Патент на изобретение №2296238

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к предварительной подготовке топлива в двигателях внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности и повысить эффективность устройства. Устройство для обработки топлива содержит проточную камеру, соединенную с входным и выходным топливопроводами, на наружной поверхности проточной камеры размещена обмотка, а внутри проточной камеры неплотно расположены металлические шарики. Входной и выходной топливопроводы, металлические шарики и проточная камера выполнены из материалов с одинаковой поляризационной ориентацией и с большей диеэлектрической проницаемостью, чем у топлива. Участки топливопроводов, размещенные внутри проточной камеры, снабжены продольными прорезями. Внутренняя поверхность выходного топливопровода имеет изоляционное покрытие. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технике для предварительной подготовки топлива, и может быть использовано для улучшения экологической безопасности и снижения расхода топлива при эксплуатации двигателей.

Известна система подачи топлива в камеру сгорания (см. патент РФ №2101545, кл. F 02 М 27/04, публ. 10.01.98 г.). На топливный насос устанавливаются съемные кассеты с материалом, диэлектрическая проницаемость которого выше, чем у топлива, благодаря чему происходит трибоэлектризация частиц топлива, т.е. оно получает электрический заряд по всему объему.

Недостатком такого устройства является низкая электризация жидкости из-за относительно малой скорости топлива, что снижает эффективность устройства и его функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для магнитной обработки жидкости (см. патент РФ №1388573, кл. F 02 М 27/04, публ. 15.04.88 г.), содержащее проточную камеру, соединенную с входным и выходным топливопроводами, на наружной поверхности проточной камеры размещена обмотка, а внутри проточной камеры неплотно расположены металлические шарики. Вследствие питания обмотки током возникает электромагнитное поле, воздействующее на топливо, сгорание которого в двигателе происходит с большей эффективностью.

Недостатком такого устройства является незначительное воздействие внешнего электрического поля на весь объем движущегося топлива, в частности, из-за чрезмерного нагрева топлива вследствие потерь на гистерезиз и вихревые токи, что ведет к малой электризации топлива, а это снижает эффективность устройства и его функциональные возможности.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения функциональных возможностей и повышения эффективности устройства.

Технический результат заключается в обеспечении электризации движущегося топлива по всему объему и при малых скоростях.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки топлива, содержащем проточную канавку, соединенную с входным и выходным топливопроводами, на наружной поверхности проточной камеры размещена обмотка, а внутри проточной камеры неплотно расположены металлические шарики, входной и выходной топливопроводы, металлические шарики и проточная камера выполнены из материалов с одинаковой поляризационной ориентацией и с большей диэлектрической проницаемостью, чем у топлива, при этом участки топливопроводов, размещенные внутри проточной камеры, снабжены продольными прорезями, а внутренняя поверхность выходного топливопровода имеет изоляционное покрытие.

Показатели эффективности и токсичность отработавших газов у карбюраторных двигателей во многом зависят от качества процесса смесеобразования, который в значительной мере определяется тонкостью и однородностью распыления топлива, что достигается при помощи аэродинамического воздействия воздушного потока на вытекающую струю топлива. При этом средний радиус r_k образующихся капель (при дроблении струи топлива) оценивается выражением:

r_k=Kg/W_B,

где: К – постоянная распылителя;

g – ускорение свободного падения;

– коэффициент поверхностного натяжения;

W_B – скорость воздуха в диффузоре.

Из данной формулы следует, что тонкость распыления зависит от величины поверхностного натяжения топлива и скорости воздушного потока в диффузоре. Однако увеличение скорости воздуха в диффузоре карбюратора имеет вполне определенный предел. Увеличение скорости воздуха свыше 100 м/с уже практически не улучшает тонкости распыления топлива, что указывает на ограниченность данного способа совершенствования процесса смесеобразования. Поэтому одним из наиболее эффективных способов улучшения тонкости распыления топлива является электромагнитная обработка топлива.

Внешние источники высокого напряжения (катушки зажигания, высоковольтные преобразователи и умножители напряжения) в условиях эксплуатации мобильных машин большого эффекта не дают. Дело в том, что с помощью таких источников можно воздействовать на топливо лишь на небольшом участке системы (например, внутри проточной камеры). Кроме того, напряженность создаваемого ими электрополя значительно уступает естественной электростатической, получаемой при трибоэлектризации. При низкой напряженности поля топливо наэлетризовывается слабо и при движении к форсунке или к распылителю карбюратора разряжается вследствие утечки заряда (релаксации).

Однако топливам, также как и другим неполярным жидким диэлектрикам, свойственна трибоэлектризация при их движении. Образование электростатических зарядов при истечении углеводородных топлив объясняется теорией, разработанной Козманом и Гэвисом и в дальнейшем получившей развитие в трудах Бобровского С.А., Салимова А.У., Татарнова В.В. и др.

Эта теория основана на уравнениях переноса зарядов в топливе путем диффузии, проводимости и конвенции. По мнению упомянутых ученых, электростатические заряды образуются в результате преимущественной адсорбции ионов одного знака на стенках труб, а утечка их происходит в результате омической проводимости топлива.

При трибоэлектрической обработке топлива на его капли, кроме молекулярных сил, определяющих их прочность, воздействуют прямо пропорциональные приобретенному заряду (потенциалу) и направленные в противоположную сторону силы, снижающие коэффициент поверхностного натяжения капли (фиг.1), что приводит к более мелкому распылению топлива и его эффективному сгоранию.

Для практического осуществления вышесказанного (в отличие от прототипа) предлагается новое конструктивное решение – совмещение внешнего элетромагнитного поля и трибоэлектризации. Для этого входной и выходной топливопроводы, металлические шарики и проточная камера выполняются из материалов одинаковой поляризационной ориентации и с большей диэлектрической проницаемостью, чем у топлива. Тогда при движении по трубопроводу топливо электризуется, т.е. приобретает заряд и, попадая в проточную камеру, заполненную шариками, увеличивает его под воздействием электромагнитного поля, полученного от питания обмотки, например, переменным током от провода возбуждения генератора.

При увеличении поверхности разделения фаз: “стенка трубопровода – жидкость” адсорбируется большое количество ионов определенного знака, участвующих в электролитическом механизме образования электростатического заряда. Поэтому на краях входного и выходного топливопроводов выполнены продольные прорези, способствующие уменьшению гидравлических сопротивлений, что благоприятствует протеканию топлива с большей скоростью и, соответственно, его лучшей трибоэлектризации.

С целью сохранения приобретенного заряда вплоть до камеры сгорания на внутреннюю поверхность выходного топливопровода нанесено изоляционное покрытие.

Таким образом, сравнение заявляемого изобретения с прототипом позволило установить его соответствие критерию “новизна”.

При анализе уровня техники в данной области было также выявлено, что заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает предлагаемому изобретению соответствие критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен график влияния трибоэлектризации топлива на величину поверхностного натяжения его капель; на фиг.2 изображена функциональная схема устройства для обработки топлива для двигателя внутреннего сгорания.

Устройство содержит проточную камеру 1, на наружной поверхности которой размещена обмотка 2, соединенная с источником питания 3. Внутри проточной камеры 1 неплотно размещены металлические шарики 4. Проточная камера 1 соединена с входным 5 и выходным 6 топливопроводами, при этом их соответствующие участки 7 и 8, размещенные внутри проточной камеры, имеют продольные прорези, а внутренняя поверхность выходного топливопровода 6 имеет изоляционное покрытие. Входной 5 и выходной 6 топливопроводы, металлические шарики 4 и проточная камера 1 выполнены из материалов с одинаковой поляризационной ориентацией и с большей диэлектрической проницаемостью, чем у топлива.

Устройство работает следующим образом.

Топливо от насоса поступает по трубопроводу 5 в проточную камеру 1, приобретая заряд в результате трибоэлектризации и сохраняя его в камере 1 по причине одинаковости поляризационной ориентации материалов трубопроводов 5 и 6, шариков 4 и самой камеры 1.

Вследствие питания обмотки 2 током от источника 3 (например, током переменного напряжения от провода возбуждения генератора), в камере 1 наводится электромагнитное поле, силовые линии которого пересекают уже заряженное топливо, распределенное на поверхностях шариков 4 в виде тонкой пленки. Вследствие этого напряженность совместного электрополя (в сравнении с прототипом) возрастает, что создает высокую электризацию топлива, ведет к высокой степени стабилизации заряда и достаточному его выравниванию во всем объеме топлива независимо от его скорости.

Продольные прорези на участках 7 и 8 топливопроводов способствуют увеличению суммарной площади контакта вытекающего из толливопровода 5 и входящего в топливопровод 6 топлива, т.е. поверхность разделения фаз: “стенка трубопровода – жидкость” становится больше и, соответственно, большее количество ионов участвует в электролитическом механизме увеличения электростатического заряда.

Кроме того, продольные прорези на участках 7 и 8 топливопроводов способствуют уменьшению гидравлических сопротивлений, что благоприятствует протеканию топлива с большей скоростью и, соответственно, его лучшей трибоэлектризации.

Сохранению приобретенного заряда вплоть до камеры сгорания способствует изоляционное покрытие на внутренней поверхности выходного топливопровода 6.

Перечисленные отличительные от прототипа признаки обеспечивают предложенному техническому решению следующие преимущества:

– снижают поверхностное натяжение топлива;

– способствуют созданию тонкодисперсной топливовоздушной смеси и раскрытию факела в камере сгорания двигателя;

– за счет наиболее полного сгорания такой топливовоздушной смеси снижают концентрацию СО, СН и дымность в отработавших газах двигателя, а также уменьшают расход топлива.

Все это, в целом, повышает эффективность использования предложенного изобретения и расширяет его функциональные возможности применения на энергетических установках различных типов, преимущественно в двигателях внутреннего сгорания.

Формула изобретения

Устройство для обработки топлива, содержащее проточную камеру, соединенную с входным и выходным топливопроводами, на наружной поверхности проточной камеры размещена обмотка, а внутри проточной камеры неплотно расположены металлические шарики, отличающееся тем, что входной и выходной топливопроводы, металлические шарики и проточная камера выполнены из материалов с одинаковой поляризационной ориентацией и с большей диеэлектрической проницаемостью, чем у топлива, при этом участки топливопроводов, размещенные внутри проточной камеры, снабжены продольными прорезями, а внутренняя поверхность выходного топливопровода имеет изоляционное покрытие.

РИСУНКИ