Акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением Российский патент 2024 года по МПК B01F33/80 B01F23/411 F02M43/00 F02M27/08 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в системе питания поршневых дизельных двигателей для смешивания и обработки акустическими (ультразвуковыми) высокочастотными колебаниями двух разнородных жидких компонентов, например, нефтяного дизельного топлива и растительного масла при приготовлении дизельного смесевого бионефтяного топлива непосредственно на «борту» автотракторного средства.

Смесевое бионефтяное топливо - моторное дизельное топливо, получаемое смешиванием товарного нефтяного дизельного топлива и растительного (рапсового, рыжикового, редечного, горчичного, соевого, сафлорового, сурепного и др.) масла в определённом долевом соотношении. Однако растительные масла, производимые из масличных сельскохозяйственных культур и входящие в состав смесевого бионефтяного топлива, обладают повышенной кинематической вязкостью: в среднем 55…80 мм²/с при температуре плюс 20°С. Даже при смешивании небольших доз растительных масел с товарным нефтяным дизельным топливом кинематическая вязкость бионефтяного топлива остаётся высокой, тогда как для качественного распыла и требуемой дальнобойности факельной струи моторного топлива, впрыскиваемого форсункой в камеру сгорания поршневого дизельного двигателя, кинематическая вязкость должна быть в пределах 3…6 мм²/с. Следовательно, к смесевому бионефтяному топливу предъявляют высокие требования не только по качеству смешивания нефтяного и биологического компонентов для получения однородного мелкодисперсного состава бионефтяного топлива с соблюдением заданного долевого соотношения компонентов между собой, но и обеспечения требуемой кинематической вязкости в процессе впрыска такого смесевого топлива в камеру сгорания дизельного двигателя. Обеспечить качественное смешивание нефтяного и биологического компонентов и одновременно уменьшить вязкость бионефтяного топлива в процессе работы автотракторных средств можно путём ультразвуковой обработки смешиваемых компонентов в акустическом смесителе. Под воздействием кавитационных процессов, вызываемых ультразвуковыми (акустическими) высокочастотными колебаниями с частотой излучения 22…25 кГц, происходит разрыв межмолекулярных связей атомов углеводородов растительного масла и нефтяного топлива, расщепление молекул жирных кислот, содержащихся в растительном масле, и образование в эмульгированной смеси масла и топлива пульсирующих пузырьков, заполненных газом. После кратковременного существования часть пузырьков схлопывается, а в местах их схлопывания наблюдается локальное повышение температуры, что в конечном итоге приводит к образованию мелкодисперсной среды и нагреву всей массы эмульгированной смеси. В результате нагрева кинематическая вязкость готового продукта - смесевого бионефтяного топлива уменьшается [Ультразвук: эффективность применения и технические средства / Ю.В. Уханова, Н.А. Перова, А.П. Уханов // Известия Самарской ГСХА. - 2019. - Вып.2. - С. 57-63].

Известен акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива [Патент № 2546891РФ, МПК F 02 М 43/00, В 01 F 11/02. Ультразвуковой смеситель растительного масла и минерального топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, И.Ф. Адгамов. - № 2014112926; Заявл. 02.04 2014; Опубл. 10.04.2015, Бюл. № 10], содержащий автономный источник питания постоянного тока, один (или два) ультразвуковой излучатель высокочастотных колебаний, размещенный в полости цилиндрического корпуса смесителя, соединенный (ые) электропроводами с электронным блоком управления, состоящим из стабилизатора напряжения, одного (или двух) высокочастотного генератора импульсов, одного (или двух) высокочастотного трансформатора, вход(ы) которого соединен с источником питания. Под воздействием акустических колебаний растительного масла и нефтяного топлива в эмульгированной смеси наблюдаются процессы кавитации и диспергирования, что способствует относительно качественному смешиванию указанных компонентов.

Недостатком данного акустического смесителя является недостаточное качество смешивания компонентов смесевого бионефтяного топлива, обусловленное тем, что не учитывается долевое содержание и величина кинематической вязкости каждого компонента, что негативно сказывается на значении кинематической вязкости целевого продукта - смесевого бионефтяного топлива, а в конечном итоге на качестве распыла и дальнобойности факельной струи бионефтяного топлива, впрыскиваемого форсункой в камеру сгорания поршневого дизельного двигателя.

Из всех известных устройств наиболее близким по технической сущности является акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива [Патент № 2629342 РФ, МПК F 02 М 43/00, F 02 М 27/08, В 01 F 11/02, В 01 F 3/08. Ультразвуковой смеситель компонентов дизельного смесевого топлива / Ю.В. Уханова, А.П. Уханов, Д.А. Уханов. - № 2016140025; Заявл. 11.10.2016; Опубл. 28.08.2017, Бюл. № 25], содержащий один (или два) ультразвуковой (ых) дисковый (ых) пьезоэлектрический (их) излучатель (я), размещенный (ых) с помощью крепёжного приспособления в полости цилиндрического корпуса смесителя, в днище которого имеется выходной канал для отвода готового смесевого топлива, крышку корпуса с двумя входными каналами, к которым подводится нефтяной и биологический компоненты бионефтяного топлива для их смешивания и обработки высокочастотными акустическими колебаниями, формирующимися электронным блоком управления, электрически соединенным с дисковым (ми) пьезоэлектрическим (ми) излучателем (ями).

Недостатком акустического смесителя, принятого за прототип, является недостаточное качество смешивания компонентов смесевого бионефтяного топлива, обусловленное тем, что не учитывается долевое содержание и величина кинематической вязкости каждого компонента, что негативно сказывается на значении кинематической вязкости целевого продукта - смесевого бионефтяного топлива и, как следствие, на качестве распыла и дальнобойности факельной струи бионефтяного топлива, впрыскиваемого форсункой в камеру сгорания поршневого дизельного двигателя.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченного недостатка и от его применения получен следующий технический результат: улучшение качества смешивания компонентов в процессе их дозирования за счёт создания условий по снижению кинематической вязкости при приготовлении смесевого бионефтяного топлива, повышение качества распыла и дальнобойности факельной струи бионефтяного топлива, впрыскиваемого форсункой в камеру сгорания поршневого дизельного двигателя.

Указанный технический результат достигается за счет того, что акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением, содержащий цилиндрический корпус и герметичную крышку с входными каналами смешиваемых двух разнородных жидких компонентов (например, нефтяного дизельного топлива и растительного масла) целевого продукта (например, смесевого бионефтяного топлива), выходной канал, выполненный в днище корпуса и служащий для отвода целевого продукта из смесителя, во внутренней полости корпуса смесителя с помощью крепёжного приспособления установлен дисковый пьезоэлектрический излучатель высокочастотных акустических колебаний, электрически соединенный с электронным блоком управления, согласно изобретению дополнительно имеются шаговые электродозаторы, размещённые во входных каналах крышки смесителя и электрически соединённые с выходом электронного блока управления, датчики вязкости смешиваемых компонентов, установленные во входных каналах крышки смесителя, датчик вязкости смесевого топлива, установленный в выходном канале целевого продукта, вычислительный блок, подключенный своим выходом с входом электронного блока управления, к входам вычислительного блока электрически подключены датчики вязкости смешиваемых компонентов и целевого продукта.

На фиг. 1 изображена функциональная схема акустического смесителя компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением.

Акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением содержит цилиндрический корпус 1 и герметичную крышку 2 с входными каналами 3, 4 смешиваемых двух разнородных жидких компонентов (например, нефтяного дизельного топлива и растительного масла) целевого продукта (например, смесевого бионефтяного топлива), выходной канал 5, выполненный в днище корпуса 1 и служащий для отвода целевого продукта из смесителя, во внутренней полости корпуса 1 смесителя с помощью крепёжного приспособления установлен дисковый пьезоэлектрический излучатель 6 высокочастотных акустических колебаний, электрически соединенный с электронным блоком управления 7, причём дополнительно имеются шаговые электродозаторы 8, 9, размещённые во входных каналах 3, 4 крышки 2 смесителя и электрически соединённые с выходом электронного блока управления 7, датчики вязкости 10, 11 смешиваемых компонентов, установленные во входных каналах 3, 4 крышки 2 смесителя, датчик вязкости 12 смесевого топлива, установленный в выходном канале 5 целевого продукта, вычислительный блок 13, подключенный своим выходом с входом электронного блока управления 7, к входам вычислительного блока 13 электрически подключены датчики вязкости 10, 11 и 12 смешиваемых компонентов и целевого продукта.

Работает акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением следующим образом.

Постоянный ток напряжением 12 В (например, от бортовой электросети автотракторного средства) подается на электронный блок управления 7, который формирует и подаёт высокочастотные сигналы на ультразвуковой дисковый пьезоизлучатель 6, размещенный с помощью крепёжного приспособления в полости цилиндрического корпуса 1 смесителя вдоль потока нефтяного и биологического компонентов (нефтяного топлива и растительного масла). Нефтяной и биологический компоненты, поступая через входные каналы 3 и 4 в полость корпуса 1 смесителя и двигаясь в направлении выходного канала 5, подвергаются акустическим (ультразвуковым) высокочастотным колебаниям, излучаемых пьезоизлучателем 6, что приводит к качественному смешиванию компонентов и получению целевого продукта в виде однородного мелкодисперсного состава смесевого бионефтяного топлива.

Для приготовления смесового бионефтяного топлива, например, компонентного состава 50% РМ+50%ДТ с процентным соотношением растительного масла (РМ) и нефтяного дизельного топлива (ДТ) 50:50 и с кинематической вязкостью, равной 5 мм²/с, в вычислительном блоке 13 устанавливается заданное значение вязкости. Это приводит к тому, что этот информативный сигнал поступает через электронный блок управления 7 в электрическую цепь шаговых электродозаторов 8 и 9, вызывая асинхронное перемещение их исполнительных механизмов (запорных клапанов) на различную величину и соответствующее изменение площади поперечного сечения входных каналов 3 и 4. Например, клапан электродозатора 8 перемещается в сторону открытия впускного канала 3, а клапан электродозатора 9 - в сторону закрытия впускного канала 4. Кинематическая вязкость смешиваемых компонентов бионефтяного топлива контролируется датчиками вязкости 10 и 11, установленными во входных каналах 3 и 4, сигнал от которых поступает в вычислительный блок 13. Если кинематическая вязкость смесевого бионефтяного топлива изменяется во время работы двигателя автотракторного средства, то в вычислительном блоке 13 происходит сравнение текущего значения вязкости, фиксируемой датчиком 12, с заданным значением вязкости, а по сигналу рассогласования формируется командный сигнал, подаваемый через электронный блок управления на электродозаторы 8 и 9.

Таким образом, за счёт совокупности использования известных и отличительных (шаговых электродозаторов, датчиков вязкости, вычислительного блока и электрических связей между ними) существенных признаков достигается повышение качества смешивания компонентов бионефтяного топлива путём автоматического регулирования процентного соотношения компонентов в смесевом бионефтяном топливе и создания условий по снижению кинематической вязкости бионефтяного топлива.

Заявляемый акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением технически реализуем.

На фиг. 2 показаны отдельные элементы акустического смесителя: дисковый пьезоизлучатель 1, электропровода 2, электронный блок управления 3, корпус 4 смесителя с размещенным в его полости дисковым пьезоизлучателем 1 и шаговый электродозатор 5.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в системах питания автотракторных дизелей при смешивании биологического и нефтяного компонентов бионефтяного топлива. Акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением содержит корпус 1 и крышку 2 с входными каналами 3, 4 для подвода смешиваемых двух разнородных жидких компонентов, например нефтяного дизельного топлива и растительного масла, целевого продукта, например смесевого бионефтяного топлива, выходной канал 5, выполненный в днище корпуса 1 и служащий для отвода целевого продукта из смесителя, во внутренней полости корпуса 1 смесителя установлен дисковый пьезоэлектрический излучатель 6 акустических колебаний, электрически соединенный с электронным блоком управления 7, шаговые электродозаторы 8, 9, размещенные во входных каналах 3, 4 и электрически соединенные с выходом электронного блока управления 7, датчики вязкости 10, 11 смешиваемых компонентов, установленные во входных каналах 3, 4, датчик вязкости 12 смесевого топлива, установленный в выходном канале 5 целевого продукта, вычислительный блок 13, подключенный своим выходом с входом электронного блока управления 7, к входам вычислительного блока 13 электрически подключены датчики вязкости 10, 11 и 12 смешиваемых компонентов и целевого продукта. Технический результат изобретения - улучшение качества смешивания компонентов в процессе их дозирования за счет создания условий по снижению кинематической вязкости при приготовлении смесевого бионефтяного топлива, повышение качестве распыла и дальнобойности факельной струи бионефтяного топлива, впрыскиваемого форсункой в камеру сгорания поршневого дизельного двигателя. 2 ил.

Акустический смеситель компонентов бионефтяного топлива с электронным управлением, содержащий цилиндрический корпус и герметичную крышку с входными каналами смешиваемых двух разнородных жидких компонентов, например нефтяного дизельного топлива и растительного масла, целевого продукта, например смесевого бионефтяного топлива, выходной канал, выполненный в днище корпуса и служащий для отвода целевого продукта из смесителя, во внутренней полости корпуса смесителя с помощью крепежного приспособления установлен дисковый пьезоэлектрический излучатель высокочастотных акустических колебаний, электрически соединенный с электронным блоком управления, отличающийся тем, что дополнительно имеются шаговые электродозаторы, размещенные во входных каналах крышки смесителя и электрически соединенные с выходом электронного блока управления, датчики вязкости смешиваемых компонентов, установленные во входных каналах крышки смесителя, датчик вязкости смесевого топлива, установленный в выходном канале целевого продукта, вычислительный блок, подключенный своим выходом с входом электронного блока управления, к входам вычислительного блока электрически подключены датчики вязкости смешиваемых компонентов и целевого продукта.