RU2396454C2

RU2396454C2 - Device to process fuel in ice

Info

Publication number: RU2396454C2
Application number: RU2007141048/06A
Authority: RU
Inventors: Валентин Иванович Бородин (RU); Валентин Иванович Бородин
Original assignee: Гоу Впо Уральский Государственный Университет
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2010-08-10
Also published as: RU2007141048A

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: proposed device serves to process fuel in ICE by simultaneous effects of electric and magnetic fields. Said device comprises casing with inlet and outlet unions, HV power supply whereto connected are coaxially arranged elongates electrodes are connected to create processing space and magnets that have their like poles facing each other to embrace said space. Said magnets are separated by magnetically soft magnetic cores and arranged in nonmagnetic case to make a closed part of magnetic system arranged at the case center and electrically connected with said case that makes a negative electrode. Positive electrode represents thin-wall aforesaid case made from ferromagnetic material with length equal to that of magnetic system and arranged between magnetic system inner part and the case. Electrodes are coated with thin layer of dielectric material, for example Teflon, on the side of processing space, and connected to HV power supply. ^ EFFECT: more complete fuel combustion, ease of production and minimised production costs. ^ 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам подачи топлива, а именно к устройствам для обработки топлива перед впуском его в двигатель, и ориентировано на его более полное сгорание. Из уровня техники известны устройства для физического воздействия на жидкости для решения различных технологических задач. Эти устройства реализуют передачу к жидкости энергии от соответствующего источника энергии: магнитной, электрической, световой, механической и других. В частности, широкое распространение получили устройства для обработки топлива двигателей, обеспечивающие воздействие на него первых двух из вышеназванных видов энергии: электрической, магнитной и их различных комбинаций. В способе, описанном в патенте RU №2038506, устройство для обработки содержит снаружи и внутри топливопровода электроды (RU №2038506, F02M 27/04, от 1992.07.27) На них подается переменное электрическое напряжение, параметры которого определенным образом связаны с размерами устройства. Утверждается, что подвергнутое такой обработке топливо позволяет увеличить экономичность двигателя на 15-20% и снизить выбросы СО и других остаточных фракций за счет более полного сгорания смеси.The invention relates to engine building, in particular to fuel supply systems, and in particular to devices for processing fuel before it is admitted to the engine, and is oriented to its more complete combustion. The prior art devices for the physical effects on liquids to solve various technological problems. These devices realize the transfer of energy to a liquid from an appropriate energy source: magnetic, electrical, light, mechanical and others. In particular, devices for processing fuel of engines that provide exposure to the first two of the above types of energy: electrical, magnetic, and their various combinations are widely used. In the method described in patent RU No. 2038506, the processing device contains electrodes outside and inside the fuel line (RU No. 2038506, F02M 27/04, from 1992.07.27) They are supplied with alternating electric voltage, the parameters of which are related in a certain way to the dimensions of the device. It is argued that the fuel subjected to such processing can increase the efficiency of the engine by 15-20% and reduce emissions of CO and other residual fractions due to more complete combustion of the mixture.

Известно устройство обработки топлива, содержащее камеру, снабженную, по крайней мере, двумя разнополярными электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива (RU 2156879, 7 F02M 27/04, от 27.09.2000). Разнополярные электроды подключены к источнику питания, а между ними размещены слои диэлектрического материала толщиной от 4×10^-6 до 0,5×10^-3 м. Данное устройство обеспечивает обработку топлива электрическим полем, что приводит к снижению токсичности двигателя за счет более полного сгорания топлива. Однако данное устройство недостаточно эффективно, т.к. в нем реализовано воздействие на топливо только электрического поля, а не комплексное - электрического и магнитного одновременно. В патенте ЕР №1546540 магнитная обработка осуществляется в устройстве, топливо в котором проходит по удлиненному петлеобразному пути в магнитном поле (WO 2004/031566, F02M 27/04, F02B 51/04, от 26.09.2003). При этом используются варианты с разнообразной конфигурацией поля. За счет этого повышается длительность обработки топлива полем и создаются более оптимальные условия обработки. Известно устройство для магнитной обработки топлива (пат.RU №2011880, F02M 27/04, F02B 51/04, от 07.081994), содержащее корпус в виде трубы с входным и выходным отверстиями для топлива, наборы постоянных магнитов, закрепленных на ленточной основе и установленных на трубе поочередно с ориентацией магнитных полей параллельно и/или перпендикулярно потоку топлива, причем число витков ленты в каждом последующем по ходу топлива наборе превышает число витков предыдущего набора.A fuel processing device is known, comprising a chamber equipped with at least two bipolar electrodes for exposing the fuel flow to an electric field (RU 2156879, 7 F02M 27/04, from 09.27.2000). Bipolar electrodes are connected to a power source, and between them are layers of dielectric material with a thickness of 4 × 10 ^-6 to 0.5 × 10 ^-3 m. This device provides the processing of fuel by an electric field, which reduces the toxicity of the engine due to more complete combustion fuel. However, this device is not effective enough, because it implements the effect on the fuel of only an electric field, and not a complex effect of electric and magnetic at the same time. In patent EP No. 1546540, magnetic processing is carried out in a device in which fuel passes through an elongated loop-shaped path in a magnetic field (WO 2004/031566, F02M 27/04, F02B 51/04, dated 09.26.2003). In this case, options with a diverse field configuration are used. Due to this, the duration of the fuel processing by the field is increased and more optimal processing conditions are created. A device for magnetic fuel processing (Pat. RU No. 20111880, F02M 27/04, F02B 51/04, from 07.081994), comprising a housing in the form of a pipe with inlet and outlet openings for fuel, sets of permanent magnets mounted on a tape base and installed on the pipe alternately with the orientation of the magnetic fields parallel and / or perpendicular to the fuel flow, and the number of turns of the tape in each subsequent set along the fuel set exceeds the number of turns of the previous set.

Воздействие магнитного поля пытаются увеличить, используя катализаторы, например сплавы олова со свинцом (RU №2028491, F02M 27/00, от 07.26.1991). Утверждается о достижении положительных результатов по повышению экономичности работы на таком топливе и снижении вредных выбросов. Известно также устройство для магнитной обработки жидкости (пат. RU №2115010, F02M 27/04, от 10.07.1998), содержащее проточную камеру, разделенную расширительной камерой на входную и выходную камеры, в которых расположены шарообразные постоянные магниты, причем шарообразные магниты во входной камере имеют меньшую магнитную индукцию, чем магнитная индукция шарообразных постоянных магнитов, размещенных в выходной камере, а поверхность постоянных шарообразных магнитов снабжена сферическими выступами. Недостатком указанных устройств является сложная для изготовления форма используемых магнитов, а шарообразные постоянные магниты со сферическими выступами по патенту RU 2115010 вообще невозможно изготовить из современных высокоэнергетических редкоземельных магнитов, т.к. они прессуются из порошков в присутствии магнитного поля высокой напряженности. Другим недостатком вышеназванных устройств является низкая эффективность обработки топлива, обусловленная тем, что топливо подвергается воздействию только магнитного поля.They try to increase the effect of the magnetic field using catalysts, for example, tin-lead alloys (RU No. 2028491, F02M 27/00, dated 07.26.1991). It is claimed that positive results have been achieved to increase the efficiency of work on such fuels and reduce harmful emissions. Also known is a device for magnetic fluid processing (US Pat. RU No. 2115010, F02M 27/04, 07/10/1998) containing a flow chamber divided by an expansion chamber into the input and output chambers in which spherical permanent magnets are located, with spherical magnets in the input the chamber has less magnetic induction than the magnetic induction of spherical permanent magnets located in the output chamber, and the surface of the permanent spherical magnets is provided with spherical protrusions. The disadvantage of these devices is the difficult to manufacture form of the magnets used, and spherical permanent magnets with spherical protrusions according to the patent RU 2115010 cannot be made from modern high-energy rare-earth magnets, because they are pressed from powders in the presence of a high magnetic field. Another disadvantage of the above devices is the low efficiency of fuel processing, due to the fact that the fuel is exposed to only a magnetic field.

Среди известных технических решений, предназначенных для обработки текучих сред, наиболее эффективными являются устройства, обеспечивающие комплексное воздействие на текучую среду постоянного магнитного поля и электрического.Among the known technical solutions for treating fluids, the most effective are devices that provide a complex effect on the fluid of a constant magnetic field and electric.

Известно устройство для обработки топлива, содержащее герметичный корпус для прохода топлива с установленными в нем магнитами и с расположенными на них излучающими элементами. Излучающие элементы выполнены в виде многослойных металлических наноструктур или в виде многослойных тороидальных многовитковых изолированных обмоток, размещенных на кольцевых элементах из радиопрозрачного материала. При этом излучающие элементы установлены в корпусе таким образом, что их магнитные поля ортогональны направлению потока топлива и образуют две спирали, обладающие осевой симметрией по отношению к направлению протекания топлива. Излучающие элементы запитаны от генератора СВЧ-колебаний (пат. Ru №2306448, F02M 27/04, от 04.07.2005). Сложность в изготовлении является основным недостатком данного устройства. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для комплексной обработки топлива, содержащее камеру, снабженную, по крайней мере, двумя разнополярными электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива, подключенными к источнику питания, и слой диэлектрического материала, размещенный в камере между электродами (RU №2093699, F02M 27/04, от 20.10.1997). Камера в известном устройстве образована диэлектрическим корпусом, снаружи которого установлен отрицательный электрод, а внутри - положительный электрод. Положительный электрод выполнен с заостренными выступами по всей длине. В результате внутри камеры создается электрическое поле с максимально возможными неоднородностями напряженности, что способствует интенсификации процесса образования мелкодисперсной топливной среды. Кроме того, устройство снабжено кольцевыми постоянными магнитами, охватывающими полость обработки. Магниты установлены друг к другу одноименными полюсами, что обеспечивает создание в камере неоднородного магнитного поля, воздействующего на среду, усиливая эффект обработки.A device for processing fuel is known, comprising a sealed housing for the passage of fuel with magnets installed in it and with radiating elements located on them. Radiating elements are made in the form of multilayer metal nanostructures or in the form of multilayer toroidal multi-turn insulated windings placed on ring elements made of radiolucent material. In this case, the radiating elements are installed in the housing in such a way that their magnetic fields are orthogonal to the direction of fuel flow and form two spirals having axial symmetry with respect to the direction of flow of the fuel. The radiating elements are powered from a microwave oscillator (US Pat. Ru No. 2306448, F02M 27/04, from 04.07.2005). The difficulty in manufacturing is the main disadvantage of this device. Closest to the technical nature of the claimed device is a device for integrated fuel processing, comprising a chamber equipped with at least two bipolar electrodes for influencing the electric field on the fuel flow connected to a power source, and a layer of dielectric material placed in the chamber between the electrodes (RU No. 2093699, F02M 27/04, from 10.20.1997). The camera in the known device is formed by a dielectric housing, on the outside of which a negative electrode is mounted, and inside - a positive electrode. The positive electrode is made with pointed protrusions along the entire length. As a result, an electric field is created inside the chamber with the maximum possible inhomogeneities of tension, which contributes to the intensification of the formation of a finely dispersed fuel medium. In addition, the device is equipped with annular permanent magnets covering the processing cavity. The magnets are mounted to each other by poles of the same name, which ensures the creation of an inhomogeneous magnetic field in the chamber that acts on the medium, enhancing the processing effect.

Недостатками данного устройства является сложность конструкции, прежде всего, положительного электрода, и низкая напряженность магнитного поля в зоне топливного потока из-за большой удаленности магнитов от обрабатываемого потока и неэффективного построения магнитной системы. Так, например, при использовании кольцевых магнитов на оси камеры, где скорость потока максимальна, будут находится области, где напряженность манитного поля будет равна нулю.The disadvantages of this device are the design complexity, first of all, of the positive electrode, and the low magnetic field strength in the fuel flow zone due to the large distance of the magnets from the processed stream and the inefficient construction of the magnetic system. So, for example, when using ring magnets on the camera axis, where the flow velocity is maximum, there will be areas where the magnetic field strength will be zero.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание устройства для обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания, обеспечивающего повышение эффективности обработки топлива при одновременном снижении затрат на ее выполнение.The present invention is the development and creation of a device for processing fuel in an internal combustion engine, which provides increased fuel processing efficiency while reducing costs for its implementation.

Это достигается тем, что в устройстве для обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами, высоковольтный источник питания, к которому подключены протяженные соосно расположенные электроды, создающие полость обработки; магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами и охватывающие указанную полость, согласно предлагаемому изобретению магниты разделены магнитопроводами из магнитомягкого материала, помещены в немагнитную корпус, так что образуют герметично закрытую часть магнитной системы, размещенную в центре корпуса, соединенную с ним электрически и являющуюся отрицательным электродом, а положительный электрод выполнен в форме указанного корпуса тонкостенным из ферромагнитного материала с длиной, равной длине магнитной системы, и расположен между внутренней частью магнитной системы и корпусом, при этом электроды со стороны полости обработки покрыты тонким слоем диэлектрического материала, например тефлоном, и подключены к высоковольтному источнику питания. Высоковольтным источником питания может служить система зажигания двигателя внутреннего сгорания.This is achieved by the fact that in the device for processing fuel in an internal combustion engine comprising a housing with inlet and outlet fittings, a high-voltage power supply, to which extended coaxially arranged electrodes are connected, creating a processing cavity; magnets facing each other with the same poles and covering the specified cavity, according to the invention, the magnets are separated by magnetic cores of magnetically soft material, placed in a non-magnetic body, so that they form a hermetically sealed part of the magnetic system placed in the center of the body, electrically connected to it and which is a negative electrode and the positive electrode is made in the form of the specified housing thin-walled of a ferromagnetic material with a length equal to the length of the magnetic system, and is located between the inner part of the magnetic system and the housing, while the electrodes on the side of the processing cavity are coated with a thin layer of dielectric material, for example Teflon, and connected to a high-voltage power source. The ignition system of an internal combustion engine can serve as a high-voltage power source.

Предлагаемое изобретение поясняется прилагаемыми чертежами: The invention is illustrated by the accompanying drawings:

на фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для одновременной обработки топлива магнитным и электрическим полями,figure 1 presents a structural diagram of a device for the simultaneous processing of fuel by magnetic and electric fields,

на фиг.2 - поперечный разрез устройства,figure 2 is a transverse section of the device,

на фиг.3 показано распределение магнитного поля в полости обработки.figure 3 shows the distribution of the magnetic field in the processing cavity.

Устройство обработки топлива содержит корпус 1 из проводящего материала, входной и выходной штуцеры 2. В данном устройстве направление движения топлива не имеет значения, поэтому каждый из штуцеров может быть как входным, так и выходным. Соосно с корпусом расположена магнитная система, состоящая из тонкостенной трубки 3, постоянных магнитов 4 и магнитопроводов из магнитомягкого материала 5. Магнитная система является при этом герметичной. Магнитная система позиционируется на оси корпуса с помощью перфорированных дисков 6, обеспечивающих и электрическое соединение трубки 3 с корпусом 1 (показано на фиг.2). Распределение силовых линий магнитного поля в полости обработки приведено на фиг.3. Положительный электрод 7 изолирован от корпуса перфорированной диэлектрической (например, тефлоновой) прокладкой 8 и соединен с "+" источника питания (на схеме не показан) токовводом 9. Внешняя поверхность трубки 3 и внутренняя поверхность электрода 7 также покрыты тонким слоем диэлектрического материала 10 и образуют полость обработки 11. Магниты, использованные нами, имеют цилиндрическую форму, как и само устройство. Однако понятно, что возможно использование устройств с формой, отличной от приведенной.The fuel processing device comprises a housing 1 of conductive material, input and output fittings 2. In this device, the direction of movement of the fuel does not matter, so each of the fittings can be either input or output. Coaxial with the housing is a magnetic system consisting of a thin-walled tube 3, permanent magnets 4 and magnetic cores of soft magnetic material 5. The magnetic system is sealed. The magnetic system is positioned on the axis of the housing using perforated disks 6, which provide electrical connection of the tube 3 with the housing 1 (shown in figure 2). The distribution of the magnetic field lines in the treatment cavity is shown in FIG. 3. The positive electrode 7 is isolated from the housing by a perforated dielectric (for example, Teflon) gasket 8 and is connected to the “+” power supply (not shown in the diagram) by a current lead 9. The outer surface of the tube 3 and the inner surface of the electrode 7 are also covered with a thin layer of dielectric material 10 and form processing cavity 11. The magnets used by us have a cylindrical shape, like the device itself. However, it is clear that it is possible to use devices with a form different from the above.

Устройство для обработки топлива устанавливается в подкапотном пространстве автомобиля вблизи карбюратора, приборы управления работой устройства размещаются в наиболее удобном месте автомобиля, а для электропитания устройства может использоваться как автономный источник, так и система зажигания с аккумулятором автомобиля.The fuel processing device is installed in the engine compartment of the car near the carburetor, the device operation control devices are located in the most convenient place of the car, and an autonomous source or an ignition system with a car battery can be used to power the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Расположенная на оси корпуса 1 магнитная система, состоящая из трубки 3, магнитов 4 и магнитопроводов 5, создает в полости обработки 11 высокоградиентное магнитное поле. Над серединой магнитов достигает максимального значения аксиальная составляющая магнитного потока, а над серединой магнитопроводов максимального значения достигает радиальная составляющая. На противоположных магнитопроводам местах ферромагнитного цилиндра - положительного электрода 7, наводятся противоположные магнитные полюса, что приводит к повышению напряженности магнитного поля и вблизи внутренней поверхности положительного электрода. При переходе от магнитопровода к соседнему магнитопроводу меняется направление магнитного потока и знак полюса. Таким образом, в полости обработки 11 создается высокоградиентное постоянное во времени магнитное поле высокой напряженности.A magnetic system located on the axis of the housing 1, consisting of a tube 3, magnets 4 and magnetic cores 5, creates a high gradient magnetic field in the treatment cavity 11. The axial component of the magnetic flux reaches a maximum value above the middle of the magnets, and the radial component reaches the maximum value above the middle of the magnets. At opposite locations of the ferromagnetic cylinder — the positive electrode 7, opposite magnetic poles are induced, which leads to an increase in the magnetic field strength and near the inner surface of the positive electrode. When moving from a magnetic circuit to an adjacent magnetic circuit, the direction of the magnetic flux and the sign of the pole change. Thus, in the cavity of the processing 11 creates a high-gradient constant in time magnetic field of high tension.

При соединении корпуса 1 устройства с массой "-" источника, а токопровода 9 с "+" высоковольтного источника, например системы зажигания двигателя, в полости обработки возникает и переменное во времени электрическое поле. Тонкий слой диэлектрического материала на электродах улучшает качество обработки топлива за счет снижения потерь энергии на создание электрического поля между электродами. Топливо перед подачей в цилиндры пропускается через полость обработки 11 и подвергается воздействию магнитного и электрического полей. Поскольку топливо движется через полость обработки с высокоградиентным магнитным полем, то действие этого поля будет как бы переменным во времени. Так, например, на некоторую частицу топлива в один момент времени будет действовать поле одного направления, а в другой - поле противоположного направления. Это определяет высокую эффективность обработки как магнитным, так и электрическим полем. When the case 1 of the device is connected with the mass “-” of the source, and the current lead 9 with the “+” of a high-voltage source, for example, an engine ignition system, a time-varying electric field also appears in the processing cavity. A thin layer of dielectric material on the electrodes improves the quality of fuel processing by reducing energy losses due to the creation of an electric field between the electrodes. The fuel before being fed into the cylinders is passed through the processing cavity 11 and is exposed to magnetic and electric fields. Since the fuel moves through the processing cavity with a high gradient magnetic field, the effect of this field will be as if variable in time. So, for example, a certain particle of fuel will be affected by a field of one direction at one moment of time, and a field of the opposite direction in another. This determines the high processing efficiency of both magnetic and electric fields.

Известно, что магнитное поле, действуя на вещество, вызывает прецессию осей электронных орбит атомов и молекул вокруг направления этого поля. Эта прецессия происходит с частотой Лармора, зависящей от массы и заряда частицы и от величины напряженности магнитного поля. Смена знака поля приводит к изменению направления прецессии. Таким образом, магнитное поле приводит к некоторому упорядочению молекул в веществе, а смена знака вызывает расшатывание имеющейся структуры. Согласно существующим теоретическим представлениям, жидкое или газообразное вещество состоит из отдельных кластеров различных геометрических размеров, которые, в соответствии с принципом минимума полной энергии, можно рассматривать как совокупность электрических и магнитных диполей со средним значением электрического и магнитного моментов в объеме кластера, равным нулю. При действии переменных во времени и пространстве электрического и магнитного полей происходит разрыв объема того или иного кластера, приводящий к образованию мелкодисперсной смеси в обрабатываемой среде и облегчающий доступ воздуха к частицам топлива.It is known that a magnetic field acting on a substance causes a precession of the axes of the electronic orbits of atoms and molecules around the direction of this field. This precession occurs with the Larmor frequency, which depends on the mass and charge of the particle and on the magnitude of the magnetic field. A change in the sign of the field leads to a change in the direction of the precession. Thus, the magnetic field leads to some ordering of the molecules in the substance, and a change in sign causes the existing structure to be loosened. According to existing theoretical concepts, a liquid or gaseous substance consists of separate clusters of various geometric sizes, which, in accordance with the principle of minimum total energy, can be considered as a combination of electric and magnetic dipoles with an average value of electric and magnetic moments in the volume of the cluster equal to zero. Under the action of variables in the time and space of the electric and magnetic fields, the volume of one or another cluster ruptures, leading to the formation of a finely dispersed mixture in the medium being processed and facilitating the access of air to fuel particles.

На предлагаемое изобретение разработана конструкторская документация и изготовлены опытные образцы для проведения сравнительных испытаний с известными аналогами.For the present invention, design documentation has been developed and prototypes have been manufactured for conducting comparative tests with known analogues.

Технический эффект: заявляемое устройство по сравнению с прототипом и аналогами обеспечивает более полное сгорание топлива, уменьшение вредных выбросов и повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания, что, в конечном итоге, приведет к его большей экологичности. При этом разработанная конструкция проста в изготовлении и требует минимальных затрат на изготовление.Technical effect: the claimed device in comparison with the prototype and analogues provides a more complete combustion of fuel, reducing harmful emissions and increasing the efficiency of the internal combustion engine, which, ultimately, will lead to its greater environmental friendliness. Moreover, the developed design is easy to manufacture and requires minimal manufacturing costs.

Claims

1. A device for processing fuel in an internal combustion engine, comprising a housing with inlet and outlet fittings, a high-voltage power source, to which are connected extended coaxially arranged electrodes that create a processing cavity, magnets facing each other with the same poles and covering the specified cavity, characterized in that the magnets are separated by magnetic cores of soft magnetic material, placed in a non-magnetic body, so that they form a hermetically sealed part of the magnetic system located in the center of a housing connected electrically to it and which is a negative electrode, and the positive electrode is made in the form of the specified case, thin-walled, of ferromagnetic material, with a length equal to the length of the magnetic system, and is located between the inner part of the magnetic system and the body, while the electrodes are from the side of the processing cavity covered with a thin layer of dielectric material, for example, Teflon, and connected to a high voltage power source.

2. The device according to claim 1, characterized in that the high-voltage power source is the ignition system of an internal combustion engine.