Экономия топлива и снижение токсичности
бензиновых моторов автотранспорта
Дудышев В.Д.
Российская Экологическая Академия
чл.корр. РЭА, д.т.н.
В России разработан, запатентован и апробирован простой и эффективный метод экономии топлива ДВС автомобилей(на 10-15%.) Одновременно он позволяет при реализации простыми устройствами вихревого смесеобразования снизить токсичность выхлопных газов автотранспорта в десятки раз. В Самаре уже освоено мелкосерийное производство этих простых дешевых и эффективных устройств экономии топлива и снижения токсичности выхлопных газов для бензиновых моторов. И первая партия этих нужных устройств экономии топлива «Экотоп» уже поступила в розничную продажу .
Автотранспорт- главный виновник токсичного загрязнения атмосферы в городах, поскольку именно автомобильные перевозки грузов и пассажиров в городах – самые массовые и востребованные. Однако современный бензиновый мотор автомобилей не только крайне несовершенен с позиции экологии, но и примитивен по энергетическим показателям . Он обладает к.п.д. всего порядка 20%, А поскольку топливо нынче недешево, и постоянно дорожает, то эта топливная неэффективность моторов становится настоящим разорением не только для автовладельцев, но и для всех нас. Ведь затраты на дорогостоящие автоперевозки грузов и пассажиров –это наши каждодневные расходы..
Несмотря на значительное количество патентов, разработок в области экономии топлива и снижения токсичности выхлопных газов, современный автомобиль по-прежнему далек от энергетического и экологического совершенства. А экология нашего автотранспорта настолько плоха, что уже создала острейшую экологическую ситуацию загрязнения атмосферы буквально всех городов России. Но по ряду причин заводы – изготовители автомоторов не спешат их усовершенствовать. И автотранспорт по –прежнему буквально разоряет всех нас из-за своего крайнего несовершенства И по-прежнему за эту топливную «прожорливость» автомобилей приходится расплачиваться нам, рядовым горожанам. До каких же пор ? И есть ли простое решение проблемы ….
В ЧЕМ ПРИЧИНА НЕСОВЕРШЕНСТВА МОТОРОВ АВТОТРАНСПОРТА
. Известны различные способы и устройства экономии топлива бензиновых ДВС. К их числу относятся способы и устройства активизации топлива и окислителя, турбо наддув, электронные системы дозировки и электромагнитные топливные форсунки, инжекторы, мощные системы электрозажигания, различные гомогенизаторы для улучшения смесеобразования и прочие. Однако подавляющее большинство этих новшеств и разработок не позволяют существенно увеличить топливную экономичность бензинового мотора .
К тому же из-за сложности технических решений многие из этих аналогов дороги в реализации и поэтому так и не дошли до массового производства
Поэтому с учетом актуальности этой проблемы и российских трудностей финансирования науки и реализации новых разработок, нужно именно простое «дубовое» чисто русское решение этой проблемы И мы его нашли !
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ И СТАНОВЛЕНИЯ «ЭКОТОПА»
Вихревое устройство экономия топлива автомобильного карбюраторного мотора(сокращенно «ЭКОТОП») впервые было предложено и запатентовано мною еще в 1998 г. Оно состоит из корпуса, вихревых форсунок, вставленных в корпус, воздушного фильтра и регулятора подачи воздуха. Позднее в 1999 г в Самаре мною в содружестве с творческим коллективом были изготовлены первые варианты действующих устройств такого типа - вихревого устройства смешивания ТВС.. И в то же время были проведены его испытания на карбюраторном бензиновом моторе автомашины ВАЗ 2106. Наши экспериментальные исследования одного из первых вариантов вихревого устройства улучшения смесеобразования, проведенные на испытательных стендах в Самаре, и при реальной езде автомобиля по городу сразу показали существенную экономию топлива бензинового ДВС. Эта экономия топлива наиболее существенна на режимах мотора, близких к холостому ходу, и составляет порядка 40-50%. Опыты показали также, что устройство также обеспечивает одновременно экономию топлива и снижение токсичности выхлопных газов ДВС. Причем, во всех динамических режимах ДВС. Ведь вихрь топливно-воздушной смеси ТВС во впускном тракте ДВС от «Экотопа» образуется не только на х.х., но и при открывании обеих заслонок карбюратора.. Особенно поразителен полезный экологический эффект многократного снижения токсичной окиси углерода в выхлопных газах мотора(в 5-10 раз.) в зависимости от режима работы мотора. Сертификационные испытания таких устройств «Эконом» в г. Самаре и «Экотоп» в головном научно- исследовательском автомеханическом институте (НАМИ, г. Москва) в целом также подтвердили его топливную и экологическую эффективность на всех режимах работы автомобильного мотора. Испытания данных вихревых смесителей ТВС проводились на бензиновых моторах автомобилей ВАЗ в режимах холостого хода и городского цикла на современных испытательных стендах. На устройство «Экотоп» Госстандартом России выдан фирме -разработчику ЗАО»Нитрон» сертификат соответствия №РОСС RU.МТ14.В09304, разработаны и утверждены технические условия ТУ 4591-001-56647860-2002
В ЧЕМ ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ РАБОТЫ ЭКОТОПА
В основе данной уже запатентованной простой аэродинамической конструкции разработки лежит вихреобразование во впускном коллекторе ДВС Причем наше ранее запатентованное изобретение вихревого наклонного смешивания и одновременно регулируемого обеднения топливо- воздушной смеси (ТВС.) Эффект предельно тонкого дробления и гомогенизации топлива достижим только при определенных параметрах и направлении вихря и при определенной дозе дополнительного атмосферного воздуха, подаваемого во впускной тракт мотора из атмосферы. Именно в этом случае ТВС наилучшим образом гомогенизировано и сгорает в камерах сгорания ДВС наиболее полно. Устройство «Экотоп « эффективно улучшает работу мотора практически во всех его режимах , особенно сильно именно в динамических режимах.
ОПИСАНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ КОНСТРУКЦИИ ЭКОТОПА .
Конструктивно устройство «Экотоп» достаточно просто и представляет собой относительно тонкую вихревую механическую проставку с оригинальным аэродинамическим профилем, которые не только не увеличивает аэродинамическое сопротивление впускного тракта, а напротив, снижает его за счет возникающего вихря. которая устанавливается под штатный серийный карбюратор автомобиля.
Эта проставка по сути является эффективным аэродинамическим завихрителем топливовоздушной смеси(ТВС)и состоит всего из трех основных деталей – корпуса и двух колец –воздушных форсунок, вставленных в ее корпус Проставка имеет в корпусе специальные калиброванные наклонные отверстия для связи с атмосферой и впускным трактом мотора для создания оптимального атмосферного вихря в моторе. Конструкция фильтра в дальнейшем была еще более упрощена., что снизило себестоимость изделия до 100 р. И еще ниже при использовании стандартных элементов данной несложной конструкции .
ДРОБЛЕНИЕ И СМЕШИВАНИЕ ТОЛПИВА
В этом режиме благодаря «Экотопу» происходит максимальное дробление частиц топлива, полный срыв топливной пленки с внутренних стенок впускного тракта и много иных интересных и полезных эффектов в цикле подготовки и сжигания ТВС в моторе. Как известно экологические и многие иные параметры всех бензиновых моторов наиболее плохи именно на х.х. Наше изобретение обеспечивает в этом проблемном ранее экологическом режиме одновременнои существенное снижение токсичности выхлопных газов (ВГ) ДВС. Эксперименты показали эффективность смесеобразования и более глубокого сгорания ТВС. В протоколах испытаний «Экотопа» на серийных ДВС зафиксировано в частности увеличение оборотов холостого хода (х.х.)мотора с 900 об/мин до 1400-1600 об/мин. Этот эффект экспериментально подтверждает эффективное улучшение качества топливной смеси сгорания гомогенизированной обедненной ТВС.
НАСТРОЙКА КАРБЮРАТОРА НА ЭКОНОМИЮ ТОПЛИВА
ПРИ РАБОТЕ ДВС С ЭКОТОПОМ
Эффективность топливной экономии конкретного мотора автотранспорта во многом зависит от правильной разовой настройки карбюратора ДВС после установки в мотор нашего устройства »Экотоп». Ведь виревое вращение топливной смеси передается и в сам мотор , И поэтому «Экотоп» повышает эффективность горения ТВС в камерах сгорания. И поэтому и обороты. мотора х.х исходно достаточно сильно возрастают(на 300-400об/мин).. После повторной регулировки карбюратора с »Экотопом» - вновь до базовой скорости 900 об/мин достигаем эффекта экономии топлива -снижения расхода топлива винтом качества х.х. карбюратора. Расход топлива ДВС ВАЗ 2106 на х.х. снижается вдвое. Одновременно с улучшением полноты сгорания такой обработанной ТВС резко снижается токсичность ВГ ДВС. Так окись углерода при установке в мотор вихревого устройства »Экотоп» снизилась в ВГ в 10-15 раз, а все прочие , например, углеводороды снижены на 30-40%.. Причем эксперименты показали снижение расхода топлива и токсичных компонент в составе ВГ ДВС не только на х.х., но и в прочих режимах работы ДВС.
МОДЕРНИЗАЦИЯ ВИХРЕВЫХ ГОМОГЕНИЗАТОРОВ ТИПА ЭКОТОП
В процессе разработки устройства «Экотоп».была проделана большая проектно-изыскательская и экспериментальная работа. В частности, резко упрощена исходная конструкция завихрителя ТВС, причем одним из его простейших вариантов запатентована также вообще однокорпусная конструкция, рассчитаны оптимальные диаметры и наклоны отверстий завихрителя в самом корпусе и в кольцах-форсунках, подобран материал элементов конструкции по термическим и механическим характеристикам/2/. (рис.4)
ЭКСПЕРИМЕНТЫ И РАСЧЕТЫ
Эксперименты и расчеты показали зависимость устойчивости работы мотора на холостом ходу и в режимах малого газа вместе с данным завихрителем, от скорости вихря и от угла наклона вихревого потока к нормали карбюратора .. Были рассчитаны элементы завихрителя, обеспечивающие оптимальные скорость вихря, степень обеднения потока ТВС и наклон входа вихря во впускной тракт ДВС. В процессе экспериментов и доводки устройства «Экотоп» выяснилась также существенная роль первичной настройки карбюратора и степени обогащения топливной смеси, производимой карбюратором... Как известно, наиболее распространен режим настройки карбюраторов, особенно изношенных моторов ,на некоторое переобогащение ТВС. Необходимость такой настройки изношенного карбюратора обусловлена потребностью устойчивого стартерного запуска мотора, особенно в зимнее время. Именно при такой сомой распространенной настройке карбюраторов, эффект экономии топлива от использования вихревого устройства «Экотоп» максимален и достигает в московском городском цикле (время холостого хода до 30%) порядка 15-20%..
В случае оптимальной исходной настройки неизношенного карбюратора эффект экономии топлива при установки «Экотопа» на мотор несколько ниже, но по- прежнему остается эффект экологической очистки ВГ ДВС.
ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Рассмотрим более подробно работу разработанного устройства вихревого смесеобразования «ЭКОТОП» Устройство работает на бензиновых карбюраторных ДВС следующим образом. При запуске двигателя ДВС во впускном коллекторе создается разряжение воздуха , под действием которого из толпивной форсунки вытекает топливо и дробится в основном воздушной потоке. Однако в связи с практически полностью закрытой дроссельной заслонкой карбюратора .в этом режиме работы мотора, топливная смесь обычно переобогащенная, и плохо перемешана с воздухом. Так что именно плохое качество ТВС в этом режиме работы мотора и приводит к перерасходу топлива и к повышению токсичности ВГ ДВС. При установке на мотор устройства «»Экотоп» под его карбюратор работа системы подготовки ТВС мотора несколько изменяется. А именно, в режиме холостого хода мотора, в его впускной тракт через тангенциальные отверстия нашей проставки ниже дроссельной заслонки поступает дополнительный воздушный поток из атмосферы ,дозированный и закрученный в аэродинамическом профиле этого устройства. В результате этот вихрь закручивает основной поток ТВС и тонко дробит капли топлива. Кроме того, благодаря оптимальному наклону входа данного вихря во впускной тракт, он срывает топливную пленку с внутренних стенок впускного тракта мотора и гомогенизирует ее, создавая эффект дополнительной экономии и улучшения качества ТВС. Причем, как показали экспериментальные исследования, частично этот создаваемый вихрь ТВС передается и в сами камеры сгорания, улучшая ее качество горения , а следовательно и экологию мотора. Конечно, наибольший эффект улучшения качества ТВС данное устройство дает именно в режимах холостого хода и и в динамических режимах(при открывании- закрывании дроссельных заслонок . Но с учетом того, что динамические режимы работы моторов и режим холостого хода автомобилей в городах (светофоры, перегруженные городские трассы, и низкие скорости движения автотранспорта автомобильные пробки и т.д.) занимает по времени 30-40% всего общего времени езды автомобилей, суммарный эффект экономии топлива от «Экотопа» достаточно велик и в среднем достигает 15-20%. Устройство практически не требует ухода и диагностики, долговечно. Отметим еще раз, что при установке устройства «Экотоп» на карбюраторный ДВС необходима первичная дополнительная регулировка карбюратора на экономичный режим работы в связи с эффектом увеличения оборотов в связи с обеднением ТВС и при активизации ТВС нашим с вихревым способом
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТВС И ВВЕДЕНИЕ ВОДЫ ВО ВПУСКНОЙ ТРАКТ ДВС
Нами проводятся также и дальнейшие технические модернизации предлагаемого метода и устройств вихревой гомогенизации ТВС .с целью увеличения топливной экономичности ДВС.
В частности, предлагается способ электризации ТВС и водного балластирования топливной смеси дистиллированным водяным паром .
а)электризация ТВС
. Это становится технически возможным при изготовлении вихревого смесителя из термостойкой пластмассы, из трибоэлектрических материалов, например, из фторопласта или эбонита. Суть этого эффекта электрического дробления топлива состоит в использовании для такого электрического дробления мощных Кулоновских электростатических сил отталкивания одноименно электрически заряженных капель топлива друг от друга с последующим их тонким дроблением во впускном тракте мотора
Эксперименты показали возможность достижения еще более существенного эффекта гомогенизации ТВС в случае электростатического дробления капель топлива и электризации ТВС. Как результат снижение расхода топлива и токсичности ВГ ДВС на 5-10%
б) получение и закачка водяного пара в камеры сгорания ДВС
Действительно, современный тепловой мотор ДВС имеет крайне низкий ккк.п.д. и как следствие, огромные тепловые потери(до 30 квт) Так почему бы не использовать их для получения водяного пара и введения его под давлением во впускной тракт мотора. И мы это сделали. Эффект экономичности такого паротопливного ДВС достаточно очевиден.
Ведь при таком использовании бросовой тепловой энергии ДВС получается простой вариант парового турбонаддува в мотор, позволяющий уже экономить до 30-40% толпива при сохранении прежней мощности ДВС.
О ФИЗИЧЕСКОЙ СУЩНОСТИ ДАННЫХ НОВШЕСТВ
. Дополнительный эффект экономии топлива автомобиля достижим при введении в ТВС наряду с завихрителем ТВС еще и дозированного количества чистого пара или количества дистиллированной воды во впускной тракт.. Идея балластирования бензина водою не нова, Однако в нашем случае вихревой обработки ТВС такой комбинированный метод (обеднения ТВС наряду с разбавлением топлива водою) обладает рядом новых достоинств. Дело в том, что обеднение ТВС приводит к некоторому повышению температуры горения смеси в макетах сгорания мотора. И при неправильной регулировки устройства «»Экотоп» на слишком обедненную смесь есть потенциальная опасность перегрева мотора при горении обедненной ТВС. И появления в процессе этого горения токсичной окиси азота. А дозированное введение пара или дистиллированной воды во впускной тракт ДВС и активное перемешивание их вихрем с остальной ТВС как раз и позволяет программируемо снизить температуру горения обедненной ТВС в камерах сгорания до оптимального уровня 1000 град Цельсия , и тем самым ограничить или вообще устранить эффект повышения температуры горения и устранить появление окиси азота в выхлопных газах ДВС. Причем воду подают во впускной тракт мотора самотеком от дополнительного бачка омывателя через тонкий полихлорвиниловый шланг и далее через иглу шприца с калиброванным отверстием. Эксперименты показывают, что оптимальное количество воды и (или)пара не должно превышать 1-2 % от текущего расхода бензина. Для устранения эффекта коррозии мотора во впрыскиваемую воду добавляют в минимальном количестве (милиграммы)специальные химические ингибиторы .
Выводы
1 вихревое устройство «Экотоп» на сегодня самое эффективное и простое средство для снижения расхода топлива и токсичности ВГ ДВС всех видов и типов карбюраторных моторов автотранспорта
2 Гарантированная экономия топлива мотора при установке Экотоп в городском режиме 10-15 % в зависимости от степени изношенности мотора и особенностей езды в городско цикле.( времена года, рельеф и численность населенного пункта и т.д.)
3 Срок окупаемости устройства 1-2 месяца
РЕЗЮМЕ
Настоящая разработка вихревого гомогенизатора «Экотоп» апробирована, сертифицирована и уже освоена в серийном производстве Как показали испытания, она эффективна для снижения расхода топлива, и токсичности ВГ ДВС, предельно проста в настройке и эксплуатации, неприхотлива в обслуживании (замена фильтра). Ее себестоимость не превышает 150 рублей. А ее продажная розничная стоимость, с учетом прибыли и всех накладных расходов, равна двойной себестоимости . Устройство применимо на всех моделях автомашин ВАЗ и ГАЗ с карбюраторными ДВС, включая а/м класса Газели и Соболь . Наибольший эффект экономии топлива устройство дает в заднеприводных а/м с карбюратором Озон. По нашей оценке устройство «Эконом» розничной ценой в 350-400 р. окупается за счет экономии топлива на автомашине ВАЗ 06 практически за 1-2 месяца.
По данной разработке«Эконом» имеются патенты, сертификат соответствия, полный пакет технической документации и рекламные материалы. Творческое развитие данного устройства позволяет расширить количество полезных функций устройства, повысить его топливную эффективность и эффект экологической очистки ВГ ДВС. При небольшой технической доработке данное устройство может быть применено и с в инжекторных бензиновых моторах.. Такие экспериментальные исследования в настоящее время проводятся авторами разработки . Для дальнейшего усовершенствования данного полезного устройства и более эффективной продвижения его по России и по СНГ целесообразна кооперация нашей фирмы с заинтересованными фирмами и организациями
=============
Приглашаем к оптовым закупкам устройства, деловому и творческому сотрудничеству по проблеме дальнейшего усовершенствования российского автотранспорта с помощью. данного устройства
Наши контактные координаты Е- майл : ecolog@samaramail.ru
Конт. тел филиала фирмы КБ “НИТРОН” Самаре 8-462 -36-86-67