Способ обработки топлива и устройство для его осуществления

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам и устройствам для обработки топлива. Группа изобретений позволяет обеспечить повышение экологической безопасности и снижение расхода топлива. Способ обработки топлива, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, заключается в воздействии на топливо полем сверхвысоких частот (СВЧ) и полем ближней зоны металлической наноструктуры, возникающем при облучении наноструктуры энергией СВЧ. Устройство для обработки топлива содержит герметичный корпус для прохода топлива с установленными в нем магнитами с расположенными на них излучающими элементами. Корпус герметично соединен с выходом дополнительно введенного коаксиального перехода, вход которого подключен к выходу дополнительно введенного преобразователя напряжения, содержащего последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний, аттенюатор, усилитель мощности и генератор модулирующего напряжения, выход которого подключен ко второму входу аттенюатора. Излучающие элементы выполнены в виде многослойных металлических наноструктур. Коаксиальный переход выполнен в виде сложенного вдоль продольной оси симметрии трехступенчатого перехода. Излучающие элементы выполнены в виде многослойных тороидальных многовитковых изолированных обмоток, размещенных на кольцевых элементах из радиопрозрачного материала. 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. Преобразователь напряжения выполнен на печатной плате, неподвижно фиксирующей элементы коаксиального перехода. Печатная плата закреплена на элементах коаксиального перехода. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретения относятся к двигателестроению, в частности к системам подачи топлива, а именно к обработке топлива перед впуском его в двигатель, и имеют экологическую направленность.

Известен способ обработки топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в воздействии на топливо магнитным полем постоянных магнитов и переменным магнитным полем катушки намагничивания [1].

Данный способ осуществляется в устройстве (см. тот же источник информации), содержащем герметичный корпус с установленными в нем постоянными магнитами, основную и промежуточную полости для прохода топлива и спиральный магнитопровод. Закручивание потока топлива в промежуточных полостях приводит к возникновению вихревых токов, которые передаются на спиральный магнитопровод и образуют магнитное поле с переменной амплитудой и частотой, то есть пульсирующее магнитное поле, действие которого повышает эффективность обработки топлива.

Недостатком известных способа и устройства является большое содержание вредных веществ в отработанных газах ДВС и большой расход топлива.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению из известных способов является способ обработки топлива, осуществляемый путем комбинированного воздействия на него магнитным полем и полем излучения радиоактивной керамики [2].

Данный способ осуществляется в устройстве (см. тот же источник информации), содержащем корпус, в котором установлены постоянные магниты и излучающие элементы в виде гранул радиоактивной керамики, создающей электромагнитные поля в дальней инфракрасной области спектра частот поглощения соединений углеводородов топлива.

Недостатком известных способа и устройства являются высокая экологическая опасность, обусловленная применением в конструкции устройства гранул из радиоактивной керамики.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения экологической безопасности, а также снижения расхода топлива за счет повышения эффективности его сгорания.

Кроме того, предлагаемые изобретения расширяют арсенал известных средств того же назначения.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе обработки топлива, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, путем воздействия на топливо полем, воздействие осуществляют как магнитным полем, так и полем сверхвысоких частот (СВЧ) и полем ближней зоны металлической наноструктуры, возникающем при облучении наноструктуры энергией СВЧ.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что в устройстве для обработки топлива, содержащем герметичный корпус для прохода топлива с установленными в нем магнитами с расположенными на них излучающими элементами, корпус герметично соединен с выходом дополнительно введенного коаксиального перехода, вход которого подключен к выходу дополнительно введенного преобразователя напряжения, содержащего последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний, аттенюатор, усилитель мощности и генератор модулирующего напряжения, выход которого поключен ко второму входу аттенюатора, при этом излучающие элементы выполнены в виде многослойных металлических наноструктур.

Кроме того, корпус выполнен в виде отрезка короткозамкнутой коаксиальной линии с бесконтактными дроссельными соединениями.

Коаксиальный переход выполнен в виде сложенного вдоль продольной оси симметрии трехступенчатого перехода.

Генератор СВЧ выполнен перестраиваемым по частоте с центральной частотой, равной 2,45 ГГц, и с возможностью модуляции по амплитуде частотами от 10 до 30000 Гц.

Излучающие элементы выполнены в виде многослойных тороидальных многовитковых изолированных обмоток, размещенных на кольцевых элементах из радиопрозрачного материала. В качестве радиопрозрачного материала может быть использован ферримагнетик - магнитотвердый феррит марки 25БА170, намагниченный до насыщения.

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.

Преобразователь напряжения выполнен на печатной плате, которая при этом еще и неподвижно фиксирует элементы коаксиального перехода.

Печатная плата закреплена на элементах коаксиального перехода, что обеспечивает теплоотвод от теплонагруженных элементов платы.

Предлагаемые изобретения поясняются прилагаемыми чертежами, где

- на фиг.1 дана функциональная схема устройства для обработки топлива;

- на фиг.2 - конструктивная схема излучающего элемента в виде многослойной металлической наноструктуры;

- на фиг.3 - пример конкретной реализации предлагаемого устройства.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Перед подачей в двигатель ДВС топливо подвергают воздействию поля сверхвысоких частот, создаваемым преобразователем напряжения и полем ближней зоны металлической наноструктуры, возникающем при облучении структуры СВЧ-энергией. При этом происходит модификация топлива как за счет резонансного взаимодействия молекул топлива и примесей с полями энергии СВЧ, так и энергии магнитного поля постоянных магнитов излучающих элементов.

Известно, что при воздействии энергии СВЧ на частопериодическую структуру [3] и металлическую наноструктуру вблизи них формируются в широком спектре частот магнитные и электрические поля (от частоты энергии СВЧ до частот ω - плазменная частота, ν - частота релаксации электронов [4]). На частоте колебаний генератора, равной 2,45 ГГц, возникает резонанс молекул воды, вследствие чего они получают дополнительную энергию и выделяются в виде пара. Наличие воды в топливе снижает эффективность его сгорания. Прохождение водотопливной смеси через магнитное поле приводит к уменьшению жесткости воды и поверхностного натяжения, улучшает перемешивание смеси топлива и воды (пара), что улучшает поглощение топливом кислорода и тем самым способствует более полному его сгоранию

Частоты электрических и магнитных полей вблизи наноструктуры зависят от конструктивного выполнения наноструктуры, связи ее обмоток между собой (в варианте предложенного устройства см. фиг.2). Частоты этих полей изменяются в диапазоне от частоты амплитудной модуляции генератора (10-30000) Гц, несущая частота генератора 2,45 ГГц до частот дальней инфракрасной области спектра (30-3000) ГГц, соответствующих миллиметровым и децимиллиметровым волнам. Взаимодействие молекул примесей топлива с магнитными полями и полями энергии СВЧ происходит за счет волнового переноса энергии СВЧ, которая расходуется на резонансное возбуждение молекул, ионизацию и химическое превращение молекул топлива, обеспечивает их полное сгорание в ДВС. Для обеспечения этих процессов необходима определенная (несколько десятков ватт) мощность энергии СВЧ.

Расположение излучающих элементов выбрано таким образом, что их магнитные поля ортогональны направлению потока топлива и образуют две спирали, обладающие осевой симметрией по отношению к направлению потока. Это приводит к резонансному взаимодействию ионов топлива на частотах, определяемых скоростью потока топлива и количеством излучающих элементов (магнитов) и обеспечивает более полное разделение ионов примесей топлива на положительные и отрицательные. За счет высокой температуры горения топлива происходит химическое взаимодействие отрицательно и положительно заряженных ионов примесей топлива. Этот процесс высокотемпературного окисления сопровождается дополнительным выделением тепловой энергии, что также способствует наиболее полному сгоранию топлива.

Заявляемый способ реализуется в устройстве (см. фиг.1), которое содержит герметичный корпус 1, внутри которого установлены магниты 2 с расположенными на них излучающими элементами. Корпус 1 герметично соединен с выходом коаксиального перехода 3, ко входу которого подключен выход преобразователя напряжения 4. Преобразователь напряжения 4 содержит последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний 5, аттенюатор 6, усилитель СВЧ-мощности 7 и генератор модулирующего напряжения 8, выход которого подключен ко второму входу аттенюатора. Генератор СВЧ-колебаний 5 и аттенюатор 6 выполнены с возможностью перестройки их параметров.

Магниты 2 с расположенными на них излучающими элементами могут быть выполнены например, в виде тороидальных многовитковых изолированных обмоток 9, 10 (см. фиг.2), намотанных на кольцевые элементы 11 из радиопрозрачного материала - ферримагнетика, например феррита марки 25БА170, намагниченного до насыщения в направлении 12.

В конкретном исполнении устройство для обработки топлива (см. фиг.3) состоит из короткозамкнутого коаксиального корпуса 1, внутренний объем которого заполнен наноструктурами 2 (магнитами с расположенными на них излучающими элементами) и разделен перегородкой 13, выполненной из радиопрозрачного материала. Корпус 1 снабжен патрубками 14 для прохода жидкого топлива, герметизирующей перегородкой 15 и бесконтактными дроссельными соединениями 16, 17 для подключения к выходу трехступенчатого коаксиального перехода 3, свернутого вдоль оси симметрии, ко входу которого подключен усилитель мощности энергии СВЧ-преобразователя (4) напряжения, экранирован крышкой 18 и размещен на печатной плате (19). Кроме того, печатная плата жестко фиксирует элементы коаксиального перехода между собой, а транзисторы выходного каскада усилителя мощности размещены на элементах коаксиального перехода для получения требуемого теплового режима.

Устройство для обработки топлива устанавливается в подкапотном пространстве автомобиля вблизи карбюратора, цепи индикации и управления работой устройства размещаются на приборном щитке автомобиля, а электропитание устройства осуществляется от аккумулятора автомобиля.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При включении на выходе преобразователя (4) напряжения формируется энергия СВЧ со средней мощностью порядка 10 Вт, которая через коаксиальный переход подается на вход корпуса (1) - отрезок коаксиальной линии. При взаимодействии энергии СВЧ с тороидальными обмотками излучающих элементов в дополнение к постоянному магнитному полю возникает электромагнитное поле, эквивалентное спектру частот поглощения молекул углеродного топлива и его примесей, которое воздействует на процесс горения топлива в ДВС и таким образом достигается наиболее полное его сгорание.

Экологическая безопасность при реализации способа и устройства обеспечивается отсутствием в составе устройства элементов из радиоактивного материала, а также уменьшением содержания вредных примесей (СО, НС, NO, SO) в отработанных (выхлопных газах) в результате наиболее полного сгорания топлива. Кроме того, обеспечиваются экономичность двигателя и экономия топлива при сохранении высокой надежности.

Источники информации

1. Описание к патенту RU №0002200245, МПК: F02M 27/04, опубл. 2001 г.

2. Описание к патенту WO №96/41100, МПК: F23C 11/00, опубл. 1996 г.

3. Нефедов Е.А., Сивов А.Н. "Электродинамика периодических структур". М., Наука, 1977 г.

4. Рынкевич А.Б. и др. журнал «Радиотехника и электроника». - "Электромагнитные волны в прямоугольном волноводе с металлической наноструктурой", том 49, 2004 г., №1, с.50.

1. Способ обработки топлива, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в воздействии на топливо полем сверхвысоких частот (СВЧ) и полем ближней зоны металлической наноструктуры, возникающем при облучении наноструктуры энергией СВЧ.

2. Устройство для обработки топлива, содержащее герметичный корпус для прохода топлива с установленными в нем магнитами с расположенными на них излучающими элементами, отличающееся тем, что корпус герметично соединен с выходом дополнительно введенного коаксиального перехода, вход которого подключен к выходу дополнительно введенного преобразователя напряжения, содержащего последовательно соединенные генератор СВЧ колебаний, аттенюатор, усилитель мощности и генератор модулирующего напряжения, выход которого подключен ко второму входу аттенюатора, при этом излучающие элементы выполнены в виде многослойных металлических наноструктур.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что коаксиальный переход выполнен в виде сложенного вдоль продольной оси симметрии трехступенчатого перехода.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что генератор СВЧ выполнен перестраиваемым по частоте с центральной частотой, равной 2,45 ГГц с возможностью модуляции по амплитуде частотами от 10 до 30000 Гц.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что излучающие элементы выполнены в виде многослойных тороидальных многовитковых изолированных обмоток, размещенных на кольцевых элементах из радиопрозрачного материала.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве радиопрозрачного материала использован ферримагнетик - магнитотвердый феррит марки 25БА170, намагниченный до насыщения.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что 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.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, преобразователь напряжения выполнен на печатной плате, неподвижно фиксирующей элементы коаксиального перехода.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, печатная плата закреплена на элементах коаксиального перехода.