Способ управляемого сжигания топлива


 


Владельцы патента RU 2479745:

Папко Юрий Александрович (BY)
Шадрин Константин Валерьевич (RU)

Предложенное изобретение относится к области двигателестроения и энергетического машиностроения и исключит коксообразование и перегрев двигателя или энергетической установки. Технический результат - повышение полезной мощности двигателя. Способ поджига и управляемого сжигания топлива включает воздействие на топливо барьерного электрического заряда. В объеме топлива генерируют, по меньшей мере, один импульс электрического разряда, который обеспечивает получение частично или полностью ионизированного газа, и воздействуют на топливо, по меньшей мере, одним потоком ионизированного газа. 4 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики и машиностроения и может быть использовано в системах зажигания и управления процессами горения топлива в энергетических установках различного назначения.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого способа выбран способ сжигания топлива, описанный в патенте на изобретение RU 2004835, опубл. 15.12.1993. Известный из RU 2004835 способ управляемого сжигания топлива основан на воздействии на топливо электрического заряда, подаваемого на электроды (свечи зажигания), установленные в объеме сжигаемого топлива - камере сгорания, регулируя частоту электрических импульсов, подаваемых на электроды, и соответственно параметры электромагнитного поля камеры сгорания управляют процессом сжигания топлива. Известный способ не позволяет в полной мере повысить эффективность процесса сгорания топлива: не позволяет минимизировать количество отложений в камере сгорания, не обеспечивает в необходимой мере управляемость процессом сгорания топлива из-за необходимости установки большого количества свечей зажигания в объеме камеры сгорания.

В отличие от известного решения предлагаемый способ управляемого сжигания топлива исключит образование в объеме сгорания топлива центров кавитации, что предотвратит коксообразование и перегрев энергетической установки или двигателя. Также, будет сокращен градиент температур в объеме сгорания топлива и соответственно равномерность горения без образования центров детонации, что позволит увеличить полезную мощность двигателя, снизить температуру выхлопных газов, шум, производимый двигателем, более полное сгорание смеси.

Указанный выше технический результат достигается тем, что предложен способ управляемого сжигания топлива, включающий воздействие на топливо электрического заряда. Согласно предложенному изобретению в объеме сгорания топлива генерируют, по меньшей мере, один импульс барьерного электрического разряда, обеспечивающий получение частично или полностью ионизированного газа, и воздействуют на топливо, по меньшей мере, одним потоком ионизированного газа. Импульс барьерного электрического разряда, обеспечивающий получение частично или полностью ионизированного газа, может быть подан для инициирования горения. После инициирования горения импульсом барьерного электрического разряда, обеспечивающим получение частично или полностью ионизированного газа, может быть подан, по меньшей мере, один аналогичный импульс, предпочтительно меньшей энергии, чем требуется для инициирования горения. Также, импульс барьерного электрического разряда, обеспечивающий получение частично или полностью ионизированного газа, может быть подан на этапе удаления газов из объема сгорания топлива. Импульс барьерного электрического разряда может быть генерирован в нескольких местах объема сгорания топлива.

Предложенный способ управляемого сжигания топлива осуществляется следующим образом.

Барьерным разрядом принято считать разряд, возникающий в газе под воздействием приложенного к электродам напряжения, причем хотя бы один из электродов должен быть покрыт диэлектриком. Так как электроды свечей зажигания, как правило, покрыты диэлектрическим слоем нагара, разряд между этими электродами можно считать барьерным, а для описания его использовать модель плазмохимического реактора. При осуществлении предложенного способа, в объеме сгорания топлива генерируют свечой зажигания без тени от бокового электрода, по меньшей мере, один импульс барьерного электрического разряда, обеспечивающий получение частично или полностью ионизированного газа-плазмы. То есть в объеме сгорания топлива (камере сгорания или топочной камере) помимо объема топливной смеси образуется объем или несколько объемов, заполненных ионизированным газом-плазмой. Важнейшей особенностью барьерного разряда является его самоорганизация. Как только напряжение на газовом промежутке достигает определенной величины, происходит пробой газа с возникновением структуры микроразрядов, динамика формирования и развития канала микроразрядов определяется состоянием воздушной среды с продуктами горения топлива и нагара на электродах свечей зажигания, влияющим на развитие стриммера с отрицательного в данный момент электрода. Кроме того, в сильном электромагнитном поле барьерного разряда свет с длиной волны до 0,1 нм при мощности дозы порядка 1012 эВ/см3*с ведет себя как катализатор: ускоряет процессы окисления, сохраняя свое состояние неизменным, эффект обусловлен тем, что фотон, поглощенный переходным комплексом, излучается при образовании промежуточных и конечных продуктов реакции.

В подавляющем большинстве случаев такой импульс барьерного электрического разряда будет подан для инициирования процесса горения, в части случаев горение может быть инициировано известными способами, например от искры свечи зажигания. Импульсы барьерного электрического разряда генерируются в одном или нескольких местах объема сгорания топлива в зависимости от объема и природы сжигаемого топлива. В дальнейшем потоком ионизированного газа-плазмы воздействуют на необходимые участки объема сгорания топлива, чем обеспечивают регулируемый процесс сжигания топлива. После инициирования горения импульсом барьерного электрического разряда, обеспечивающим получение частично или полностью ионизированного газа, следующие аналогичные импульсы будут характеризоваться меньшей энергией, чем требуется для инициирования горения. При подаче импульсов барьерного электрического разряда на этапе удаления газов из объема сгорания топлива - дожиге дополнительными импульсами обеспечивается более качественное сгорание топлива и исключается необходимость использования катализаторов.

Регулированием частоты и мощности импульса барьерного электрического разряда обеспечивается управление параметрами потока ионизированного газа-плазмы в привязке к состоянию топливной смеси в объеме сгорания топлива, параметрам горения топлива. Таким образом, исключается возникновение расширительных центров движения газов и провалов давления соответственно, устраняется возможность возникновения кавитационных процессов и помпажа в объеме сгорания топлива, тем самым предотвращается коксообразование и перегрев двигательной установки, соответственно снижаются требования к качеству материалов камеры сгорания или топочной камеры, выхлопного тракта и системы охлаждения двигателя. За счет исключения детонационных процессов при управляемом процессе горения возрастает полезная мощность двигателя, снижается температура выхлопных газов, шум, производимый двигателем, достигается более полное сгорание смеси. Дополнительно, использование предложенного способа обеспечит температурный режим, при котором в камере сгорания или топочной камере может быть установлено измерительное оборудование, датчики и т.п., таким образом будет повышена точность дозировки топлива в объем сгорания, как частность же можно исключить использования датчиков кислорода (λ-датчиков), устанавливаемых в выхлопных коллекторах двигателей внутреннего сгорания. Второй и, возможно, последующие импульсы меньшей энергии позволяют воспламенять новые очаги в условиях высокой концентрации несгоревшего топлива и повышающейся плотности ионизации среды. Необходимость повышения мощности очередного импульса означает падение концентрации несгоревшего топлива и достижение мощности, примерно равной первому сигналу, означает полное сгорание топлива в камере.

Предложенный способ может быть использован для управляемого сжигания топлива в камерах сгорания энергетических установок и двигателей различного типа: камерах сгорания поршневых двигателей внутреннего сгорания, включая дизельные двигатели, камерах сгорания газотурбинных двигателей, камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей, топочных камерах котлоагрегатов электрических станций, камерах сжигания топлива и т.п. и обеспечит управляемое сжигание топлива при обеспечении качества сжигания топлива и сохранности энергетической установки или двигателя.

1. Способ управляемого сжигания топлива, включающий воздействие на топливо электрического заряда, отличающийся тем, что в объеме сгорания топлива генерируют, по меньшей мере, один импульс барьерного электрического разряда, обеспечивающий получение частично или полностью ионизированного газа, и воздействуют на топливо, по меньшей мере, одним потоком ионизированного газа.

2. Способ управляемого сжигания топлива по п.1, отличающийся тем, что импульс барьерного электрического разряда, обеспечивающий получение частично или полностью ионизированного газа, подается для инициирования горения.

3. Способ управляемого сжигания топлива по п.1, отличающийся тем, что после инициирования горения импульсом барьерного электрического разряда, обеспечивающим получение частично или полностью ионизированного газа, подается, по меньшей мере, один аналогичный импульс предпочтительно меньшей энергии, чем требуется для инициирования горения.

4. Способ управляемого сжигания топлива по п.1, отличающийся тем, что импульс барьерного электрического разряда, обеспечивающий получение частично или полностью ионизированного газа, подается на этапе удаления газов из объема сгорания топлива.

5. Способ управляемого сжигания топлива по п.1, отличающийся тем, что импульс барьерного электрического разряда генерируют в нескольких местах объема сгорания топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиочастотным устройствам генерирования плазмы и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к системам генерирования плазмы между двумя электродами свечи. .

Изобретение относится к системам генерирования плазмы между двумя электродами свечи. .

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, а именно к системам зажигания для двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), конкретно к системам зажигания, и может быть использовано в двигателестроительной промышленности и, в частности, в автомобилестроении.

Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания с индукционным или емкостным накоплением энергии и может использоваться в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, а также в устройствах, где требуется, при малых габаритах и стоимости установки, получение с высоким КПД и малыми потерями искрового разряда с большими значениями тока и энергии.

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, а именно к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам сжигания горючей смеси двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности системам зажигания двигателя внутреннего сгорания, а именно к устройствам регулирования параметров искрового разряда, и может быть использовано совместно как с системой зажигания высокой энергии, так и с классической батарейной системой зажигания.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу формирования последовательности воспламеняющих искр высокого напряжения и соответствующему устройству для зажигания током высокого напряжения.

Изобретение относится к устройству для регулирования многоискрового зажигания в двигателе внутреннего сгорания, при котором предусмотрен электронный регулирующий трансформатор зажигания для выдачи или прерывания тока искрового зажигания, который отключается или повторно включается на основании по меньшей мере одного токового порога

Изобретение относится к проточным устройствам для импульсного зажигания высокоскоростных потоков гомогенных и гетерогенных горючих смесей в различных энергетических установках, прежде всего в импульсно-детонационных технологических устройствах и в импульсно-детонационных двигателях летательных аппаратов

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для выработки импульсов высокого напряжения, образующих искру между электродами свечей зажигания и распределения высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя в необходимой последовательности. Технический результат: уменьшение сопротивления вторичной обмотки катушки зажигания и увеличение мощности импульса тока в свечах зажигания. Система зажигания содержит аккумулятор, плюсовой вывод которого подключен к входному контакту замка зажигания, а выходной контакт замка зажигания подключен входному зажиму первичной обмотки катушки зажигания. Выходной зажим первичной обмотки катушки зажигания образует первую общую точку с входным зажимом прерывателя, первым выводом конденсатора и входным зажимом вторичной обмотки катушки зажигания, выходной зажим прерывателя образует вторую общую точку со вторым зажимом конденсатора и минусовым выводом аккумулятора. Выходной зажим вторичной обмотки катушки зажигания подключен к входному зажиму распределителя, четыре выходных зажима которого подключены к входным зажимам свечей зажигания, выходные зажимы которых подключены ко второй общей точке. Параллельно первичной обмотке катушки зажигания подключена катушка индуктивности, имеющая от 1.1 до 2 раз большую индуктивность и от 1.1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки катушки зажигания. 4 ил.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для выработки импульсов высокого напряжения, образующих искру между электродами свечей зажигания и распределения высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя в необходимой последовательности. Технический результат: уменьшение сопротивления вторичной обмотки катушки зажигания и увеличение мощности импульса тока в свечах зажигания. Система зажигания содержит аккумулятор, плюсовой вывод которого подключен к входному контакту замка зажигания, а выходной контакт замка зажигания подключен входному зажиму первичной обмотки катушки зажигания. Выходной зажим первичной обмотки катушки зажигания образует первую общую точку с входным зажимом прерывателя, первым выводом конденсатора и входным зажимом вторичной обмотки катушки зажигания, выходной зажим прерывателя образует вторую общую точку со вторым зажимом конденсатора и минусовым выводом аккумулятора. Выходной зажим вторичной обмотки катушки зажигания подключен к входному зажиму распределителя, четыре выходных зажима которого подключены к входным зажимам свечей зажигания, выходные зажимы которых подключены ко второй общей точке. Параллельно первичной обмотке катушки зажигания подключена катушка индуктивности, имеющая от 1.1 до 2 раз большую индуктивность и от 1.1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки катушки зажигания. 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение КПД и надежности. Сущность изобретения заключается в том, что при работе двигателя внутреннего сгорания, содержащего цилиндр с поршнем и свечи зажигания, подают импульс энергии на свечи зажигания в каждом цилиндре в момент нахождения поршня ниже ВМТ. При этом продолжают подавать импульсы энергии на каждую свечу зажигания и после воспламенения топлива в камере соответствующего цилиндра до завершения фазы выхлопа в соответствующем цилиндре. Свечи могут быть выполнены лазерными. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Система зажигания с многократным искрообразованием относится к импульсной технике, в частности, к устройствам регулирования параметров искрового разряда в электронных системах зажигания высокой энергии для ДВС. Технический результат - увеличение энергии искрообразования практически вдвое и уменьшение потребления энергии от источника бортового напряжения питания. В схему введен дополнительный диод. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу поджига смеси окислителя и горючего в камере сгорания теплового двигателя при помощи свечи зажигания, расположенной таким образом, чтобы она заходила в указанную камеру сгорания двигателя. Технический результат заключается в увеличении объема поджигаемой свечи. Способ содержит первый этап питания указанной свечи при помощи первого переменного электрического сигнала частотой, превышающей 1 МГц. Способ содержит второй этап питания указанной свечи при помощи второго переменного электрического сигнала частотой, превышающей 1 МГц, причем этот второй этап осуществляют после первого этапа через определенный промежуток времени относительно первого этапа. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области транспорта и может использоваться для воспламенения обедненных топливных смесей. Техническим результатом является повышение надежности искрообразования при повышенных утечках заряда по поверхности изолятора (юбочки) свечи из-за образовавшегося нагара, а также в увеличении энергии электроразряда. Система зажигания для двигателя внутреннего сгорания содержит электронный блок управления, соединенный с датчиком положения коленчатого вала и аккумуляторной батареей, штатный модуль зажигания с высоковольтными катушками, элементы цепей питания от аккумулятора. Система дополнительно содержит по крайней мере один дополнительный модуль зажигания с высоковольтными катушками. Его входные цепи соединены параллельно с соответствующими входными цепями штатного модуля зажигания, а выходные цепи соединены параллельно с соответствующими выходными цепями штатного модуля зажигания. 1 ил.
Наверх