Способ и устройство подготовки топлива - RU2158844C1

Описание

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее, к устройствам повышения энергетической возможности топлива, и предназначено для использования в двигателях внутреннего сгорания, тепловых агрегатах и подобных устройствах.

Известен способ подготовки топлива путем его обработки постоянным магнитным полем, реализованный в устройстве под названием магнитный прибор "Supermax", разработанном в США и содержащем разборный корпус, в котором установлены постоянные магниты" (см. Автомобильную газету "Клаксон", январь 1997, N 1, с. 11).

Недостатком известного решения является то, что топливо не контактирует непосредственно с постоянными магнитами, а время его нахождения в области максимальной напряженности магнитного поля является непродолжительным. В результате эффективность обработки топлива низкая, а сокращение вредных выбросов и расхода топлива незначительное.

Известно устройство подготовки топлива, содержащее цилиндрическую камеру, на внутренней поверхности которой на специальных выступах установлены вплотную друг за другом два ряда постоянных магнитов трапецеидальной формы, разделенных воздушным зазором, причем намагниченность в поперечном сечении соприкасающихся магнитов в каждом ряду и противолежащих магнитов противоположна (см. патент РФ N 2052652, МПК F 02 M 27/04). В данном устройстве реализован способ подготовки топлива, согласно которому вследствие воздействия магнитного поля происходит эффект химической поляризации атомов углеводородов.

К недостаткам данных способа и устройства следует отнести временный контакт топлива с постоянным по величине градиентом магнитного поля, акустические вибрации двигателя на топливо не передаются, обработке подвергается все топливо с одинаковой эффективностью, что может привести к недостаточному снижению выбросов NO_x.

Известно также устройство для обработки топлива, содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным штуцерами и соосно установленные в корпусе постоянные кольцевые магниты (см. заявку РСТ W097/01702, МПК F 02 M 27/04). Данное устройство позволяет осуществить способ, согласно которому поток топлива через входной штуцер и осевое отверстие первого магнита поступает в полости, находящиеся между магнитами, и разделяется на составляющие, одна из которых протекает через осевое отверстие следующего магнита, а другая - около торцевых поверхностей магнитов в радиальном направлении, затем составляющие потока смешиваются и обработанное топливо поступает к выходному штуцеру.

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность обработки топлива.

Задачей настоящего изобретения является сокращение вредных выбросов и расхода топлива.

Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе подготовки топлива, включающем разделение его потока на составляющие и многократную обработку магнитным полем около торцевых поверхностей соосно установленных в цилиндрической камере трех постоянных кольцевых магнитов, согласно изобретению перед разделением потока на составляющие осуществляют предварительную обработку топлива магнитным полем путем перемещения топлива по спирали вокруг трех магнитов, перепускают предварительно обработанное топливо через впускную полость, примыкающую к торцевой поверхности первого по направлению движения топлива магнита, и его осевое отверстие к разделителю потока, разделение потока топлива на центральную и периферийную составляющие производят за счет его перепуска в первую расширяющуюся по направлению движения топлива коническую полую вставку через центральное отверстие разделителя и в первую промежуточную полость через входную полость разделителя и его периферийные прорези в соотношении составляющих потока 20-25% и 75-80%, а многократную обработку магнитным полем максимальной напряженности периферийной составляющей потока осуществляют путем ее перепуска из примыкающей к торцевой поверхности первого магнита входной полости разделителя через его периферийные прорези, первую промежуточную полость, периферийные прорези первой по направлению движения топлива подложки, ее выходную полость, примыкающую к торцевой поверхности второго магнита, его осевое отверстие, входную полость второй подложки, примыкающую к другой торцевой поверхности второго магнита, ее периферийные прорези, вторую промежуточную полость, периферийные прорези третьей подложки, ее выходную полость, примыкающую к торцевой поверхности третьего магнита, в его осевое отверстие, осуществляют поочередное многократное расширение и сужение центральной составляющей потока топлива за счет ее прохождения из первой расширяющейся по направлению движения топлива вставки через сужающуюся вставку, центральное отверстие первой подложки, вторую расширяющуюся вставку, центральное отверстие второй подложки, третью расширяющуюся вставку и центральное отверстие третьей подложки в осевое отверстие третьего магнита, и смешивают центральную и периферийную составляющие потока в зоне осевого отверстия третьего магнита.

Поставленная задача в части способа решается также тем, что часть центральной составляющей потока топлива через боковые отверстия сужающейся и первой расширяющейся вставок целесообразно перепускать в первую промежуточную полость.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что устройство подготовки топлива, содержащее цилиндрическую камеру, входной и выходной штуцеры, три постоянных кольцевых магнита, соосно установленных в камере, согласно изобретению дополнительно содержит впускную полость, образованную торцевой поверхностью первого по направлению движения топлива магнита и кожухом, охватывающим камеру, и подключенную к входному штуцеру при помощи цилиндрической спирали, установленной в зазоре между кожухом и камерой, разделитель потока, размещенный между первым и вторым по направлению движения топлива магнитами и выполненный с центральным отверстием, периферийными прорезями и входной полостью, примыкающей к другой торцевой поверхности первого магнита, три последовательно установленные в камере подложки с центральными отверстиями и периферийными прорезями, первая из которых расположена между первым и вторым магнитами и выходной полостью примыкает к торцевой поверхности второго магнита, вторая расположена между вторым и третьим магнитами и входной полостью примыкает к другой торцевой поверхности второго магнита, третья расположена между вторым и третьим магнитами и выходной полостью примыкает к торцевой поверхности третьего магнита, три расширяющиеся по направлению движения топлива и одну сужающуюся конические осесимметричные полые вставки, причем первая расширяющаяся вставка входным отверстием соединена с центральным отверстием разделителя потока, сужающаяся вставка установлена в первой вставке и выходным отверстием соединена с центральным отверстием первой подложки, вторая расширяющаяся вставка соединяет центральные отверстия первой и второй подложек, третья соединяет центральные отверстия второй и третьей подложек, между разделителем потока и первой подложкой образована первая промежуточная полость, между второй и третьей подложками - вторая промежуточная полость, а площадь проходного сечения центрального отверстия разделителя потока меньше суммарной площади проходных сечений его периферийных прорезей в 3-4 раза.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что сужающаяся вставка может быть выполнена с боковыми отверстиями, сообщающимися с боковыми отверстиями первой расширяющейся вставки, и расположенными в зоне между линией контакта вставок и центральным отверстием первой подложки.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что диаметры выходных отверстий второй и третьей конических вставок могут превышать диаметры соответствующих центральных отверстий второй и третьей подложек, а диаметр входного отверстия третьей конической вставки может превышать диаметр центрального отверстия второй подложки.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что выходной штуцер может быть выполнен осесимметричным.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что разделитель потока и подложки могут быть выполнены из магнитного материала.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что в качестве магнитного материала может быть использована сталь.

Установка разделителя потока с периферийными прорезями и центральным отверстием позволяет 75-80% топлива обрабатывать с максимальной эффективностью и 20-25% с минимальной, что является оптимальным с точки зрения снижения экологически вредных выбросов.

Установка подложек позволяет формировать периферийную составляющую потока топлива, которую обрабатывают с максимальной эффективностью за счет четырехкратного прохождения топлива у поверхности магнитов с максимальной напряженностью магнитного поля.

Установка конических вставок, соосных с осью камеры, позволяет формировать центральную составляющую потока топлива, которую обрабатывают с минимальной эффективностью.

Установка на внешней стороне камеры цилиндрической спирали позволяет более полно использовать магнитное поле постоянных магнитов.

Установка камеры внутри кожуха позволяет защитить устройство от пыли, грязи, осадков.

Заявляемое изобретение позволяет за счет образования двух составляющих потока топлива, обрабатываемых с различной эффективностью, создать химически поляризованные ядра атомов углеводородов, увеличить скорость растворения в топливе кислорода и получить в камере сгорания среду с активными точками, что приводит к переходу от волнового процесса горения к многоочаговому. Указанное состояние процесса горения способствует уменьшению мертвых зон в камере сгорания и достижению очень высокой температуры в точках, а не во фронте волны горения, что снижает процент образования NO_x.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показан общий вид устройства для реализации способа подготовки топлива.

Устройство устанавливается между насосом и карбюратором (для карбюраторных двигателей, не показаны), между насосом высокого давления и коллектором впрыска (для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива, не показаны) и перед насосом высокого давления (для дизельных двигателей, не показан). Устройство содержит цилиндрическую камеру 1, входной и выходной штуцеры 2,3, три постоянных кольцевых магнита 4,5,6, соосно установленных в камере, впускную полость 7, образованную торцевой поверхностью первого по направлению движения топлива магнита 4 и кожухом 8, охватывающим камеру 1. Полость 7 подключена к входному штуцеру 2 при помощи цилиндрической спирали 9, установленной в зазоре между кожухом 8 и камерой 1. Устройство также содержит разделитель 10 потока топлива, размещенный между первым и вторым по направлению движения топлива магнитами 4, 5 и выполненный с центральным отверстием 11, периферийными прорезями 12 и входной полостью 13, примыкающей к другой торцевой поверхности первого магнита 4, три последовательно установленные в камере 1 подложки 14,15 и 16 с центральными отверстиями 17,18 и 19 и периферийными прорезями 20,21 и 22. Первая подложка 14 расположена между первым и вторым магнитами 4,5 и выходной полостью 23 примыкает к торцевой поверхности второго магнита 5, вторая подложка 15 расположена между вторым и третьим магнитами 5,6 и входной полостью 24 примыкает к другой торцевой поверхности второго магнита 5, а третья подложка 16 расположена между вторым и третьим магнитами 5,6 и выходной полостью 25 примыкает к торцевой поверхности третьего магнита 6. В состав устройства входят три расширяющиеся по направлению движения топлива и одна сужающаяся конические осесимметричные полые вставки 26, 27, 28 и 29, причем первая расширяющаяся вставка 26 входным отверстием соединена с центральным отверстием 11 разделителя 10 потока. Сужающаяся вставка 29 установлена в первой вставке 26 и выходным отверстием соединена с центральным отверстием 17 первой подложки 14, вторая расширяющаяся вставка 27 соединяет центральные отверстия 17,18 первой и второй подложек 14, 15, а третья вставка 28 соединяет центральные отверстия 18,19 второй и третьей подложек 15, 16. Между разделителем 10 потока и первой подложкой 14 образована первая промежуточной полость 30, а между второй и третьей подложками 15, 16 - вторая промежуточная полость 31. Сужающаяся вставка 29 может быть выполнена с боковыми отверстиями 32, сообщающимися с боковыми отверстиями 33 первой расширяющейся вставки 26, и расположенными в зоне между линией контакта вставок 26,29 и центральным отверстием 17 первой подложки 14. Диаметры выходных отверстий второй и третьей конических вставок 27,28 могут превышать диаметры соответствующих центральных отверстий 18,19 второй и третьей подложек 15,16, а диаметр входного отверстия третьей конической вставки 28 может превышать диаметр центрального отверстия 18 второй подложки 15. Выходной штуцер 3 может быть выполнен осесимметричным. Разделитель 10 потока и подложки 14,15 и 16 могут быть выполнены из магнитного материала, в качестве которого может быть использована сталь.

Описываемый способ подготовки топлива осуществляют следующим образом.

При поступлении топлива через топливный канал (не показан) и входной штуцер 2 в цилиндрическую спираль 9 происходит его предварительная обработка внешней частью магнитного поля с переменным градиентом. Предварительно обработанное топливо перепускают через впускную полость 7, примыкающую к торцевой поверхности первого магнита 4, и его осевое отверстие к разделителю 10 потока топлива на центральную и периферийную составляющие.

Периферийная составляющая потока поступает в область непосредственного контакта с торцевой поверхностью первого магнита 4 и проходит через входную полость 13 и периферийные прорези 12 разделителя 10 потока. В данной области осуществляется движение топлива перпендикулярно силовым линиям магнитного поля максимальной напряженности, что способствует изменению угла водородных связей с максимальной эффективностью.

Обработанная периферийная составляющая потока топлива поступает затем в первую промежуточную полость 30 между разделителем 10 потока и подложкой 14. Далее периферийная составляющая потока, проходя через прорези 20,21,22 и полости 23,24,25 подложек 14,15,16 и вторую промежуточную полость 31, подвергается трехкратной обработке магнитным полем максимальной напряженности постоянных магнитов 5 и 6. Поступающая в осевое отверстие магнита 6 периферийная составляющая потока представляет собой топливо, прошедшее четырехкратную обработку.

Центральная составляющая потока топлива, проходя последовательно центральное отверстие 11 разделителя 10 потока и внутренние полости конических вставок 26,29,27,28, не подвергается обработке магнитным полем. Внутренние полости конических вставок и их взаимное расположение выбрано таким, чтобы центральная составляющая потока топлива многократно претерпевала процесс сужения и расширения. Данный процесс позволяет возбудить колебание молекул топлива, что приводит к его лучшему смешению с частью топлива, подвергнутой обработке магнитным полем.

В варианте часть центральной составляющей потока топлива через боковые отверстия 32 и 33 сужающейся и первой расширяющейся вставок 29 и 26 перепускают в первую промежуточную полость 30, где происходит смешивание с топливом периферийной составляющей. Таким образом, в данной полости формируется двухуровневый с точки зрения эффективности обработки состав топлива.

Таким образом, в отверстии третьего магнита 6 после смешения двух составляющих формируется поток, включающий топливо, обработанное с максимальной эффективностью, топливо обработанное с меньшей эффективностью и топливо практически не обработанное магнитным полем. Наличие такой структуры топлива позволяет перейти в камере сгорания двигателя от волнообразного процесса горения к многоочаговому, что приводит к снижению экологически вредных выбросов.

Подготовленное топливо отводится через выходной штуцер 3.

Требуемые характеристики магнитного поля:
остаточная магнитная индукция 10,8-12,0 Т;
коэрцитивная сила 10-17 кА/м;
максимальная объемная плотность магнитной энергии 26-32 кДж/м.

Испытания устройства подготовки топлива на автомобилях по методике Правил ЕЭК ООН N82-02 показали, что экологически вредные выбросы сокращаются:
CO на 15-40%;
CH на 40-80%;
NОx на 22-25%,
При этом расход топлива уменьшается на 10% и более.

Реферат

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования в топливных системах двигателей внутреннего сгорания, в тепловых агрегатах и подобных устройствах. Способ подготовки топлива заключается в том, что разделяют его поток на составляющие и проводят многократную обработку магнитным полем около торцевых поверхностей соосно установленных постоянных кольцевых магнитов. Топливо предварительно обрабатывают магнитным полем путем его перемещения по спирали вокруг кольцевых магнитов и разделяют его поток на центральную и периферийную составляющие в соотношении 20-25% и 75-80%, обрабатывают магнитным полем максимальной напряженности периферийную составляющую потока и осуществляют многократное расширение и сужение центральной составляющей потока за счет ее прохождения через полые конические вставки, после чего смешивают центральную и периферийную составляющие. Устройство для реализации способа содержит цилиндрическую камеру, входной и выходной штуцеры, три постоянных кольцевых магнита, соосно установленных в камере, разделитель потока топлива, размещенный между магнитами и выполненный с центральным отверстием и периферийными прорезями, три последовательно установленные в камере подложки с центральными отверстиями и периферийными прорезями, три расширяющиеся и одну сужающуюся конические полые вставки, причем площадь проходного сечения центрального отверстия разделителя потока меньше суммарной площади проходных сечений его периферийных прорезей в 3-4 раза. Изобретение позволяет уменьшить токсичность выхлопных газов двигателя и повысить его топливную экономичность. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

Формула