Способ обработки воздушно-топливной смеси

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам обработки воздушно-топливной смеси. Изобретение позволяет обеспечить полное сгорание воздушно-топливной смеси. В способе обработки воздушно-топливной смеси воздушно-топливную смесь облучают ультразвуковым излучением перед сжиганием в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с периодическим изменением частоты излучения. Частоту излучения изменяют во всем диапазоне резонансных частот капель топлива, диаметр которых превышает величину, при которой обеспечивается испарение капли топлива без ее разрушения. Облучают воздушно-бензиновую смесь и изменяют частоту излучения в диапазоне в диапазоне резонансных частот капель бензина, диаметр которых превышает 0,015 мм. Изменяют частоту излучения в диапазоне от 20 кГц до 2 МГц. Изменяют частоту излучения дискретно, с интервалом между соседними дискретными значениями от 1 кГц до 4 кГц. Непрерывно изменяют частоту излучения от самой низкой частоты до самой высокой, а от самой высокой частоты до самой низкой частоту излучения изменяют скачком. Самая низкая частота излучения выбирается в диапазоне от 20 кГц до 500 МГц, а самая высокая частота - в диапазоне от 200 кГц до 2 МГц. Непрерывно изменяют частоту излучения от 200 кГц до 1 МГц, а от 1 МГц до 200 кГц частоту излучения изменяют скачком. Период изменения частоты излучения устанавливают в пределах от 0,5 мс до 1,5 мс. Для разрушения капель топлива используют наряду с первой и вторую гармонику ультразвукового излучения. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам обработки ультразвуком воздушно-топливной горючей смеси, используемой в двигателях внутреннего сгорания.

Уровень техники

Известен способ обработки воздушно-топливной смеси ультразвуковым излучением, которое измельчает капельки топлива и способствует их испарению, см., например, патент US 4665877, опубл. 20.01.1990. Ультразвуковой излучатель устанавливают в трубке соединяющей инжектор с цилиндром двигателя внутреннего сгорания. Известен также способ, предусматривающий использование ультразвукового излучателя, устанавливаемого непосредственно в цилиндре, см. патент US 6450154, опубл. 17.09.2002.

Недостатком этих известных технических решений является то, что они не предусматривают использование ультразвукового излучения с различными частотами, что не позволяет одинаково эффективно измельчать капли топлива, имеющие различные размеры, и, соответственно, различные резонансные частоты, при которых разрушение капель происходит излучением с наименьшей мощностью.

Известен также способ обработки воздушно-топливной смеси ультразвуковым излучением, см. патент US 6732720, опубл. 11.05.2004. Этот способ предусматривает выбор частоты ультразвукового излучения в зависимости от вида используемого топлива. Этот способ также предусматривает одновременное использование ультразвуковых излучений с различными частотами.

Недостатком этого способа является использование излучения с дискретными частотами. Поскольку каждая из частот является резонансной, следовательно наиболее эффективной, для капель топлива определенного размера, то будет производиться измельчение капель только определенных размеров или потребует использования излучения повышенной мощности.

Известен способ обработки воздушно-топливной смеси ультразвуковым излучением, см. патент US 4563993, опубл. 14.01.1986. Этот способ предусматривает периодическое изменение частоты ультразвукового излучения в течение облучения одних и тех же капель топлива. Этот известный способ является ближайшим аналогом (прототипом) заявленного изобретения.

Недостатком этого известного способа является использование некоторого количества, а именно двух дискретных частот. Поскольку, как уже говорилось в отношении предыдущего известного способа, каждая из частот является резонансной для капель топлива определенного размера, то для разрушения капель, имеющих другой размер, потребуется использование излучения повышенной мощности.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на обеспечение полной сгораемости воздушно-топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания.

Техническим результатом использования изобретения является разрушение капель топлива, размер которых превышает заданный, и испарение капель, размер которых меньше заданного, при минимальной мощности ультразвукового излучения.

Указанный технический результат достигается при использовании способа обработки воздушно-топливной смеси, включающего ее облучение ультразвуковым излучением перед сжиганием в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с периодическим изменением частоты излучения, согласно изобретению частоту излучения изменяют во всем диапазоне резонансных частот капель топлива, диаметр которых превышает величину, при которой обеспечивается испарение капли топлива без ее разрушения. Частоту излучения изменяют непрерывно, облучают воздушно-бензиновую смесь и изменяют частоту излучения в диапазоне резонансных частот капель бензина, диаметр которых превышает 0,015 мм. Изменяют частоту излучения в диапазоне от 20 кГц до 2 МГц. Изменяют частоту излучения дискретно, с интервалом между соседними дискретными значениями от 1 кГц до 4 кГц. Непрерывно изменяют частоту излучения от самой низкой частоты до самой высокой, а от самой высокой частоты до самой низкой частоты излучения изменяют скачком, самая низкая частота излучения выбирается в диапазоне от 20 кГц до 500 МГц, а самая высокая частота - в диапазоне от 200 кГц до 2 МГц. Непрерывно изменяют частоту излучения от 200 кГц до 1МГц, а от 1 МГц до 200 кГц частоту излучения изменяют скачком, период изменения частоты излучения устанавливают в пределах от 0,5 мс до 1,5 мс. Для разрушения капель топлива используют наряду с первой и вторую гармонику ультразвукового излучения, непрерывно изменяют частоту излучения от 200 кГц до 0,5 МГц, а от 0,5 МГц до 200 кГц частоту изменяют скачком, облучают воздушно-топливную смесь с момента ее впрыскивания в цилиндр и до достижения значительной компрессии, а интервал времени облучения регулируют в соответствии с интервалом между двумя впрыскиваниями, облучают воздушно-топливную смесь до момента ее впрыскивания в цилиндр.

Резонансная частота капли жидкости (топлива) определяется предварительно расчетным путем, исходя из ее размеров (как правило, диаметра) и физическими свойствами жидкости, а более точно экспериментально. При совпадении частоты излучения с резонансной частотой капли, разрушение капли можно достигнуть с наименьшей мощностью излучения. Величина диапазона резонансных частот капель топлива с диаметром, большим величины, при которой обеспечивается испарение капли топлива без ее разрушения, превышает, по крайней мере, 20 кГц. Дискретное изменение потребует несколько большую мощность излучения, соответственно, в 1,5-3 раза, для разрушения капель топлива с резонансной частотой, находящейся в промежутке между дискретными значениями частоты излучения. С другой стороны, период повторения облучения одной и той же порции воздушно-топливной смеси можно уменьшить в несколько раз. Тем самым будет увеличена надежность испарения всех капель.

Расчетным путем нетрудно определить, что верхний предел диапазона частот может быть установлен около 1 МГц, что подтверждается экспериментальными результатами. Нижний предел диапазона частот определяется, в частности, наибольшим размером капли топлива в воздушно-топливной смеси, образованной карбюратором или инжектором. Как правило, он не превышает 0,3 мм, что примерно соответствует резонансной частоте 20 кГц.

В данном способе могут изменять частоту излучения в диапазоне от 20 кГц до 2 МГц. Экспериментально обнаружено, что этот диапазон в большинстве случаев перекрывает диапазон резонансных частот, указанный выше для различных видов топлива.

Дополнительно в качестве резонансной частоты можно использовать вторую гармонику ультразвукового излучения. В этом случае самую высокую частоту первой гармоники можно уменьшить в два раза.

На чертеже, поясняющем изобретение, представлен график изменения частоты ультразвукового излучения.

Осуществление изобретения

Заявленный способ обработки воздушно-топливной смеси может быть реализован посредством устройства, включающего генератор высокой частоты и ультразвуковой излучатель. Генератор представляет собой блок размером 200×200×50 мм с крепежными отверстиями, позволяющими крепить его в автомобиле. Генератор подключается к аккумулятору автомобиля и соединен кабелем с ультразвуковым излучателем. Генератор снабжен светодиодным индикатором его работы и плавким предохранителем. Мощность потребления генератора от бортовой сети - 200 Вт. Генерируемая частота изменяется 1000 раз в секунду от 200 кГц до 1 МГц. Соответственно изменяется частота ультразвукового излучения. Мощность ультразвукового излучения - 40 Вт.

В результате использования инжектора получают воздушно бензиновую смесь с каплями бензина диаметром от 0,15 мм до 0,015 мм, которые имеют расчетные резонансные частоты от 200000 Гц до 1000000 Гц и разрушаются при указанной мощности излучения. Это полностью согласуется с полученными экспериментальными результатами. Если использовать вторые гармоники излучения, то диапазон изменения частоты может быть уменьшен в два раза от 200000 Гц до 500000 Гц, но мощность излучения должна быть увеличена в три раза.

Непрерывное изменение частоты излучения, как это показано на чертеже, обеспечивает разрушение всех капель диаметром от 0,15 мм до 0,015 мм. Многократное облучение капель топлива изменяющимся по частоте излучением обеспечивает последующее разрушение капель топлива, образовавшихся в результате разрушения более крупной капли.

При облучении звуковой волной капель топлива их поверхность принимает форму, отличную от сферической. Это приводит к увеличению поверхности испарения и, следовательно, более быстрому испарению капли. Кроме того, ультразвуковые волны интенсивно перемешивают воздушно-топливную смесь, что снижает парциальное давление испарившегося топлива на границе капли и увеличивает скорость испарения капли. Все эти процессы, происходящие в воздушно-топливной смеси при ее облучении ультразвуковым излучением, обеспечивают испарение, по крайней мере, тех капель, размер которых не превосходит 0,015 мм.

1. Способ обработки воздушно-топливной смеси, включающий облучение ультразвуковым излучением перед сжиганием в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с периодическим изменением частоты излучения, отличающийся тем, что частоту излучения изменяют во всем диапазоне резонансных частот капель топлива, диаметр которых превышает величину, при которой обеспечивается испарение капли топлива без ее разрушения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту излучения изменяют непрерывно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучают воздушно-бензиновую смесь и изменяют частоту излучения в диапазоне резонансных частот капель бензина, диаметр которых превышает 0,015 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют частоту излучения в диапазоне от 20 кГц до 2 МГц.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что изменяют частоту излучения дискретно, с интервалом между соседними дискретными значениями от 1 до 4 кГц.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что непрерывно изменяют частоту излучения от самой низкой частоты до самой высокой, а от самой высокой частоты до самой низкой частоту излучения изменяют скачком.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что самая низкая частота излучения выбирается в диапазоне от 20 кГц до 500 МГц, а самая высокая частота - в диапазоне от 200 кГц до 2 МГц.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что непрерывно изменяют частоту излучения от 200 кГц до 1МГц, а от 1 МГц до 200 кГц частоту излучения изменяют скачком.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что период изменения частоты излучения устанавливают в пределах от 0,5 до 1,5 мс.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разрушения капель топлива используют наряду с первой и вторую гармонику ультразвукового излучения.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что непрерывно изменяют частоту излучения от 200 кГц до 0,5 МГц, а от 0,5 МГц до 200 кГц частоту изменяют скачком.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучают воздушно-топливную смесь с момента ее впрыскивания в цилиндр и до достижения значительной компрессии, а интервал времени облучения регулируют в соответствии с интервалом между двумя впрыскиваниями.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучают воздушно-топливную смесь до момента ее впрыскивания в цилиндр.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для обработки топливовоздушной смеси. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к устройствам для наддува двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу формирования топливовоздушной смеси. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания, и служит для гомогенизации топливовоздушной смеси.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливорегулирующим приборам двигателей внутреннего сгорания. .
Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к системам питания двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам изменения основных физических свойств жидких углеводородов

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области испытаний машин и двигателей, в частности к стендам для испытаний тепловых двигателей. Стенд для испытания тепловых двигателей содержит контур питания испытуемого двигателя штатным топливом, блок контроля параметров работы двигателя, контур подготовки исследуемого топлива, ультразвуковой проточный реактор и контур охлаждения излучателя ультразвукового проточного реактора. Исследуемое топливо может одновременно или раздельно обрабатываться полем СВЧ и ультразвуком. Изобретение обеспечивает возможность оценки и поиска методов повышения эффективности сгорания топлива в цилиндрах и камерах сгорания тепловых двигателей. Технический результат - оптимизация условий, обеспечивающих повышение эффективности сгорания топлива в цилиндрах и камерах сгорания тепловых двигателей, посредством верификации физических методов обработки топлива. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при организации рабочего процесса в поршневом двигателе (ПД). Технический результат заключается в уменьшении затрат энергии на производство необходимого количества синглетного кислорода (СК). Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивают генерирование СК из молекулярного кислорода в надпоршневом объеме (НПО) ПД посредством лазерного излучения. При этом осуществляют, по меньшей мере, одноразовый впрыск топлива в НПО цилиндра ПД в течение одного рабочего цикла, а взаиморасположение оси лазерного излучения и оси топливного факела устанавливают так, чтобы обеспечить их пересечение в НПО. Начало генерирования СК осуществляют с опережением по отношению к моменту впрыска топлива в НПО, при этом продолжительность процесса генерирования СК по углу поворота коленчатого вала двигателя корректируют с учетом режима работы ПД. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при организации рабочего процесса в поршневом двигателе. Технический результат заключается в повышении стабильности работы двигателя, расширении диапазона его устойчивой работы. Сущность изобретения заключается в том, что подают топливовоздушную смесь (ТВС) в надпоршневое пространство, сжимают ее и обеспечивают воспламенение сжатой смеси. В процессе сжатия генерируют синглетный кислород (СК) из молекулярного кислорода, находящегося в камере сгорания. Момент начала генерирования СК по углу поворота коленчатого вала (ПКВ) устанавливают исходя из его оптимального значения, которое рассчитывают в зависимости от режима работы двигателя и состава ТВС. Измеряют значение контролируемого параметра (КП), характеризующего процесс сгорания и/или процесс расширения, сравнивают его с заданным значением. По результату сравнения устанавливают продолжительность периода генерирования СК по углу ПКВ. В качестве КП используют момент воспламенения топлива по углу ПКВ, положение максимума давления или температуры газов в камере сгорания по углу ПКВ и др. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Предложена двухтопливная система питания автотракторного дизеля, содержащая бак минерального топлива 1, бак дизельного смесевого топлива 2, линии 3 и 4 забора минерального и смесевого топлива, топливный фильтр 5 грубой очистки, топливный фильтр 6 тонкой очистки, топливоподкачивающий насос 7, ТНВД 8 и форсунки 9. В месте сообщения линий забора минерального и смесевого топлива размещен переключатель 10 вида топлива, а между фильтром 6 тонкой очистки топлива и ТНВД 8 установлен цилиндрический корпус 11 с входным 13 и выходным 12 каналами, во внутренней полости которого размещен пьезоизлучатель ультразвуковых колебаний, электрически соединенный с блоком формирования колебаний высокой частоты 14. Технический результат - повышение энергетического эквивалента минерального и биологического топлива, а также повышение качества смешивания компонентов дизельного и дизельного смесевого топлива за счет ультразвуковой обработки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двухтопливных системах питания автотракторных дизелей при смешивании минерального и растительного компонентов смесевого топлива. Ультразвуковой смеситель компонентов дизельного смесевого топлива содержит излучатель 1 высокочастотных колебаний в виде дисковых пьезоэлементов 7, размещенных в направляющих 8 крепежного приспособления 9, расположенного в полости корпуса 2 смесителя, имеющего два входных 4, 5 и один выходной 3 каналы и электронный блок управления 6, формирующий импульсы напряжения высокочастотных колебаний и электрически соединенный с излучателем 1. Питание электронного блока управления осуществляется постоянным током 12 В. Под действием высокочастотных колебаний минеральный и растительный компоненты, поступающие через входные каналы в полость корпуса смесителя, тщательно смешиваются и приготовленное смесевое топливо через выходной канал отводится из полости смесителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Двухтопливная система питания дизеля содержит бак 1 минерального топлива, бак 2 дизельного смесевого топлива, линии 3 и 4 забора минерального и смесевого топлива, топливный фильтр грубой 5 и тонкой 6 очистки, топливоподкачивающий насос 7, топливный насос высокого давления 8, форсунки 9, ультразвуковой смеситель 10 и переключатель 14 вида моторного топлива, размещенный в месте сообщения линий забора минерального и смесевого топлива и выполненый в виде электромагнитного распределителя 15 с исполнительным механизмом 16. Электрическая цепь электромагнитного распределителя 15 соединена с источником питания 13 бортовой сети автотранспортного средства через включатель 17 и температурный датчик 18, расположенный в системе охлаждения дизеля. Технический результат - автоматическое переключение с одного вида моторного топлива на другое после прогрева холодного дизеля по сигналам температурного датчика. 1 ил.

Изобретение относится к устройству для акустической и магнитной обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания. Устройство включает источник питания, электромагнитную систему (4) с электрическими обмотками (6) с выводами, которые подключены к источнику питания, и ферритовый магнитопровод (5). Корпус (1) устройства является цилиндрическим, выполнен из диамагнитного материала, имеет сквозное осевое отверстие (2), проточку (3) для электромагнитной системы (4) и разъем (7) для подключения выводов обмотки (6) к источнику питания. Магнитопровод (5) выполнен тороидальным, и на нем расположена катушка, состоящая из по меньшей мере трех электрических обмоток (6) с выводами, подключенными к источнику питания по схеме "звезда". В качестве источника питания применяется источник трехфазного переменного напряжения. Причем источник питания создает переменное напряжение в резонансном звуковом диапазоне частот 32-35 кГц. Корпус (1) с электромагнитной системой (4) заполнен отвердителем – эпоксидной смолой. Технический результат заключается в повышении эффективности обработки топлива за счет одновременного воздействия акустического и магнитного полей. 5 ил.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен бензонасос, состоящий из впускного штуцера 1, компенсационной камеры 2, соединенной с входом впускного клапана 3, выход которого соединен с накопительной камерой 4, которую образуют корпус 5 и мембрана 6, закрепленная на штоке 7, являющимся сердечником электромагнита 8. Электромагнит 8 соединен с выходом преобразователя сигнала симметричный-асимметричный 9, на вход которого поступает сигнал с модулятора 10, один вход которого соединен с генератором ультразвуковых колебаний 11, второй - с преобразователем напряжение-частота 12. Вход преобразователя напряжение-частота 12 соединен с выходом датчика положения дроссельной заслонки 13. Накопительная камера 4 соединена с выпускным клапаном 14. Благодаря используемому в устройстве эффекту кавитации производится обработка жидкого топлива вязких и высоковязких типов, тем самым обеспечивая повышение экологической чистоты выхлопных газов двигателя за счет более полного сгорания топливовоздушной смеси и снижения расхода топлива. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам обработки воздушно-топливной смеси

Наверх