RU106669U1

RU106669U1 - MULTI-COMPONENT DEVICE FOR PREPARING FUEL OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU106669U1
Application number: RU2010130382/06U
Authority: RU
Inventors: Борис Георгиевич Еремин; Дмитрий Борисович Еремин; Сергей Владимирович Мартынов; Алексей Владимирович Назаров; Александр Петрович Ситников; Алексей Николаевич Царьков
Original assignee: Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики"
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2011-07-20

Abstract

Многокомпонентное устройство для подготовки топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащее положительный и отрицательный электроды с постоянным зазором, отличающееся тем, что количество плазмохимических генераторов соответствует составным частям компонентов топлива, конструктивно подобных и расположенных на одном корпусе, являющемся единым анодом для всех плазмохимических генераторов, подвод компонентов углеводородной смеси осуществляется через сопловые отверстия каждого плазмохимического генератора. A multicomponent device for the preparation of fuel for an internal combustion engine, containing positive and negative electrodes with a constant gap, characterized in that the number of plasma-chemical generators corresponds to the component parts of the fuel components, structurally similar and located on one housing, which is a single anode for all plasma-chemical generators, the supply of hydrocarbon components the mixture is carried out through the nozzle holes of each plasma-chemical generator.

Description

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к устройствам активации топлива непосредственно перед впрыском в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, преимущественно дизеля.The utility model relates to internal combustion engines, in particular to fuel activation devices immediately before injection into the combustion chamber of an internal combustion engine, mainly a diesel engine.

Известно устройство для обеспечения более полного сгорания топлива и уменьшения вредных примесей. Сущность полезной модели заключается в том, что поток пропускают через участок топливопровода, в котором установлены электроды: наружный и внутренний, на которые от генератора электромагнитной энергии подается переменное напряжение с переменной частотой. Между электродами благодаря движущемуся между ними топливу возникает подвижное переменное электромагнитное поле, под действием которого топливо дополнительно энергетизируется и дробится на мелкие фракции. При этом параметры электромагнитного воздействия на топливо устанавливаются экспериментально (патент РФ №2038506, F02M 27/04).A device is known to provide more complete combustion of fuel and reduce harmful impurities. The essence of the utility model is that the flow is passed through a portion of the fuel pipe in which the electrodes are installed: external and internal, to which an alternating voltage with a variable frequency is supplied from the electromagnetic energy generator. Between the electrodes, due to the fuel moving between them, a mobile alternating electromagnetic field arises, under the influence of which the fuel is additionally energized and crushed into small fractions. In this case, the parameters of the electromagnetic effect on the fuel are established experimentally (RF patent No. 2038506, F02M 27/04).

Недостатком известного устройства является то, что оно не затрагивает молекулярную структуру топлива и слабо влияет на процесс активации.A disadvantage of the known device is that it does not affect the molecular structure of the fuel and weakly affects the activation process.

Известно также устройство обработки топлива для ДВС электрическим путем с целью его активации (А.С. СССР №1671934, F02M 27/04), включающее корпус с подводящими и отводящими штуцерами для топлива, отрицательный и положительный электроды, источник питания, токопроводы.It is also known a device for processing fuel for ICE electrically in order to activate it (AS USSR No. 1671934, F02M 27/04), including a housing with inlet and outlet fittings for fuel, negative and positive electrodes, a power source, current leads.

Недостатком данного устройства для активации топлива является его малая эффективность вследствие слабого влияния указанных полей на физико-химическую структуру вещества и слабо влияет на процесс активизации топлива.The disadvantage of this device for activating fuel is its low efficiency due to the weak influence of these fields on the physicochemical structure of the substance and weakly affects the process of activation of the fuel.

Известен также способ активации топлива для двигателя внутреннего сгорания и система активации топлива для двигателя внутреннего сгорания. Изобретение реализовано в виде форсунки содержащей положительный и отрицательный коаксиальные электроды с постоянным зазором, причем штифт иглы и колодец снабжены мини-ребрами для концентрации напряженности поля, а поверхность иглы снабжена мини-пазами, обеспечивающими ее вращение с целью зачистки общих контактных поверхностей между запирающим конусом иглы и седлом колодца (патент РФ №2156878, F02M 27/04).There is also known a method of activating fuel for an internal combustion engine and a fuel activation system for an internal combustion engine. The invention is implemented in the form of a nozzle containing positive and negative coaxial electrodes with a constant gap, moreover, the pin of the needle and the well are equipped with mini-ribs for concentration of the field strength, and the surface of the needle is equipped with mini-grooves, ensuring its rotation in order to clean the common contact surfaces between the locking cone of the needle and a saddle well (RF patent No. 2156878, F02M 27/04).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невозможность использования данной форсунки при использовании различных углеводородных соединений для подготовки активной топливовоздушной смеси.The disadvantage of this device is the design complexity, the inability to use this nozzle when using various hydrocarbon compounds to prepare an active air-fuel mixture.

Прототипом полезной модели является полезная модель “Устройство для обработки топлива” (патент РФ №87472, F02M 27/04), содержащее положительный и отрицательный электроды с постоянным зазором, в котором активация топлива, производится путем изменения физико-химического состава углеводородной смеси при воздействии на нее низкотемпературной воздушной плазмой в разрядной камере плазменного конвертора топлива, подаваемой через специально спрофилированный анод и сопловые отверстия, расположенные по касательной к оси подачи топлива с последующей подачей полученной активной рабочей смеси непосредственно в камеру сгорания двигателя.The prototype of the utility model is the utility model “Fuel processing device” (RF patent No. 87472, F02M 27/04), containing positive and negative electrodes with a constant gap, in which the activation of the fuel is carried out by changing the physicochemical composition of the hydrocarbon mixture when exposed to low-temperature air plasma in the discharge chamber of the plasma fuel converter supplied through a specially profiled anode and nozzle holes located tangentially to the axis of the fuel supply with the following she received an active working feed mixture directly into the engine combustion chamber.

Недостатком данного устройства является то, что на все компоненты топливовоздушной смеси воздействует одинаковая энергетика низкотемпературной воздушной плазмы в реакторе плазменного конвертора топлива, это не позволяет воздействовать избирательно на различные компоненты многокомпонентной углеводородной смеси, добиваясь различной их степени активации.The disadvantage of this device is that all the components of the air-fuel mixture are affected by the same energy of the low-temperature air plasma in the reactor of the plasma fuel converter, this does not allow to selectively affect the various components of the multicomponent hydrocarbon mixture, achieving different degrees of activation.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в создании эффективного устройства для достижения высокой активации углеводородных соединений для ДВС путем избирательного воздействия низкотемпературной плазмы на многокомпонентную углеводородную смесь, изменяя структуру молекул углеводородных соединений для образования в плазменном конверторе топлива короткоживущих радикалов, играющих большую роль в разветвленных цепных реакциях, по которым происходит горение углеводородных соединений, что обеспечивает эффективную работу устройства на различных сортах моторного топлива и прочих углеводородных соединениях и повышает экономические и экологические характеристики ДВС.The problem the utility model aims to solve is to create an effective device for achieving high activation of hydrocarbon compounds for internal combustion engines by selective action of low-temperature plasma on a multicomponent hydrocarbon mixture, changing the structure of hydrocarbon molecules to form short-lived radicals in the plasma converter, which play a large role in branched chain reactions through which the combustion of hydrocarbon compounds occurs, which ensures efficient w devices work in different grades of motor fuel and other hydrocarbon compounds and raises economic and environmental performance of the engine.

Поставленная цель достигается тем, что каждый компонент углеводородной смеси обрабатывают низкотемпературной воздушной плазмой в индивидуальном реакторе плазменного конвертора топлива, что позволяет избирательно регулировать активность каждого компонента и получаемой рабочей смеси в целом на выходе многокомпонентного устройства непосредственно перед впрыском в камеру сгорания двигателя.This goal is achieved in that each component of the hydrocarbon mixture is treated with low-temperature air plasma in an individual reactor of the plasma fuel converter, which allows you to selectively control the activity of each component and the resulting working mixture as a whole at the output of the multicomponent device immediately before injection into the combustion chamber of the engine.

Предлагаемое устройство отличается от известных устройств для подготовки топлива тем, что активация компонентов углеводородной смеси топлива, производится избирательно путем изменения физико-химического состава каждого компонента углеводородной смеси при воздействии на компонент смеси энергетикой низкотемпературной воздушной плазмы в разрядной камере индивидуального плазменного конвертора топлива, с последующей подачей полученной активной рабочей смеси непосредственно в камеру сгорания двигателя.The proposed device differs from the known devices for the preparation of fuel in that the activation of the components of the hydrocarbon fuel mixture is performed selectively by changing the physicochemical composition of each component of the hydrocarbon mixture when the component of the mixture is exposed to low-temperature air plasma energy in the discharge chamber of an individual plasma fuel converter, followed by supply the resulting active working mixture directly into the combustion chamber of the engine.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.Therefore, the claimed utility model meets the requirements of novelty.

Возможность избирательного регулирования процессом конверсии физико-химических характеристик каждого компонента углеводородной смеси обеспечивает широкие диапазоны регулирования удельных и интегральных характеристик компонентов углеводородной смеси при подготовке топливовоздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания, что положительно отражается на экономических, мощностных и экологических показателях двигателя в целом.The possibility of selective regulation by the conversion process of the physicochemical characteristics of each component of the hydrocarbon mixture provides wide ranges of regulation of the specific and integral characteristics of the components of the hydrocarbon mixture in the preparation of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber, which positively affects the economic, power and environmental performance of the engine as a whole.

Заявляемая полезная модель многокомпонентного устройства для подготовки топлива двигателя внутреннего сгорания приведена на фиг.1. Полезная модель включает в себя три плазмохимических генератора I, II, III, конструктивно подобных и состоящих из корпуса 1, в котором на резьбе через изолирующую проставку 2 крепится катодный узел 3, вводные патрубки 4, крепящиеся к корпусу 1 посредством резьбы, через которые плазмообразующий газ подается под катодный узел 3 в цилиндрическую вихревую камеру 5. Разрядная камера 6, закрепленная посредством резьбового соединения с корпусом 1, образованная специально спрофилированным анодом 7, обеспечивающим подвод углеводородной смеси через сопловые отверстия 8, расположенные по касательной к оси подачи топлива, в плазменную струю, что обеспечивает высокую активацию топлива. Анод 7 удерживается в корпусе 1 внутренней гайкой 9, фиксируемой посредством резьбы. Разрядная камера 6 выполнена в виде сопла. Корпус 1 с наружной стороны имеет ребра воздушного охлаждения. Электропитание на катодный узел 3 и анод 7 подается от источника электропитания, индивидуального для каждого плазмохимического генератора (на фиг.1 не показаны). Это позволяет индивидуально варьировать энергетикой воздействия на каждый компонент углеводородной смеси, добиваясь заданного изменения физико-химического состава каждого компонента. Плазмохимические генераторы I, II, III крепятся посредством резьбового соединения в специально спрофилированном корпусе 10, связанном с анодом 7. Подвод компонентов углеводородной смеси осуществляется через сопловые отверстия 8 каждого плазмохимического генератора I, II, III, расположенные по касательной к оси подачи компонентов смеси, в плазменную струю, что обеспечивает заданное изменение физико-химического состава каждого компонента углеводородной смеси при воздействии на нее энергетикой низкотемпературной воздушной плазмы, обеспечивая требуемую активацию каждого компонента топлива.The inventive utility model of a multicomponent device for preparing fuel for an internal combustion engine is shown in FIG. The utility model includes three plasma-chemical generators I, II, III, structurally similar and consisting of a housing 1, in which a cathode assembly 3 is mounted on a thread through an insulating spacer 2, inlet pipes 4 are attached to the housing 1 by means of a thread through which the plasma-forming gas is fed under the cathode assembly 3 into a cylindrical vortex chamber 5. The discharge chamber 6, fixed by means of a threaded connection to the housing 1, is formed by a specially profiled anode 7, which ensures the supply of the hydrocarbon mixture through the nozzle openings 8 located tangentially to the axis of fuel supply into the plasma jet, which ensures high fuel activation. The anode 7 is held in the housing 1 by an internal nut 9, fixed by means of a thread. The discharge chamber 6 is made in the form of a nozzle. The housing 1 on the outside has air cooling fins. Power is supplied to the cathode assembly 3 and the anode 7 from a power supply individual for each plasma-chemical generator (not shown in FIG. 1). This allows you to individually vary the energy impact on each component of the hydrocarbon mixture, achieving a given change in the physico-chemical composition of each component. Plasma-chemical generators I, II, III are mounted by means of a threaded connection in a specially profiled housing 10 connected to the anode 7. The components of the hydrocarbon mixture are supplied through the nozzle holes 8 of each plasma-chemical generator I, II, III, located tangentially to the axis of supply of the mixture components, in a plasma jet, which provides a predetermined change in the physicochemical composition of each component of the hydrocarbon mixture when exposed to low-temperature air plasma energy, providing the required activation of each fuel component.

В процессе работы устройства для подготовки топливовоздушной смеси ДВС плазмообразующий газ поступает через вводные патрубки 4 под катодный узел 3 в цилиндрическую вихревую камеру 5, одновременно от источника электропитания подается электропитание на катодный узел 3 и анод 7, 10 индивидуально для каждого плазмохимического генератора I, II, III, в этот момент образуется низкотемпературная плазма в разрядной камере 6 каждого плазмохимического генератора I, II, III, воздействие низкотемпературной плазмы на каждый компонент углеводородной смеси, подаваемой через специально спрофилированный анод 7 и сопловые отверстия 8, расположенные по касательной к оси подачи топлива, в плазменную струю, приводит к сложным физико-химическим процессам в углеводородной смеси с образованием короткоживущих нестабильных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью и играющие большую роль при горении топлива. Указанные радикалы активируют данную реакцию горения, так как через несколько тысячных долей секунды обработанное и подготовленное в данном устройстве топливо уже будет участвовать в рабочем процессе в камере сгорания ДВС. Таким устройством можно обрабатывать любые компоненты углеводородной смеси (различные виды моторных топлив, в том числе и масла).In the process of operation of the device for preparing the fuel-air mixture of the internal combustion engine, the plasma-forming gas enters through the inlet pipes 4 under the cathode assembly 3 into the cylindrical vortex chamber 5, at the same time, power is supplied to the cathode assembly 3 and the anode 7, 10 individually for each plasma chemical generator I, II, III, at this moment a low-temperature plasma is formed in the discharge chamber 6 of each plasma-chemical generator I, II, III, the effect of low-temperature plasma on each component of the hydrocarbon mixture, according to supplied through a specially profiled anode 7 and nozzle openings 8, located tangentially to the axis of the fuel supply, into the plasma jet, leads to complex physicochemical processes in the hydrocarbon mixture with the formation of short-lived unstable radicals with high reactivity and which play a large role in fuel combustion . These radicals activate this combustion reaction, since after a few thousandths of a second, the fuel processed and prepared in this device will already participate in the working process in the combustion chamber of the internal combustion engine. Such a device can handle any components of a hydrocarbon mixture (various types of motor fuels, including oil).

Применение электронного блока управления с использованием микропроцессора (на фиг.1 не показан) позволяет выбирать оптимальные варианты получения активных радикалов углеводородных соединений для каждого компонента углеводородной смеси в любом из плазмохимических генераторов I, II, III, изменять энергетику электрической дуги и количественные соотношения компонента углеводородной смеси и плазмообразующего газа, что делает процесс смесеобразования топливовоздушной смеси регулируемым и эффективным на всех режимах работы двигателя, не зависимо от используемого углеводородного топлива.The use of an electronic control unit using a microprocessor (not shown in Fig. 1) allows you to choose the best options for producing active radicals of hydrocarbon compounds for each component of the hydrocarbon mixture in any of the plasma-chemical generators I, II, III, change the energy of the electric arc and the quantitative ratio of the component of the hydrocarbon mixture and plasma-forming gas, which makes the process of mixture formation of the air-fuel mixture adjustable and effective in all engine operation modes, not depending on the hydrocarbon fuel used.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что применение устройства для обработки топлива двигателя внутреннего сгорания позволяет изменять структуру молекул углеводородных соединений с образованием в них химически активных радикалов индивидуально подходя к энергетическому воздействию низкотемпературной плазмы на каждый компонент топливной смеси, в зависимости от режимов работы двигателя и типа топлива, управлять энтальпией газовой струи, концентрацией и типом химически активных частиц. Отпадает необходимость в дополнительных устройствах для обеспечения активизации состава рабочей смеси, в том числе с учетом температуры окружающего воздуха, обеспечивать надежное воспламенение рабочей смеси при использовании различных сортов моторного топлива, снижается удельный расход топлива. Инвариантность к различным типам используемого углеводородного топлива обеспечивается его деструкцией с помощью низкотемпературной воздушной плазмы, что известно (Пиролиз. Краткая химическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1964, сс 1069…1082).The technical and economic efficiency of the proposed device lies in the fact that the use of a device for processing fuel of an internal combustion engine allows you to change the structure of molecules of hydrocarbon compounds with the formation of chemically active radicals in them individually approaching the energy effects of low-temperature plasma on each component of the fuel mixture, depending on operating conditions engine and fuel type, control the enthalpy of the gas stream, the concentration and type of chemically active particles. There is no need for additional devices to ensure the activation of the composition of the working mixture, including taking into account the ambient temperature, to ensure reliable ignition of the working mixture when using various grades of motor fuel, and specific fuel consumption is reduced. Invariance to various types of hydrocarbon fuels used is ensured by its destruction using low-temperature air plasma, which is known (Pyrolysis. Brief Chemical Encyclopedia. M: Sov. Encyclopedia, 1964, pp. 1069 ... 1082).

Указанный технический результат достигается также тем, что применение индивидуальных плазмохимических генераторов I, II, III, воздействующих раздельно на компоненты топливной смеси, позволяет с помощью электронного блока управления преобразовывать плазмообразующий газ в низкотемпературную воздушную плазму, воздействующую на компонент углеводородной смеси, что изменяет структуру молекул углеводородной смеси с образованием в ней химически активных радикалов, играющих большую роль в разветвленных цепных реакциях, по которым происходит горение углеводородного топлива, изменяя энергетику электрической дуги и количественные соотношения топлива и воздуха, организовать динамику подачи активных частиц углеводородной смеси, автоматически изменять ее физико-химический состав, в зависимости от нагрузки двигателя, формировать рабочую смесь и обеспечивать гарантированное воспламенение ее в цилиндре двигателя.The specified technical result is also achieved by the fact that the use of individual plasma-chemical generators I, II, III, acting separately on the components of the fuel mixture, allows using the electronic control unit to convert the plasma-forming gas into a low-temperature air plasma acting on the component of the hydrocarbon mixture, which changes the structure of hydrocarbon molecules mixtures with the formation of chemically active radicals in it, which play a large role in the branched chain reactions by which burning hydrocarbon fuel, changing the energy of the electric arc and the quantitative ratio of fuel and air, organize the dynamics of the supply of active particles of the hydrocarbon mixture, automatically change its physico-chemical composition, depending on the engine load, form a working mixture and ensure its guaranteed ignition in the engine cylinder.

Таким образом, достигается более полное и эффективное использование топлива, улучшаются экономические и экологические характеристики двигателя в целом.Thus, a more complete and efficient use of fuel is achieved, and the economic and environmental characteristics of the engine as a whole are improved.

Claims

A multicomponent device for preparing fuel for an internal combustion engine, containing positive and negative electrodes with a constant gap, characterized in that the number of plasma chemical generators corresponds to the component parts of the fuel components, structurally similar and located on the same housing, which is a single anode for all plasma chemical generators, the supply of hydrocarbon components the mixture is carried out through the nozzle holes of each plasma chemical generator.