Способ и устройство подготовки топлива

 

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для использования в топливных системах двигателей внутреннего сгорания, в тепловых агрегатах и подобных устройствах. Способ подготовки топлива включает разделение его потока на составляющие и обработку магнитным полем около торцевых поверхностей соосно установленных постоянных кольцевых магнитов. Топливо обрабатывают в тороидальной камере, примыкающей к первому магниту, и затем разделяют поток топлива на центральную и периферийные составляющие в соотношении 20-25 и 75-80%, обрабатывают центральную составляющую потока топлива постоянным магнитным полем минимальной напряженности второго магнита и периферийную составляющую потока его постоянным магнитным полем максимальной напряженности, собирают топливо во впускной полости перфорированной подложки, разбивают поток на струи и обрабатывают их окислами металлов за счет пропускания через дополнительную полость, заполненную металлической стружкой. Устройство подготовки топлива содержит цилиндрический корпус с входным и выходным штуцерами, первый и второй по направлению движения топлива постоянные кольцевые магниты, соосно установленные в корпусе, тороидальную камеру, разделитель потока, перфорированную подложку и сетку, полость между которыми заполнена металлической стружкой, причем площадь проходного сечения центрального отверстия разделителя потока меньше суммарной площади проходных сечений его периферийных отверстий 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.

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 магнитным полем и устройство для его осуществления, 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 Российской Федерации N 2052652, МПК F 02 M 27/04).

Недостатком известного решения является то, что время контакта топлива с областью максимальной напряженности магнитного поля непродолжительно, а контакт топлива осуществляется с постоянным по величине градиентом магнитного поля.

В результате эффективность обработки топлива недостаточно высокая, вследствие чего незначительно сокращаются вредные выбросы и расход топлива.

Известен способ обработки топлива импульсным электромагнитным полем и устройство для его осуществления, содержащее камеру с расположенными внутри тремя постоянными магнитами, разделенными пьезокерамическими вставками (см. патент Российской Федерации N 2140008, МПК F 02 M 27/04).

Использование известного технического решения позволяет несколько снизить вредные выбросы и расход топлива автомобильного двигателя.

К недостаткам известных способа и устройства следует отнести: слабый контакт топлива с максимальной напряженностью магнитного поля; не полностью использованы поверхности магнитов; 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 WО97/01702, МПК F 02 M 27/04). В данном устройстве осуществлен 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 известных способа и устройства 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 обработку магнитным полем около торцевых поверхностей соосно установленных первого и второго по направлению движения топлива постоянных кольцевых магнитов, согласно изобретению перед разделением потока ему придают вращение по образующей тороидальной камеры, осуществляют предварительную обработку частей топлива в упомянутой тороидальной камере магнитным полем первого магнита с различной кратностью за счет перепуска части топлива через выпускные каналы тороидальной камеры во входную полость разделителя потока, движения по образующей тороидальной камеры остальной части топлива и ее смешения с вновь поступающим топливом, разделение потока топлива, поступающего во входную полость разделителя, на центральную и периферийные составляющие производят путем его перепуска в выходную полость через центральное и периферийные отверстия разделителя в соотношении составляющих 20-25% и 75-80%, обрабатывают центральную составляющую потока топлива магнитным полем минимальной напряженности второго магнита и периферийную составляющую потока его магнитным полем максимальной напряженности, собирают топливо во впускной полости перфорированной подложки, разбивают поток на струи путем перепуска его через перфорированную подложку и обрабатывают струи топлива окислами металлов за счет их пропускания через дополнительную полость, заполненную металлической стружкой.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что устройство подготовки топлива, содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным штуцерами, первый и второй по направлению движения топлива постоянные кольцевые магниты, соосно установленные в корпусе, согласно изобретению дополнительно содержит тороидальную камеру, образованную поверхностью двух деталей, расположенную между магнитами и выполненную с центральным впускным каналом, рассекателем потока и выпускными каналами, разделитель потока, размещенный между тороидальной камерой и вторым магнитом и выполненный с входной и выходной полостями и центральным и периферийными отверстиями, расположенными вблизи от боковых поверхностей полостей разделителя потока и напротив торцевой поверхности второго магнита, перфорированную подложку, размещенную в корпусе и выполненную с впускной полостью, обращенной к другой торцевой поверхности второго магнита, сетку, примыкающую к выходному штуцеру, и дополнительную полость, расположенную в корпусе между подложкой и сеткой и заполненную металлической стружкой, причем площадь проходного сечения центрального отверстия разделителя потока меньше суммарной площади проходных сечений его периферийных отверстий в 3-4 раза.

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

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что одна из деталей тороидальной камеры, примыкающая к первому магниту, может быть выполнена из магнитного материала, а другая деталь, примыкающая к входной полости разделителя потока, может быть выполнена из немагнитного материала.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что в качестве магнитного материала может быть использована сталь, а в качестве немагнитного материала могут быть использованы латунь или алюминий.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что выпускные каналы тороидальной камеры могут быть выполнены в детали, примыкающей к входной полости разделителя потока, параллельно оси цилиндрического корпуса в местах, где стенка между тороидальной камерой и разделителем потока имеет наименьшую толщину.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что в качестве металлической стружки может быть использована стружка титана и меди.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что титан в стружке может составлять 65-75%, а медь - 25-35%.

Установка тороидальной камеры способствует многократной обработке части топлива магнитным полем первого магнита.

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

Установка дополнительной полости, заполненной на 65-75% стружкой титана и на 25-35% стружкой меди, позволяет получить оптимальные параметры по снижению расхода топлива при выполнении работы двигателем внутреннего сгорания и снизить экологически вредные выбросы.

Заявляемое изобретение позволяет за счет образования двух потоков топлива, обрабатываемых с различной эффективностью, и контакта с окислами таких металлов, как титан и медь, создать химически поляризованные ядра атомов углеводородов, увеличить скорость растворения в топливе кислорода и создать 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 цилиндрический корпус 1 с входным и выходным штуцерами 2,3, первый и второй по направлению движения топлива постоянные кольцевые магниты 4,5, соосно установленные в корпусе, тороидальную камеру 6, образованную поверхностью двух деталей 7,8, расположенную между магнитами 4,5 и выполненную с центральным впускным каналом 9, рассекателем 10 потока и выпускными каналами 11,12. Разделитель потока 13, размещенный между тороидальной камерой 6 и вторым магнитом 5, выполнен с входной 14 и выходной 15 полостями и центральным 16 и периферийными 17,18 отверстиями, расположенными вблизи от боковых поверхностей полостей 14,15 разделителя потока 13 и напротив торцевой поверхности второго магнита 5. Устройство также содержит перфорированную подложку 19, размещенную в корпусе 1 и выполненную с впускной полостью 20, обращенной к другой торцевой поверхности второго магнита 5, сетку 21, примыкающую к выходному штуцеру 3, и дополнительную полость 22, расположенную в корпусе между подложкой и сеткой и заполненную металлической стружкой. При этом входной штуцер 2 может быть выполнен осесимметричным. Деталь 8 тороидальной камеры 6, примыкающая к первому магниту 4, может быть выполнена из магнитного материала, а деталь 7, примыкающая к входной полости 14 разделителя потока 13, может быть выполнена из немагнитного материала. В качестве магнитного материала может быть использована сталь, а в качестве немагнитного материала могут быть использованы латунь или алюминий. Выпускные каналы 11,12 тороидальной камеры 6 могут быть выполнены в детали 7 параллельно оси цилиндрического корпуса 1 в местах, где стенка между тороидальной камерой 6 и разделителем потока 13 имеет наименьшую толщину. Кроме того, в качестве металлической стружки может быть использована стружка титана и меди. При этом титан в стружке может составлять 65-75%, а медь - 25-35%.

Описываемый способ подготовки топлива осуществляют следующим образом.

Топливо через топливный канал (не показан), входной штуцер 1 и осевое отверстие первого магнита 4 поступает в тороидальную камеру 6. Поток из цилиндрического переходит к потоку, вращающемуся по образующей тороидальной камеры 6. Часть топлива, через каналы 11,12, поступает на разделитель потока 13, а часть потока, продолжая движение по образующей тороидальной камеры 6, омывает поверхность детали 8, выполненной из магнитного материала, и обрабатывается максимальной напряженностью магнитного поля. Продолжая движение по образующей, обработанная часть топлива смешивается со свежей порцией топлива и поступает в область с выпускными каналами 11,12, где очередная порция уже однократно обработанного топлива поступает в разделитель потока 13. Далее процесс движения топлива и обработки магнитным полем повторяется. Процесс обработки топлива, организованный в тороидальной камере 6, позволяет разбить топливо на широкий спектр частей, обработанных магнитным полем с различной кратностью.

После прохождения тороидальной камеры 6 топливо поступает во входную полость 14 разделителя потока 13, в которой за счет смещения выпускных каналов 11,12 тороидальной камеры 6 и отверстий 16,17 и 18 происходит разделение потока топлива на две составляющие. Одна из составляющих потока, проходя через центральное отверстие 16 разделителя потока 13 и ось второго магнита 5, где напряженность магнитного поля практически равна нулю, подвергается обработке магнитным полем минимальной напряженности. Другая составляющая потока, проходя через периферийные отверстия 17,18 разделителя потока 13, попадает в область непосредственного контакта с торцевой поверхностью второго магнита 5, где напряженность магнитного поля максимальна. Направление движения потока в данной полости перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, что обеспечивает обработку топлива с максимальной эффективностью. При обработке топлива максимальной напряженностью магнитного поля происходит изменение угла водородных связей, что играет большую роль в активизации последующих химических реакций (Бугаченко А.А. Химическая поляризация электронов и ядер. М. , Наука, 1974 г.). В выходной полости 15 разделителя потока 13 происходит смешивание двух составляющих потока и их движение через осевое отверстие второго магнита, где напряженность магнитного поля практически равна нулю.

Далее топливо, омывая другую торцевую поверхность второго магнита, поступает во впускную полость 20 подложки 19, где происходит разделение потока на большое количество мелких струй, что повышает гибкость каждой части сформированной структуры.

Мелкоструйная структура проходит через полость 22, заполненную металлической стружкой. Гибкость мелких струй позволяет увеличить поверхность и время контакта с окислами металлов, такими как титан и медь, что приводит к повышению активности топлива в окислительных реакциях.

Обработанное топливо, через сетку 21 и выходной штуцер 3, поступает на выход.

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

Испытания устройства обработки топлива на автомобилях по методике Правил ЕЭК ООН N 82-02 показали, что экологически вредные выбросы сокращаются: CO на 20-50%; CH на 30-82%; NО_x на 22-33%,
При этом расход топлива уменьшается на 10% и выше.

Формула изобретения

1. Способ подготовки топлива, включающий разделение его потока на составляющие и обработку магнитным полем около торцевых поверхностей соосно установленных первого и второго по направлению движения топлива постоянных кольцевых магнитов, отличающийся тем, что перед разделением потока ему придают вращение по образующей тороидальной камеры, осуществляют предварительную обработку частей топлива в упомянутой тороидальной камере магнитным полем первого магнита с различной кратностью за счет перепуска части топлива через выпускные каналы тороидальной камеры во входную полость разделителя потока, движения по образующей тороидальной камеры остальной части топлива и ее смещения с вновь поступающим топливом, разделение потока топлива, поступающего во входную полость разделителя, на центральную и периферийные составляющие производят путем его перепуска в выходную полость через центральное и периферийные отверстия разделителя в соотношении составляющих 20 - 25 и 75 - 80%, обрабатывают центральную составляющую потока топлива магнитным полем минимальной напряженности второго магнита и периферийную составляющую потока его магнитным полем максимальной напряженности, собирают топливо во впускной полости перфорированной подложки, разбивают поток на струи путем перепуска его через перфорированную подложку и обрабатывают струи топлива окислами металлов за счет их пропускания через дополнительную полость, заполненную металлической стружкой.

2. Устройство подготовки топлива, содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным штуцерами, первый и второй по направлению движения топлива постоянные кольцевые магниты, соосно установленные в корпусе, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит тороидальную камеру, образованную поверхностью двух деталей, расположенную между магнитами и выполненную с центральным впускным каналом, рассекателем потока и выпускными каналами, разделитель потока, размещенный между тороидальной камерой и вторым магнитом и выполненный с входной и выходной полостями и центральным и периферийными отверстиями, расположенными вблизи от боковых поверхностей полостей разделителя потока и напротив торцевой поверхности второго магнита, перфорированную подложку, размещенную в корпусе и выполненную с впускной полостью, обращенной к другой торцевой поверхности второго магнита, сетку, примыкающую к выходному штуцеру, и дополнительную полость, расположенную в корпусе между подложкой и сеткой и заполненную металлической стружкой, причем площадь проходного сечения центрального отверстия разделителя потока меньше суммарной площади проходных сечений его периферийных отверстий в 3 - 4 раза.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что входной штуцер выполнен осесимметричным.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что одна из деталей тороидальной камеры, примыкающая к первому магниту, выполнена из магнитного материала, а другая деталь, примыкающая к входной полости разделителя потока, выполнена из немагнитного материала.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве магнитного материала использована сталь, а в качестве немагнитного материала использованы латунь или алюминий.

6. Устройство по любому из пп.2 - 5, отличающееся тем, что выпускные каналы тороидальной камеры выполнены в детали, примыкающей к входной полости разделителя потока, параллельно оси цилиндрического корпуса в местах, где стенка между тороидальной камерой и разделителем потока имеет наименьшую толщину.

7. Устройство по любому из пп.2 - 6, отличающееся тем, что в качестве металлической стружки использована стружка титана и меди.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что титан в стружке составляет 65 - 75, а медь - 25 - 35%.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.01.2009

Извещение опубликовано: 27.01.2009        БИ: 03/2009

---