Способ подготовки жидкого топлива

 

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: способ осуществляют путем нагнетания топлива под давлением в абсорбер и смешивания его со сжатым воздухом в абсорбере для получения насыщенного воздухом топлива и подачи его к распылителю. Топливо и сжатый воздух смешивают под давлением 2 . . . 200 МПа. По вариантам осуществления способа воздух перед сжатием смешивают с отработавшими газами двигателя, отбирают из абсорбера нерастворенную часть воздуха, сжижают ее давление до близкого к атмосферному при помощи пропускания через дроссель и затем используют ее для охлаждения насыщаемого топлива. Нерастворенную часть воздуха после снижения давления направляют последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к двигательным установкам и может быть использовано в тепловых двигателях и других топочных устройствах.

Известен способ питания двигателя внутреннего сгорания смесью топлива с негорючим газом (например, атмосферным воздухом), в котором топливо смешивают с газом на линии низкого давления, после чего смесь подвергается сжатию и подается по трубопроводу высокого давления в цилиндры двигателя [1].

Известен способ предварительной подготовки топлива путем насыщения жидкого топлива газом в течение 6-72 ч под избыточным давлением 2-10 кгс/см² [2].

Недостатком известных способов подготовки топлива является малое количество растворенного в топливе воздуха, так как насыщение происходит при низком давлении. При последующем же сжатии и подаче смеси по трубопроводу высокого давления растворение воздуха будет проходить малоэффективно вследствие разогрева смеси при сжатии и малости адсорбирующей поверхности топлива.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки жидкого топлива для дизельного двигателя, заключающийся в том, что нагнетают топливо под давлением, смешивают его со сжатым воздухом в смесительной камере (абсорбере) для получения насыщенного воздухом топлива и нагнетают насыщенное топливо под высоким давлением в распылитель [3].

Недостатком известного решения является то, что насыщение топлива воздухом происходит на линии низкого давления, поэтому количества растворенного воздуха в топливе будет недостаточно, чтобы заметно повлиять на последующий процесс горения топливовоздушной смеси.

Целью изобретения является повышение экономической эффективности и экологической безопасности тепловых двигателей путем интенсификации процесса горения.

Это достигается тем, что топливо и сжатый воздух смешивают под давлением 2-200 МПа, воздух перед сжатием смешивают с отработавшими газами двигателя, отбирают из абсорбена и (или) входа в распылитель нерастворенную часть воздуха, снижают давление последней при помощи дросселя до близкого к атмосферному и используют ее для охлаждения насыщенного топлива или направляют ее последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива.

Устройство для реализации предлагаемого способа подготовки топлива содержит абсорбер, распылитель, дроссель, трубопроводы.

Способ подготовки жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие действия: топливо и сжатый воздух смешивают под давлением 2-200 МПа в абсорбере; воздух перед сжатием смешивают с отработавшими газами двигателя; отбирают из абсорбера и (или) входа в распылитель нерастворенную часть воздуха, снижают давление последней при помощи дросселя до близкого к атмосферному и используют ее для охлаждения насыщаемого топлива; нерастворенную часть воздуха после снижения давления направляют последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Раздельно топливо и атмосферный воздух (либо смесь воздуха с отработавшими газами двигателя) подают под большим избыточным давлением (2-200 МПа) и при температуре окружающей среды в абсорбер, где происходит их смешивание и насыщение топлива кислородом до состояния, близкого к равновесному. Из абсорбера насыщенное топливо подают по трубопроводу к распылителю. Нерастворенную часть воздуха из абсорбера и (или) входа в распылитель пропускают через дроссель, в результате чего давление снижают до близкого к атмосферному, и используют ее для охлаждения насыщаемого топлива или направляют последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива.

В топливе (типа керосин) количество растворенного кислорода при насыщении под избыточным давлением 100 МПа будет достаточно почти для 100% степени окисления капель топлива, когда на каждую молекулу топлива приходится один атом кислорода. Известно, что с увеличением относительной степени окисления капель топлива на 10% период задержки воспламенения в дизеле сокращается на 18%.

В обычных условиях жидкофазное окисление происходит во время прогрева капель топлива до момента их полного испарения, при этом процесс окисления лимитируется главным образом скоростью поступления кислорода к поверхности капли сквозь окружающие ее пары топлива. В топливе же, предварительно насыщенном кислородом, это ограничение снимается. Таким образом, предлагаемый способ подготовки жидкого топлива обеспечивает более эффективное образование продуктов жидкофазного окисления - пероксидов и альдегидов. Эффективное образование данных продуктов приводит к интенсификации цепного разветвления, т. е. наиболее медленной стадии самовоспламенения, что в свою очередь благоприятствует уменьшению времени задержки и температуры самовоспламенения углеводородовоздушной смеси, расширению ее концентрационных пределов самовоспламенения и в конечном итоге приводит к интенсификации процесса турбулентного горения в целом. Использование смеси атмосферного воздуха с отработавшими газами двигателя для насыщения топлива кислородом способствует его хемосорбции и увеличению растворимости воздуха в топливе ( ≈10%). Повышению растворимости воздуха благоприятствует снижение температуры топлива. Утилизируя путем дросселирования энергию нерастворенной части воздуха в количестве, соответствующем насыщению топлива (типа керосин) при Р_нас = 100 МПа, можно понизить температуру насыщаемого топлива на 25^оС (без учета потерь).

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА для двигателя внутреннего сгорания путем нагнетания топлива под давлением в абсорбер и смешивания его со сжатым воздухом в абсорбере для получения насыщенного воздухом топлива и подачи последнего к распылителю, отличающийся тем, что топливо и сжатый воздух смешивают под давлением 2 - 200 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух перед сжатием смешивают с отработавшими газами двигателя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбирают из абсорбера нерастворенную часть воздуха, снижают давление последней до близкого к атмосферному при помощи пропускания ее через дроссель и затем используют ее для охлаждения насыщаемого топлива.

4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что нерастворенную часть воздуха после снижения давления направляют последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива.