СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F02M27/04 F02B51/04 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к средствам повышения энергетической возможности топлива, и предназначено для использования в двигателях внутреннего сгорания, тепловых агрегатах и подобных устройствах.

Известен способ подготовки топлива, включающий предварительную его турбулизацию, подачу во входную полость, разделение на центральный и периферийные потоки, перепуск каждого потока с переменной скоростью и смешивание потоков в выходной полости, при этом топливо центрального потока направляют в центральный канал с выполненной в нем расширяющейся полостью, в которой его перемешивают, топливо периферийного потока направляют в расположенную вокруг центрального потока кольцевую камеру, ограниченную с двух сторон разделителями, и обрабатывают магнитным полем размещенного в кольцевой камере кольцевого постоянного магнита за счет последовательной подачи топлива на его торцевую поверхность от периферии к осевому отверстию магнита и далее на противоположную его торцевую поверхность от осевого отверстия к периферии, причем перед направлением периферийного потока из входной полости в кольцевую камеру его разделяют на составляющие путем перепуска через отверстия, выполненные на периферии разделителя, а при перепуске топлива из кольцевой камеры в выходную полость его также разделяют на составляющие (патент РФ 2158844, МПК F 02 M 27/04, 2000).

Из этого же источника информации известно устройство подготовки топлива, содержащее корпус, в котором последовательно установлены разделители, выполненные в форме дисков с периферийными отверстиями и осевыми отверстиями, связанными между собой при помощи осевого топливопровода, расположенную между разделителями кольцевую камеру с установленным в ней вокруг осевого топливопровода постоянным магнитом кольцевой формы и входную и выходную полости, расположенные с противоположных сторон кольцевой камеры и сообщенные между собой при помощи выполненного в осевом топливопроводе центрального канала, причем в центральном канале выполнена, по меньшей мере, одна расширяющаяся полость, периферийные отверстия разделителей расположены вокруг осевых отверстий с образованием периферийных каналов, сообщенных с кольцевой камерой, а магнит размещен с возможностью изменения направления периферийного потока топлива в кольцевой камере при последовательном обтекании обеих торцевых и внутренней цилиндрической поверхностей магнита.

Однако в известном техническом решении как в части способа, так и устройства эффективность подготовки топлива недостаточна.

Задачей настоящего изобретения является снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов за счет повышения эффективности подготовки топлива.

Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе подготовки топлива, включающем предварительную его турбулизацию, подачу во входную полость, разделение на центральный и периферийные потоки, перепуск каждого потока с переменной скоростью и смешивание потоков в выходной полости, при этом топливо центрального потока направляют в центральный канал с выполненной в нем расширяющейся полостью, в которой его перемешивают, топливо периферийного потока направляют в расположенную вокруг центрального потока кольцевую камеру, ограниченную с двух сторон разделителями, и обрабатывают магнитным полем размещенного в кольцевой камере кольцевого постоянного магнита за счет последовательной подачи топлива на его торцевую поверхность от периферии к осевому отверстию магнита и далее на противоположную его торцевую поверхность от осевого отверстия к периферии, причем перед направлением периферийного потока из входной полости в кольцевую камеру его разделяют на составляющие путем перепуска через отверстия, выполненные на периферии первого разделителя, а при перепуске топлива из кольцевой камеры в выходную полость его также разделяют на составляющие путем перепуска через отверстия, выполненные на периферии второго разделителя, согласно изобретению предварительную турбулизацию топлива осуществляют во входной полости путем подачи его в выемки, выполненные на поверхности первого разделителя, а разделенное на потоки топливо перепускают через выполненные в днище каждой выемки отверстия с диаметром, меньшим диаметра выемки, топливо в каждой выемке периферийного канала закручивают вокруг оси отверстия в днище выемки, в районе осевого отверстия магнита периферийный поток дросселируют путем уменьшения его проходного сечения, а на выходе из кольцевой камеры составляющие периферийного потока дополнительно закручивают путем перепуска через выполненные во втором разделителе периферийные каналы с выемками.

Поставленная задача в части способа решается также тем, что топливо могут дополнительно обрабатывать пульсирующим магнитным полем переменной амплитуды и частоты.

Поставленная задача в части способа решается также тем, что пульсирующее магнитное поле переменной амплитуды и частоты могут создавать путем взаимодействия со спиральным магнитопроводом составляющих периферийного потока топлива, предварительно обработанного постоянным магнитом и закрученного в выемках цилиндрических вставок.

Поставленная задача в части способа решается также тем, что смешанное в выходной полости топливо могут направлять в дополнительную полость, заполненную катализатором, и осуществлять в ней частичную конверсию топлива.

Поставленная задача в части способа решается также тем, что в качестве катализатора могут использовать смесь из стружки титана и меди.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что в устройстве подготовки топлива, содержащем корпус, в котором последовательно установлены разделители, выполненные в форме дисков с периферийными отверстиями и осевыми отверстиями, связанными между собой при помощи осевого топливопровода, расположенную между разделителями кольцевую камеру с установленным в ней вокруг осевого топливопровода постоянным магнитом кольцевой формы и входную и выходную полости, расположенные с противоположных сторон кольцевой камеры и сообщенные между собой при помощи выполненного в осевом топливопроводе центрального канала, причем в центральном канале выполнена, по меньшей мере, одна расширяющаяся полость, периферийные отверстия разделителей расположены вокруг осевых отверстий с образованием периферийных каналов, сообщенных с кольцевой камерой, а магнит размещен с возможностью изменения направления периферийного потока топлива в кольцевой камере при последовательном обтекании обеих торцевых и внутренней цилиндрической поверхностей магнита, согласно изобретению на поверхности разделителей со стороны входной и выходной полостей в районе каждого отверстия выполнены выемки с диаметром, превышающим диаметр отверстия, расширяющаяся полость центрального канала выполнена в виде двух сферических сегментов, на поверхностях разделителей со стороны кольцевой камеры в районе периферийных отверстий выполнены дополнительные выемки, во внутреннем отверстии кольцевого магнита расположен ограничитель скорости движения периферийного потока, а вокруг корпуса навит спиральный магнитопровод.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что выемки могут быть выполнены в виде сферических сегментов.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что спиральный магнитопровод может быть выполнен в виде медной трубки, заполненной оловом.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что ограничитель скорости движения периферийного потока может быть выполнен в виде расширения осевого топливопровода.

Поставленная задача в части устройства решается также тем, что в корпусе за выходной полостью по ходу движения топлива может быть выполнена дополнительная полость, образованная ограничительными сетками и наполненная смесью стружки титана и меди в соотношении соответственно 65-75% и 35-25%.

Заявленное изобретение представлено на чертеже.

Устройство, реализующее описываемый способ подготовки топлива, содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, в котором последовательно установлены разделители 4 и 5, выполненные в форме дисков с осевыми 6 и периферийными 7 отверстиями. Разделители 4 и 5 связаны между собой при помощи осевого топливопровода 8 с возможностью соединения осевого отверстия 6 разделителя 4 с осевым отверстием 6 разделителя 5. Между разделителями 4 и 5 расположена кольцевая камера 9 с установленным в ней вокруг осевого топливопровода 8 постоянным магнитом 10 кольцевой формы. С противоположных сторон кольцевой камеры 9 расположены входная 11 и выходная 12 полости, сообщенные между собой при помощи выполненного в осевом топливопроводе 8 центрального канала 13, в котором выполнена расширяющаяся полость 14. Периферийные отверстия 7 разделителей 4 и 5 расположены вокруг осевых отверстий 6 с образованием периферийных каналов, сообщенных с кольцевой полостью 9. Магнит 10 размещен с возможностью изменения направления потока топлива в кольцевой камере 9 при последовательном обтекании обеих торцевых и внутренней цилиндрической поверхностей магнита 10. На поверхностях разделителей 4 и 5 со стороны входной 11 и выходной 12 полостей в районе осевых отверстий 6 выполнены выемки 15, а в районе периферийных отверстий 7 - выемки 16 с диаметром, превышающим диаметр отверстий соответственно 6 и 7. Расширяющаяся полость 14 центрального канала 13 выполнена в виде двух сферических сегментов. На поверхностях разделителей 4 и 5 со стороны кольцевой камеры 9 в районе периферийных отверстий 7 выполнены дополнительные выемки 17. При этом выемки 15, 16 и 17 могут быть выполнены в виде сферических сегментов. Во внутреннем отверстии кольцевого магнита 10 расположен ограничитель 18 скорости движения периферийного потока, который может быть выполнен в виде расширения осевого топливопровода 8. Вокруг корпуса 1 навит спиральный магнитопровод 19, который может быть выполнен в виде медной трубки, заполненной оловом. В корпусе 1 за выходной полостью 12 может быть выполнена дополнительная полость 20 с ограничительными сетками 21, заполненная металлической стружкой. Корпус 1 может быть закрыт защитным цилиндрическим кожухом 22.

Описываемый способ реализуется следующим образом.

Топливо через входное отверстие 2 корпуса 1 поступает во входную полость 11, где происходит предварительная его турбулизация за счет движения в области выемок 15 и 16, выполненных на поверхности разделителя 4 в виде сферических сегментов. Топливо при этом разделяется на центральный и периферийные потоки. Центральный поток проходит через выполненное в днище выемки 15 центральное отверстие 6 и далее по центральному каналу 13 - в расширяющуюся полость 14, в которой происходит дополнительное перемешивание частиц топлива переменной скоростью движения потока топлива. Напряженность магнитного поля в центральном канале 13 практически равна нулю и топливо, не подвергаясь обработке магнитным полем, поступает в выходную полость 12.

Периферийный поток через выполненные в днищах выемок 16 периферийные отверстия 7 и выемки 17 попадает в кольцевую камеру 9, в которой происходит непосредственный контакт топлива с торцевой поверхностью кольцевого магнита 10, где напряженность магнитного поля максимальна, последовательно перемещаясь от его периферии к осевому отверстию, далее через осевое отверстие - к противоположной торцевой поверхности магнита 10 от осевого отверстия к периферии. Направление движения потока в данной полости перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, что обеспечивает обработку топлива с высокой эффективностью. При такой обработке топлива происходит изменение угла водородных связей, что играет большую роль в активизации последующих химических реакций (А.А.Бугаченко. Химическая поляризация электронов и ядер. М.: Наука, 1974).

Проходя последовательно через выемки 16 и 17 периферийных каналов с отверстиями 7, происходит закручивание составляющих периферийного потока, что приводит к возникновению вихревых токов, которые передаются на спиральный магнитопровод 19. Взаимодействующие с магнитопроводом вихревые токи образуют магнитное поле с переменными амплитудой и частотой, то есть пульсирующее магнитное поле, повышающее эффективность обработки топлива.

При движении периферийного потока через осевое отверстие магнита 10 его скорость ограничивают за счет уменьшения проходного сечения ограничителем 18 скорости движения периферийного потока, обеспечивая тем самым необходимое время нахождения топлива в области силовых линий магнитного поля магнита 10, что важно при больших массовых расходах топлива через устройство. Изменение площади кольцевого зазора в отверстии магнита 10 осуществляется при адаптации устройства к различным классам силовых энергетических установок.

В выходной полости 12 происходит смешивание двух потоков топлива, которое при прохождении через ограничительную сетку 21 разделяется на большое количество мелких струй, поступающих в дополнительную полость 20, заполненную смесью стружки титана (65...75%) и меди (35...25%), которые являются катализатором частичной конверсии топлива.

Полученная в результате описанной обработки структура топлива позволяет перейти от волнообразного процесса его горения в камере сгорания к многоочаговому, что, в свою очередь, позволит снизить экологически вредные выбросы.

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

Испытания устройства подготовки топлива на автомобилях по методике Правил ЕЭК ООН 82-02 показали, что количество экологически вредных выбросов сокращается и уменьшается расход топлива.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет снизить расход топлива двигателя и токсичность его отработавших газов за счет повышения эффективности предварительной подготовки топлива.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к средствам подготовки топлива для двигателей внутреннего сгорания. Задачей изобретения является снижение расхода топлива и снижение токсичности отработавших газов за счет повышения эффективности подготовки топлива. Сущность изобретения заключается в том, что топливо через входное отверстие 2 корпуса 1 поступает во входную полость 11, где происходит предварительная его турбулизация и разделение на центральный и периферийные потоки. Центральный поток проходит через выполненное в днище выемки 15 отверстие 6 и далее - в расширяющуюся полость 14. Периферийный поток попадает в кольцевую камеру 9, в которой происходит непосредственный контакт топлива с поверхностью кольцевого магнита 10. Проходя последовательно через выемки 16 и 17 периферийных каналов с отверстиями 7, происходит закручивание составляющих периферийного потока, что приводит к возникновению вихревых токов, которые передаются на спиральный магнитопровод 19 и образуют пульсирующее магнитное поле, повышающее эффективность обработки топлива. При движении периферийного потока через осевое отверстие магнита 10 его скорость ограничивают за счет уменьшения проходного сечения ограничителем 18 скорости движения периферийного потока. 2 с. и 8 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки топлива, включающий предварительную его турбулизацию, подачу во входную полость, разделение на центральный и периферийные потоки, перепуск каждого потока с переменной скоростью и смешивание потоков в выходной полости, при этом топливо центрального потока направляют в центральный канал с выполненной в нем расширяющейся полостью, в которой его перемешивают, топливо периферийного потока направляют в расположенную вокруг центрального потока кольцевую камеру, ограниченную с двух сторон разделителями, и обрабатывают магнитным полем размещенного в кольцевой камере кольцевого постоянного магнита за счет последовательной подачи топлива на его торцевую поверхность от периферии к осевому отверстию магнита и далее на противоположную его торцевую поверхность от осевого отверстия к периферии, причем перед направлением периферийного потока из входной полости в кольцевую камеру его разделяют на составляющие путем перепуска через отверстия, выполненные на периферии первого разделителя, а при перепуске топлива из кольцевой камеры в выходную полость его также разделяют на составляющие путем перепуска через отверстия, выполненные на периферии второго разделителя, отличающийся тем, что предварительную турбулизацию топлива осуществляют во входной полости путем подачи его в выемки, выполненные на поверхности первого разделителя, а разделенное на потоки топливо перепускают через выполненные в днище каждой выемки отверстия с диаметром, меньшим диаметра выемки, топливо в каждой выемке периферийного канала закручивают вокруг оси отверстия в днище выемки, в районе осевого отверстия магнита периферийный поток дросселируют путем уменьшения его проходного сечения, а на выходе из кольцевой камеры составляющие периферийного потока дополнительно закручивают путем перепуска через выполненные во втором разделителе периферийные каналы с выемками. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что топливо дополнительно обрабатывают пульсирующим магнитным полем переменной амплитуды и частоты. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пульсирующее магнитное поле переменной амплитуды и частоты создают путем взаимодействия со спиральным магнитопроводом составляющих периферийного потока топлива, предварительно обработанного постоянным магнитом и закрученного в выемках цилиндрических вставок. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что смешанное в выходной полости топливо направляют в дополнительную полость, заполненную катализатором, и осуществляют в ней частичную конверсию топлива. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют смесь из стружки титана и меди. 6. Устройство подготовки топлива, содержащее корпус, в котором последовательно установлены разделители, выполненные в форме дисков с периферийными отверстиями и осевыми отверстиями, связанными между собой при помощи осевого топливопровода, расположенную между разделителями кольцевую камеру с установленным в ней вокруг осевого топливопровода постоянным магнитом кольцевой формы и входную и выходную полости, расположенные с противоположных сторон кольцевой камеры и сообщенные между собой при помощи выполненного в осевом топливопроводе центрального канала, причем в центральном канале выполнена, по меньшей мере, одна расширяющаяся полость, периферийные отверстия разделителей расположены вокруг осевых отверстий с образованием периферийных каналов, сообщенных с кольцевой камерой, а магнит размещен с возможностью изменения направления периферийного потока топлива в кольцевой камере при последовательном обтекании обеих торцевых и внутренней цилиндрической поверхностей магнита, отличающееся тем, что на поверхностях разделителей со стороны входной и выходной полостей в районе каждого отверстия выполнены выемки с диаметром, превышающим диаметр отверстия, расширяющаяся полость центрального канала выполнена в виде двух сферических сегментов, на поверхностях разделителей со стороны кольцевой камеры в районе периферийных отверстий выполнены дополнительные выемки, во внутреннем отверстии кольцевого магнита расположен ограничитель скорости движения периферийного потока, а вокруг корпуса навит спиральный магнитопровод. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что выемки выполнены в виде сферических сегментов. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что спиральный магнитопровод выполнен в виде медной трубки, заполненной оловом. 9. Устройство по любому из пп. 6-8, отличающееся тем, что ограничитель скорости движения периферийного потока выполнен в виде расширения осевого топливопровода. 10. Устройство по любому из пп. 6-9, отличающееся тем, что в корпусе за выходной полостью по ходу движения топлива выполнена дополнительная полость, образованная ограничительными сетками и наполненная смесью стружки титана и меди в соотношении соответственно 65-75 и 35-25%.