Способ обработки топливной смеси двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления "антитокс" (варианты)

 

Изобретение относится к двигателестроению. Повышение эффективности работы двигателя и снижение токсичности выхлопных газов достигается тем, что топливную смесь обрабатывают в многокамерном коллекторе двигателя веерообразным неоднородным магнитным полем. Используемые для этого постоянные магниты намагничивают путем неравномерного наложения на них обмоток. Напряженность магнитного поля в первичной камере коллектора превышает напряженность в остальных камерах не менее чем в 1,2 раза. Постоянный магнит, с помощью которого обрабатывается смесь, выполнен в виде встроенного в диамагнитный или ферромагнитный кожух по крайней мере одного незамкнутого кольца, состоящего из попарно расположенных дугообразных веерно намагниченных магнитных секций, между боковыми гранями которых укреплены фигурные диамагнитные вкладыши-разделители, снабженные шунтами, компенсирующими изменение магнитных свойств при нагреве двигателя. 3 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известно, что воздействие некоторых физических факторов, таких как электростатическое, электромагнитное или постоянное магнитное поле, способствует лучшему сгоранию топлива, повышению эффективности работы двигателя и уменьшению токсичности выхлопных газов.

Так, в патенте [1] обработка топлива осуществляется его электризацией, в патенте [2] одновременным воздействием электрического и, в качестве вспомогательного, магнитного поля, созданного тонкими пальчиковыми магнитами.

Недостатком этих способов является их сложность и низкая надежность.

Наиболее близким из известных способов является способ, изложенный в патенте [3], где на топливную смесь в многокамерном коллекторе двигателя внутреннего сгорания воздействуют магнитным полем постоянных магнитов.

Недостатком способа является его малая эффективность, связанная с тем, что в нем осуществляется односторонняя ориентация магнитного поля - в одном варианте вдоль потока смеси, в другом поперек, вследствие чего при турбулентном движении смеси значительная ее часть не омагничивается.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы двигателя и снижение содержания токсичных газов в выхлопе, особенно при работе в режиме холостого хода.

Указанная задача достигается тем, что на топливную смесь воздействуют веерообразным пространственно неоднородным градиентным магнитным полем, полученным веерным намагничиванием постоянных магнитов путем неравномерного наложения на них намагничивающих обмоток, для чего на центральную часть каждого из магнитов наматывают в 1,5-2,2 раза больше витков, чем на периферийную, соединяют обмотки последовательно и импульсно намагничивают.

Для обеспечения более активного воздействия на смесь при работе двигателя в режиме холостого хода магнитное поле фокусируют так, что в первичной камере приемно-распределительного коллектора оно превышает по величине напряженности поле в каждой из остальных не менее чем в 1,2 раза. Осуществляют это статистическим подбором свойств и параметров магнитов.

Под воздействием этого поля топливная смесь поляризуется. По магнитным свойствам она неоднородна - часть составляющих ее компонентов (O₂, NO) - парамагнетики, обладающие природной слабой, но положительной магнитной восприимчивостью при отсутствии внешнего поля, другая часть (CH, H₂, H₂O, N₂ и др. ) - диамагнетики. Магнитные моменты, создаваемые их электронами, скомпенсированы, и магнитная восприимчивость у них отсутствует. Возникает она, тоже слабая, но отрицательная только при наложении поля. Таким образом, под воздействием внешнего магнитного поля между разноименно намагниченными частицами (молекулами) топливной смеси возникают взаимное притяжение, а затем и множественные столкновения и соударения, которые приводят к ослаблению поверхностного натяжения микрокапелек топлива, диспергированию и дроблению крупных молекулярных ассоциатов и расщеплению тяжелых углеводородов на более легкие и летучие.

Это способствует улучшению смесеобразования и ускорению испарения. В результате возрастает полнота сгорания, повышается эффективность двигателя и снижается токсичность отработанных газов.

Поток топливной смеси турбулентен и для наиболее полной его обработки вектор магнитного поля в зоне омагничивания не должен быть ориентирован в каком-либо одном направлении, а должен плавно меняться от точки к точке, что и обеспечивается веерным намагничиванием.

Создаваемый при этом высокий градиент магнитного поля и его интенсивность способствуют активному взаимодействию диа- и парамагнетиков и эффективной обработке смеси.

Известно устройство [4] для обработки топливной смеси, состоящее из карбюратора, большой диффузор которого выполнен в виде постоянного магнита, а его магнитные силовые линии направлены перпендикулярно к потоку рабочей смеси.

Недостатком устройства является прямолинейная ориентация магнитного поля и сложность изготовления профильной детали диффузора из твердого магнитного сплава.

Наиболее близким из известных является устройство для омагничивания топливной смеси [3]. Оно содержит два кольцевых постоянных магнита с отверстием, размещенных в немагнитном кожухе и установленных на топливопроводе так, что диаметр отверстия постоянного магнита равен диаметру топливопровода, а полюса магнитов намагничены аксиально с обеспечением направления магнитного поля, совпадающим с направлением движения топливной смеси. В конструкции применяются тонкие кольцевые магниты из литого сплава ЮНДК с развитым поперечным сечением и аксиальной намагниченностью. Для таких магнитов характерны большой размагничивающий коэффициент и значительное рассеивание магнитного поля, что приводит к низкому уровню рабочего поля в зоне прохождения топливной смеси. Известно также, что литые магниты с большим коэффициентом размагничивания нестабильны и подвержены постепенному временному старению.

Недостатком устройства является его малая эффективность, связанная с односторонней ориентацией магнитного поля, низким уровнем его напряженности (5-25 мТл) и нестабильностью параметров в процессе эксплуатации.

В зависимости от типа двигателя, качества топлива, а также с учетом технологичности производства предложены два варианта исполнения устройства "Антитокс" для осуществления способа по п. 1, которые отличаются конструкцией, классом материала для изготовления основного элемента конструкции, полярностью магнитных секций и магнитными параметрами.

Предлагаемое устройство по п. 2 для осуществления способа по п. 1 содержит постоянный магнит с отверстием, размещенный в немагнитном кожухе и установленный на топливопроводе так, что диаметр отверстия постоянного магнита равен диаметру топливопровода, отличающееся тем, что постоянный магнит выполнен в виде встроенного в диамагнитный кожух, по крайней мере, одного незамкнутого кольца, состоящего из попарно расположенных дугообразных, веерно намагниченных магнитных секций, между боковыми гранями которых укреплены фигурные вкладыши-разделители, снабженные термомагнитными шунтами.

Диамагнитный материал - металл или полимер, из которого выполнены кожух и вкладыши, - способствует ослаблению рассеяния магнитного поля с краев магнитных секций, а термомагнитные шунты компенсируют изменение магнитных свойств при нагреве двигателя.

Попарно встроенные в кожух дугообразные магнитные секции обращены друг к другу одноименными полюсами, благодаря чему зона распространения магнитного поля расширяется по вертикали и продолжительность взаимодействия поля с потоком смеси увеличивается.

Необходимый градиент магнитного поля обеспечивается при монтаже устройства тем, что значения напряженности поля у противолежащих секций отличаются друг от друга не менее чем на 10%.

Конструктивное решение устройства по п.2 при использовании современного спеченного сплава с высокими магнитными свойствами обеспечивает получение в центре отверстия незамкнутого кольца напряженность магнитного поля не ниже 115-125 мТл.

Устройство, содержащее постоянный магнит с отверстием, размещенный в немагнитном кожухе и установленный на топливопроводе коллектора так, что диаметр отверстия постоянного магнита равен диаметру топливопровода, отличающееся тем, что постоянный магнит выполнен в виде встроенного в ферромагнитный кожух, по крайней мере, одного незамкнутого кольца, состоящего из попарно расположенных, дугообразных, веерно намагниченных магнитных секций, между боковыми гранями которых укреплены фигурные вкладыши-разделители, снабженные термошунтами, причем магнитные секции обращены друг к другу разноименными полюсами и армированы тонкими, стальными полюсными наконечниками, углубленными в коллектор.

При разноименной поляризации магнитное поле концентрируется и усиливается в зоне прохождения топливной смеси, но сама зона укорачивается. Поэтому для ее растяжения полюса секций армируют тонкими, стальными полюсными наконечниками, причем высота их (H) не более чем в 1,5 раза превышает высоту магнита (h) и эту выступающую часть углубляют в коллектор. Напряженность магнитного поля в центре отверстия незамкнутого кольца лежит в пределах 180-220 мТл.

В устройствах по пп. 2 и 3 предложены оптимальные соотношения габаритных размеров дугообразных секций, привязанные к диаметру трубопровода двигателя.

В устройстве по п. 2: D = (1,4 - 2,0) d; (1) h = (0,06 - 0,18) D_ср; (2) D_ср = (D+d)/2; (3) 120^o ≥ α ≥ 45^o, (4) где D - наружный диаметр дугообразной магнитной секции; d - внутренний диаметр дугообразной магнитной секции, равный диаметру топливопровода; h - высота дугообразной магнитной секции; α- центральный угол дугообразной магнитной секции.

D_ср - средний диаметр дугообразной магнитной секции.

Из-за наличия в устройстве по п.3 полюсных наконечников коэффициенты у них в выражениях (1), (2) и (5), (6) отличаются друг от друга: D = (1,4 - 1,7)d; (5)
h = (0,06 - 0,14); (6)
D_ср = (D + d)/2;
120^o ≥ α ≥ 45^o.

Поскольку размеры магнитных секций и их соотношения определяют магнитные параметры устройств, а следовательно, и конечные результаты обработки смеси, предложенные выражения позволяют проектировать оптимальные обрабатывающие устройства для двигателей различных марок, с разными объемами и диаметрами топливопроводов.

Общий вид предлагаемого устройства по п.3 показан на чертеже. Оно состоит из магнитных секций (1), кожуха (2), вкладышей фигурных (3), вкладышей трехгранных (4), термомагнитных шунтов (5), полюсных наконечников (6).

Устройство устанавливается на двигатель между карбюратором и приемно-распределительным коллектором, уплотняется с двух сторон штатными прокладками и закрепляется на шпильках коллектора. Топливная смесь, проходя из карбюратора через отверстия, формируемые магнитными секциями, омагничивается, что приводит к лучшему смесеобразованию и быстрой испаряемости. В результате возрастает полнота сгорания топлива, повышается эффективность работы двигателя и снижается токсичность выхлопных газов.

Предлагаемые устройства отличаются простотой конструкции, стабильностью характеристик, низкой себестоимостью.

Многократные и длительные дорожные испытания автомобилей ВАЗ при пробеге свыше 5000 км, в которых топливная смесь обрабатывалась по предлагаемому способу с использованием предлагаемых устройств "АНТИТОКС" показали устойчивое повышение эффективности работы двигателя и существенное снижение исходных значений CO и CH в выхлопных газах: CO от 1,5%-0,5% до 0,6%-0,25%, CH соответственно от 300 до 150-200 ppm.

Источники информации
1. Патент Швейцарии N 580754, F 02 M 27/04, 1976.

2. Патент США N 3893437, 123-119, 07.1975.

3. Авторское свидетельство СССР N 968502, F 02 M 27/04, 03.1984.

4. Авторское свидетельство СССР N 737639, F 02 M 27/04, 05.1980.

Формула изобретения

1. Способ обработки топливной смеси в многокамерном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в воздействии на нее магнитным полем постоянных магнитов, отличающийся тем, что на топливную смесь воздействуют веерообразным пространственно неоднородным градиентным магнитным полем, полученным веерным намагничиванием постоянных магнитов путем неравномерного наложения на них намагничивающих обмоток, а созданное таким образом магнитное поле фокусируют так, что в первичной камере приемно-распределительного коллектора оно превышает по величине напряженности магнитное поле в каждой из остальных не менее чем в 1,2 раза.

2. Устройство, содержащее постоянный магнит с отверстием, размещенный в немагнитном кожухе и установленный на топливопроводе коллектора так, что диаметр отверстия постоянного магнита равен диаметру топливопровода, отличающееся тем, что постоянный магнит выполнен в виде встроенного в диамагнитный кожух по крайней мере одного незамкнутого кольца, состоящего из попарно расположенных дугообразных веерно намагниченных магнитных секций, между боковыми гранями которых укреплены фигурные диамагнитные вкладыши-разделители, снабженные шунтами, компенсирующими изменения магнитных свойств при нагреве двигателя, причем магнитные секции обращены друг к другу одноименными полюсами, а их габаритные размеры связаны с диаметром топливопровода следующими оптимальными соотношениями:
D = (1,4 - 2,0)d; (1)
h = (0,06 - 0,18)D_ср; (2)
D_ср = (D + d) / 2; (3)
120^o ≥ α ≥ 45^o, (4)
где D - наружный диаметр дугообразной магнитной секции,
d - внутренний диаметр дугообразной магнитной секции, равный диаметру топливопровода,
h - высота дугообразной магнитной секции,
α - центральный угол дугообразной магнитной секции,
D_ср - средний диаметр дугообразной магнитной секции.

3. Устройство, содержащее постоянный магнит с отверстием, размещенный в немагнитном кожухе и установленный на топливопровод коллектора так, что диаметр отверстия постоянного магнита равен диаметру топливопровода, отличающееся тем, что постоянный магнит выполнен в виде встроенного в ферромагнитный кожух-магнитопровод по крайней мере одного незамкнутого кольца, состоящего из попарно расположенных дугообразных, веерно намагниченных магнитных секций, между боковыми гранями которых укреплены фигурные диамагнитные вкладыши-разделители, снабженные шунтами, компенсирующими изменения магнитных свойств при нагреве двигателя, причем магнитные секции обращены друг к другу разноименными полюсами и армированы тонкими стальными полюсными наконечниками, углубленными в коллектор, а габаритные размеры секций связаны с диаметром топливопровода следующими оптимальными соотношениями:
D = (1,4 - 1,7)d; (5)
h = (0,06 - 0,14)D_ср; (6)
D_ср = (D + d) / 2,
120^o ≥ α ≥ 45^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1