управління тривалістю вприску нафтового палива, згідно корисної моделі, додатково введено електронне реле струму, широтно-імпульсний модулятор струму, датчик температури води генератора суміші кисню і водню та паливний контролер, який підключено до вищевказаних датчиків, при цьому електронне реле встановлено між акумулятором і клемами живлення генератора суміші кисню і водню та підключено до виходу широтноімпульсного модулятора струму, своїм входом зв’язаного з першим виходом паливного контролера, другий вихід якого під'єднано до електронного блоку управління тривалістю вприску нафтового палива з паливного бака у впускний колектор двигуна внутрішнього згорання. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється кресленням, на якому зображено структурну блок-схему запропонованої системи живлення двигуна внутрішнього згорання. Система складається з генератора суміші кисню і водню 1, спорядженого датчиком 2 температури води, акумулятора 3, повітрязабірного патрубка 4, датчик масового розходу повітря 5, дросельної заслінки 6 з датчиком ступеня її відкритості 7, паливного бака 8, сполученого з впускним колектором 9 ДВЗ, датчика 10 вмісту кисню у відпрацьованих газах, паливного контролера 11, електронного реле 12 струму акумулятора, широтно-імпульсного модулятора струму 13 та електронного блоку 14 управління тривалістю вприску палива у впускний колектор ДВЗ. Електронне реле 12 включене в розрив ланцюгів живлення генератора 1 від акумулятора 2. Широтно-імпульсний модулятор струму 13 виконує функцію управління частотою і тривалістю імпульсів включення реле 12. Датчики 2, 5, 7 і 10 підключені до паливного контролера 11. Одним виходом паливний контролер 11 підключено до широтно-імпульсного модулятора струму 13, а другим - до електронного бло 5 ку 14 управління тривалістю вприску палива у впускний колектор ДВЗ. Використання імпульсного принципу живлення електролізера, що складає основу генератора суміші кисню і водню, дає змогу значно скоротити відбір енергії від акумулятора 2, бо, на відміну від прототипу, за допомогою додатково введених електронного реле 12 і широтноімпульсного модулятора струму 13 електричної енергії від акумулятора відбирається рівно стільки, скільки потрібно для генерації необхідної кількості киснововодневої суміші в кожний даний момент роботи ДВЗ. Так, при великих навантаженнях на двигун і при великих обертах його колінвала тривалість імпульсів включення реле 12 і їх частота пропорційно збільшуються, що забезпечує більш потужне виробництво кисню і водню. Команду на керування параметрами імпульсів живлення генератора 1 дає паливний контролер 11, який обробляє текучі дані датчиків 2, 5, 7 і 10 заявляємої системи живлення і на основі їх формує відповідний сигнал управління роботою широтно-імпульсного модулятора струму 13. При цьому кількість виробляємого газу Брауна завдяки датчику 5 і контролеру 11 завжди прив’язана до реального розходу повітря, чим підтримується необхідне їх співвідношення. Паралельно з цим паливний контролер 11 на основі даних всіх чотирьох вищезгаданих датчиків виробляє динамічно (в залежності від розходу повітря і газу Брауна в кожен даний момент роботи ДВЗ) сигнал управління подачею в двигун нафтового палива в такій кількості, яка потрібна для підтримання оптимального для даного моменту співвідношення всіх компонентів паливної суміші, при якому забезпечується максимум її енерговіддачі і мінімум шкідливих викидів в атмосферу. Алгоритм обробки сигналів датчиків і видачі відповідних сигналів управління комбінованим пальним для всіх можливих режимів роботи двигуна «зашито» в пам’ять процесора паливного контролера в вигляді карти оптимальних режимів, яка є оригінальною, бо спеціально створена для запропонованої системи живлення. Карти режимів штатних блоків управління автомобілями не підходять для використання їх в запропонованій системі, в якій обробка здійснюється по більшому числу параметрів і виробляється більша кількість управляючих сигналів. Паливний контролер зрівнює реальні вихідні параметри ДВЗ, що відображається датчиками, з розрахунковими («зашитими» в карту оптимальних режимів), обраховує різницевий сигнал і коректує ним подачу нафтового палива. Сигнал управління вприском нафтового палива, вироблений паливним контролером 11, подається в штатний блок управління 14 автомобіля, який здійснює дозовану подачу палива в кількостях, необхідних для одержання оптимальної пали 47134 6 вної суміші. Точність дотримання оптимального балансу між нафтовим паливом і газом Брауна повинна бути великою, бо в останньому кисню в декілька разів більше ніж в повітрі. Цим обумовлено введення в заявляєму систему датчика температури води генератора, від якої залежить кількість виробляємого газу. Заявляема система живлення, будучи спряжена з двигуном внутрішнього згорання автомобіля, працює слідуючим чином. При вмиканні ключа запалювання у впускний колектор двигуна через повітря забірний патрубок 4 всмоктується атмосферне повітря разом з сумішшю кисню і водню в кількості, передбаченій картою режимів паливного контролера 11. Одночасно в колектор двигуна потрапляє нафтове паливо також у відповідній (карті режимів) кількості. На холостих обертах паливна суміш готується дещо збагаченою для стійкої роботи двигуна. При малих і середніх навантаженнях на двигун, що сприймається паливним контролером 11 на основі даних датчиків 5 і 7, здійснюється більш глибоке заміщення основного нафтового палива генерованим газом Брауна. При цьому досягається найбільша економія палива, бо потужність двигуна не зменшується завдяки більшій температурі і повноті згорання палива, що залишається в результаті заміщення. При цьому також спостерігається мінімум токсичності викидів в атмосферу. Фізична суть отримуємого ефекту економії полягає в тому, що затрати енергії на розщеплення необхідної (для заміщення нафтового палива) кількості води значно менші, ніж та кількість енергії, яку несе в собі зекономлена (в результаті заміщення) частка палива. Зекономлене паливо залишається в паливному баку автомобіля і може бути використане для його додаткового пробігу в складі комбінованого пального. Використання трьохкомпонентної паливної суміші і заявляємої самокерованої паливної системи живлення ДВЗ дає можливість підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна, який, як відомо, тим більший, чим вище температура згорання робочого палива. Це додатково дає економію нафтового палива. Проведені попередні випробування заявляємої системи живлення на автомобілях показали, що економія бензину може складати від 20 до 30% в залежності від режиму руху. Для дизельних ДВЗ економія пального досягає 50%, при цьому значно зменшується склад шкідливих речовин в вихлопних газах автомобіля і ступінь їх задимлення. Використання запропонованої системи в світовому масштабі дозволить одержати величезну економію нафтового пального і суттєво покращити екологічну обстановку в містах, особливо, в великих. 7 Комп’ютерна верстка М. Мацело 47134 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601