RU2065071C1

RU2065071C1 - Method and device for preparation of fuel-and-air mixture for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2065071C1
Application number: SU915022811A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Горячев
Original assignee: Центральное опытное конструкторское и технологическое бюро ГОСНИТИ
Priority date: 1991-07-28
Filing date: 1991-07-28
Publication date: 1996-08-10

Abstract

FIELD: manufacture of engines; methods of processing air, fuel and combustible mixtures. SUBSTANCE: liquid fuel is fed to float chamber where fuel is subjected to action of needle surfaces of chamber and float walls; as a result, molecular bonds of fuel are partially broken. From float chamber, fuel is directed to tubular atomizers made integral with vibrator and fuel is acted on by ultrasonic vibrations generated by vibrator fed with electric current from pulse generator after which metered amount of fuel is mixed with air. Air may be acted on by corona discharge depending on version of make. The device for realization of this method has fuel float chamber with needle surfaces of walls and float, mixing chamber brought in communication with float chamber through tubular atomizers whose walls are provided with holes, control unit connected with pulse generator and drive of engine mode control lever, vibrator made integral with atomizers. The vibrator is made of piezoelectric material. Device may be made in several versions. EFFECT: enhanced efficiency. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и в частности, к двигателестроению, а именно к способам подготовки топливовоздушной смеси к сгоранию в автомобильных, тракторных и авиационных двигателях внутреннего сгорания и к устройствам для их осуществления. The invention relates to mechanical engineering and, in particular, to engine building, and in particular to methods of preparing a fuel-air mixture for combustion in automobile, tractor and aircraft internal combustion engines and to devices for their implementation.

Известен способ подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что воздух подвергают воздействию электрического поля между кольцевыми электродами под высоким напряжением, при этом при коронном разряде между электродами в воздухе образуется озон, затем смешивают озонированный воздух с топливом [1]
Однако известный способ недостаточно эффективен и не обеспечивает значительного улучшения работы двигателя внутреннего сгорания.A known method of preparing a fuel-air mixture for an internal combustion engine, namely, that the air is exposed to an electric field between the ring electrodes under high voltage, while corona discharge between the electrodes in the air creates ozone, then ozonized air is mixed with fuel [1]
However, the known method is not effective enough and does not provide a significant improvement in the operation of the internal combustion engine.

Известно и устройство для осуществления вышеуказанного способа, содержащее трубку из боросиликатного стекла с проточным каналом и расположенные в последнем два кольцевых электрода, первый из которых снабжен игольчатыми токопроводящими выступами и подключен к отрицательному полюсу источника тока, а второй электрод подключен к положительному полюсу источника тока и выполнен подвижным относительно продольной оси трубки [1]
Недостатком этого устройства является сложность его конструкции.A device for implementing the above method is also known, comprising a borosilicate glass tube with a flow channel and two ring electrodes located in the latter, the first of which is equipped with needle-shaped conductive projections and connected to the negative pole of the current source, and the second electrode is connected to the positive pole of the current source and is made movable relative to the longitudinal axis of the tube [1]
The disadvantage of this device is the complexity of its design.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания путем подачи жидкого топлива в топливную поплавковую камеру и из последней в трубчатые распылители, а также путем воздействия на топливо ультразвуковыми колебаниями от вибратора, питаемого электрическим током от генератора импульсов, и смешения дозированного количества топлива с воздухом, всасываемым в двигатель [2] Этот способ также недостаточно эффективен и экономичен, т. к. при его осуществлении вибратор воздействует на значительный объем топлива, находящийся в камере, для чего требуется большой расход энергии, кроме того, при осуществлении способа не обеспечивается деструкция топлива. Closest to the proposed method in terms of technical essence and the achieved result is a method of preparing a fuel-air mixture for an internal combustion engine by supplying liquid fuel to the fuel float chamber and from the latter to the tube nozzles, as well as by exposing the fuel to ultrasonic vibrations from a vibrator supplied with electric current from pulse generator, and mixing a metered amount of fuel with air drawn into the engine [2] This method is also not effective enough economical, t. k. when implementing the vibrator acts on a significant volume of fuel situated in a chamber which requires a high energy consumption, in addition, the process does not provide destruction of fuel.

Наиболее близким к предлагаемому устpойству подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания по технической сущности и достигаемому результату является устройство подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания, содержащее топливную поплавковую камеру, генератор импульсов, вибратор, смесительную камеру, сообщенную с топливной камерой через трубчатые распылители, блок управления, связанный с генератором импульсов и с приводом рычага управления режимами работы двигателя [2]
Недостатком этого устройства является его низкая эффективность и экономичность.The closest to the proposed device for the preparation of the air-fuel mixture for the internal combustion engine according to the technical essence and the achieved result is the device for preparing the air-fuel mixture for the internal combustion engine, comprising a fuel float chamber, a pulse generator, a vibrator, a mixing chamber in communication with the fuel chamber through tubular atomizers, a unit control associated with the pulse generator and with the drive of the control lever of the engine operation modes [2]
The disadvantage of this device is its low efficiency and profitability.

Задачей изобретения является улучшение гомогенизации и топливовоздушной смеси. The objective of the invention is to improve the homogenization and air-fuel mixture.

Для решения задачи в способе подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания путем подачи жидкого топлива в топливную поплавковую камеру и из последней в трубчатые распылители, а также путем воздействия на топливо ультразвуковыми колебаниями от вибратора, питаемого электрическим током от генератора импульсов, и смешения дозированного количества топлива с воздухом, всасываемым в двигатель, в топливной камере топливо подвергают воздействию игольчатых поверхностей стенок камеры и поплавка, вибратор выполняют за одно целое с трубчатыми распылителями, создающими колебания с частотой, вызывающей деструкцию топлива с выделением его паров и водорода. По варианту осуществления способа на воздух воздействуют коронным разрядом между двумя электродами. To solve the problem in a method of preparing a fuel-air mixture for an internal combustion engine by supplying liquid fuel to the fuel float chamber and from the latter to the tube nozzles, as well as by exposing the fuel to ultrasonic vibrations from a vibrator fed by electric current from a pulse generator, and mixing the dosed amount of fuel with air drawn into the engine in the fuel chamber, the fuel is exposed to the needle surfaces of the walls of the chamber and the float, the vibrator is performed for but integral with tubular nozzles which create oscillations at a frequency which causes degradation of fuel with separation of vapor and hydrogen. In an embodiment of the method, a corona discharge is applied to the air between two electrodes.

В устройстве для осуществления способа, содержащем топливную поплавковую камеру, генератор импульсов, вибратор, смесительную камеру, сообщенную с топливной камерой через трубчатые распылители, блок управления, связанный с генератором импульсов и с приводом рычага управления режимами работы двигателя, на внутренней стенке топливной камеры и на погружаемой в топливо поверхности поплавка расположены иглы, вибратор выполнен за одно целое с трубчатыми распылителями из пьезоэлектрического материала, а в стенках распылителей выполнены отверстия. По вариантам выполнения устройства смесительная камера снабжена тороидальной гомогенизирующей секцией, сообщенной с размещенной под ней дополнительной секцией, трубчатые распылители расположены в последней по окружности, внутри дополнительной секции соосно окружности установлен диффузор, а над тороидальной секцией расположена секция обработки воздуха, снабженная подключенными к источнику высокого напряжения двумя электродами, первый из которых выполнен в виде металлической конусообразной втулки, расположенной в корпусе из диэлектрического материала, а второй расположен внутри первого и выполнен в виде конусообразного шнека с острой винтовой образующей и связан с первым электродом через диэлектрические опоры. Каждый трубчатый распылитель может быть выполнен с увеличивающимся диаметром по ходу движения топлива. In a device for implementing the method, comprising a fuel float chamber, a pulse generator, a vibrator, a mixing chamber in communication with the fuel chamber through tubular nozzles, a control unit associated with a pulse generator and with a drive of a control lever for operating the engine, on the inner wall of the fuel chamber and Needles are immersed in the fuel surface of the float, the vibrator is made in one piece with tubular atomizers made of piezoelectric material, and holes are made in the atomizer walls TIFA. According to embodiments of the device, the mixing chamber is equipped with a toroidal homogenizing section in communication with the additional section located below it, the tubular nozzles are located in the last circumference, a diffuser is installed coaxially in the circumference of the circle, and an air treatment section equipped with a high voltage source is located above the toroidal section two electrodes, the first of which is made in the form of a metal cone-shaped sleeve located in a dielectric housing an insulating material, and the second is located inside the first and is designed as a conical screw with a sharp helical generatrix and connected to the first electrode through the dielectric support. Each tubular atomizer can be made with increasing diameter in the direction of travel of the fuel.

На фиг. 1 представлена схема устройства подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 продольный разрез топливной поплавковой камеры, смесительной камеры и секции обработки воздуха предлагаемого устройства. In FIG. 1 is a diagram of a fuel-air mixture preparation device for an internal combustion engine; in FIG. 2 is a longitudinal section of a fuel float chamber, a mixing chamber, and an air treatment section of the device of the invention.

Устройство подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус топливной поплавковой камеры 1, на которой расположены секция 2 обработки воздуха и смесительная камера с тороидальной гомогенизирующей секцией 3 и дополнительной секцией 4. Cекция 4 соединена с генератором импульсов 5, связанным с блоком 6 управления работой двигателя. Блок 6 управления связан с приводом 7 рычага управления режимами работы двигателя. An air-fuel mixture preparation device for an internal combustion engine comprises a fuel float chamber body 1, on which an air treatment section 2 and a mixing chamber with a toroidal homogenizing section 3 and an additional section 4 are located. Section 4 is connected to a pulse generator 5 connected to the engine operation control unit 6 . The control unit 6 is connected to the drive 7 of the control lever of the engine operation modes.

Поплавковая камера 1 состоит из разъемного корпуса 8, в верхней части которого расположен клапан 9 подачи топлива с запорной иглой 10, взаимодействующей через опорный рычаг 11 с поплавком 12. Равномерное и свободное без перекосов перемещение поплавка 12 по вертикали обеспечивается за счет направляющих 13. Внутренняя поверхность полости корпуса 8 поплавковой камеры 1 и поверхность нижней части поплавка 12 снабжена плотным покровом многочисленных острых и тонких игл 14 небольшой длины. Поплавковая камера 1 через главный жиклер 15 сообщена с трубчатыми распылителями 16, выполненными за одно целое с вибратором, связанным с генератором импульсов 5. Секция 3 обработки воздуха состоит из корпуса 17, выполненного из диэлектрического материала (баросиликатное стекло), в конической части которого вмонтирована втулка 18, являющая одним электродом. Внутри этой втулки через диэлектрические опоры встроен второй электрод 19 в виде конусообразного шнека с острыми окончаниями шнековидной поверхности, благодаря чему между втулкой 18 и электродом 19 образуется при высоком напряжении коронный разряд. Коническая форма придана этой конструкции для того, чтобы охватить коронным разрядом наибольшее количество проходящего воздуха. Нижняя часть корпуса 17 выполнена сложной формы и представляет собой тороидальную гомогенизирующую секцию 3. В цилиндрической части корпуса 17 расположена воздушной заслонка 20, связанная с приводом 7 рычага управления. Дополнительная секция 4 через прокладку 21 крепится в центральную цилиндрическую часть корпуса 8 поплавковой камеры 1. В центральной части секции 4 вмонтирован диффузор 22, а за его пределами на большем диаметре в расположенных по окружности гнездах вмонтированы через уплотнения 23 и 24 конусообразные трубчатые распылители 16 с отверстиями 25 в их стенках. Трубки выполнены из пьезоэлектрического материала, внутренняя и наружная поверхности обложены электродами. Наружный электрод касается массы, а внутренний выведен на клеммный зажим в виде винта, шайбы и гайки. К нижней цилиндрической части секции 4 примыкает патрубок 26, в котором размещена дроссельная заслонка 27. The float chamber 1 consists of a detachable body 8, in the upper part of which there is a fuel supply valve 9 with a locking needle 10 interacting through the support lever 11 with the float 12. The float 12 is uniformly and free of distortions in the vertical movement due to the guides 13. The inner surface the cavity of the housing 8 of the float chamber 1 and the surface of the lower part of the float 12 is provided with a dense cover of numerous sharp and thin needles 14 of small length. The float chamber 1 through the main nozzle 15 is in communication with the tubular nozzles 16, made in one piece with a vibrator connected to the pulse generator 5. The air treatment section 3 consists of a housing 17 made of dielectric material (barosilicate glass), in which the sleeve is mounted in the conical part 18, which is a single electrode. A second electrode 19 in the form of a cone-shaped screw with sharp ends of a screw-shaped surface is embedded inside this sleeve through dielectric supports, due to which a corona discharge is formed between the sleeve 18 and the electrode 19. A conical shape is given to this structure in order to cover the largest amount of passing air with a corona discharge. The lower part of the housing 17 is made of complex shape and is a toroidal homogenizing section 3. In the cylindrical part of the housing 17 is an air damper 20 connected to the actuator 7 of the control lever. An additional section 4 through the gasket 21 is mounted in the central cylindrical part of the housing 8 of the float chamber 1. In the central part of section 4, a diffuser 22 is mounted, and cone-shaped tube sprayers 16 with holes are mounted through seals 23 and 24 on a larger diameter around the circumference of the nests 25 in their walls. The tubes are made of piezoelectric material, the inner and outer surfaces are lined with electrodes. The outer electrode touches the ground, and the inner one is displayed on the terminal clamp in the form of a screw, washer and nut. A pipe 26 is adjacent to the lower cylindrical part of section 4, in which a throttle valve 27 is located.

Способ подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания осуществляют следующим образом. A method of preparing a fuel-air mixture for an internal combustion engine is as follows.

Устройство для осуществления способа устанавливают на двигатель. Секцию 2 обработки воздуха подключают к высоковольтному блоку системы зажигания, а генератор импульсов 5 к системе электропитания двигателя. При автоматическом режиме работы подсоединяют блок 6 управления. Топливо, попадая через клапан 9 в полость поплавковой камеры 1, подвергается и снизу и сверху поверхностному воздействию множества острых игл 14, что вызывает эффект внутренней возбужденной напряженности и разрыв молекулярных связей в его молекулярной структуре. Поступая в таком состоянии через главные жиклеры 15 в зону активного воздействия колеблющихся с большой частотой трубчатых распылителей 16 и соприкасаясь с их наружными и внутренними стенками, топливо частично разрушается в своей структуре с выделением водорода, а частично превращается в пары и возносится за счет эжектирующего эффекта при прохождении через диффузор 22 воздуха в гомогенизирующую секцию 3. При этом увеличивающееся поперечное сечение трубчатых распылителей 16 за счет их конической формы способствует ускоренному выходу паров топлива и водорода. Воздух, проходя через винтовой лабиринт конической части секции 2 и попадая в зону коронного разряда между электродом 19 в виде лезвийного окончания шнекообразующей поверхности и электродом 18 в виде конической втулки, ионизируется и озонируется и попадает в секцию 3 смесительной камеры, где перемешивается с парами топлива, при этом образуется гомогенная горючая топливовоздушная смесь, обладающая высокой теплотворной способностью. Эта смесь через дроссельную заслонку 27, установленную в патрубке 26, попадает во всасывающий распределительный коллектор двигателя, а затем в зависимости от рабочего цикла в тот или иной цилиндр двигателя. Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключаются в том, что при вибрации трубчатых распылителей 16 возбуждается только масса топлива, проходящая через отверстия в объеме внутреннего пространства распылителей и возбуждается не специальным вибратором, а стенками самого распылителя, для этих целей не требуется дополнительных источников электроэнергии. A device for implementing the method is installed on the engine. Section 2 of the air treatment is connected to the high-voltage block of the ignition system, and the pulse generator 5 to the power supply system of the engine. In automatic mode, the control unit 6 is connected. Fuel, falling through the valve 9 into the cavity of the float chamber 1, is exposed both from below and from above to the surface action of many sharp needles 14, which causes the effect of internal excited tension and the breaking of molecular bonds in its molecular structure. Entering in this state through the main jets 15 into the active zone of impact of the tubular nozzles 16 oscillating with a high frequency and in contact with their outer and inner walls, the fuel partially collapses in its structure with the evolution of hydrogen, and partially turns into vapors and ascends due to the ejection effect when passing through the diffuser 22 of air into the homogenizing section 3. At the same time, the increasing cross section of the tubular nozzles 16 due to their conical shape contributes to the accelerated exit of fuel and hydrogen. Air passing through the screw labyrinth of the conical part of section 2 and falling into the corona discharge zone between the electrode 19 in the form of the blade end of the screw-forming surface and the electrode 18 in the form of a conical sleeve is ionized and ozonized and enters the section 3 of the mixing chamber, where it is mixed with fuel vapor, this produces a homogeneous combustible air-fuel mixture with high calorific value. This mixture through the throttle valve 27, installed in the pipe 26, enters the intake manifold of the engine, and then, depending on the duty cycle in a particular cylinder of the engine. The advantages of the proposed method compared to the prototype are that during the vibration of the tube sprayers 16 only the mass of fuel is excited passing through the holes in the volume of the internal space of the sprayers and is not excited by a special vibrator, but by the walls of the sprayer itself; for this purpose no additional power sources are required.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления обеспечивают высокую степень гомогенизации горючей смеси путем возбуждения и деструкции молекул топлива с разрывом углеводородных связей и ионизации и озонирования воздуха. Thus, the proposed method and device for its implementation provide a high degree of homogenization of the combustible mixture by excitation and destruction of fuel molecules with the breaking of hydrocarbon bonds and ionization and ozonation of air.

Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления обеспечит получение экологического эффекта за счет снижения токсичности выхлопных газов от улучшения процесса сгорания гомогенной топливовоздушной смеси, а также получение экономического эффекта от экономии топлива за счет повышения его теплотворной способности при распаде на более легкие фракции и водород и улучшения сгорания. Using the proposed method and device for its implementation will provide an environmental effect by reducing the toxicity of exhaust gases from improving the combustion process of a homogeneous air-fuel mixture, as well as obtaining an economic effect from saving fuel by increasing its calorific value when decomposed into lighter fractions and hydrogen and improving combustion.

Claims

1. A method of preparing a fuel-air mixture for an internal combustion engine by supplying liquid fuel to the fuel float chamber and from the latter to the tube sprayers, exposing the fuel to ultrasonic vibrations from a vibrator fed by electric current from a pulse generator, and mixing the metered amount of fuel with air drawn into the engine, characterized in that in the fuel chamber the fuel is exposed to the needle surfaces of the walls of the chamber and the float, the vibrator is made in one piece with t ribbed sprayers, creating oscillations with a frequency that causes the destruction of the fuel with the release of its vapor and hydrogen.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air is subjected to a corona discharge between two electrodes.

3. A device for preparing a fuel-air mixture for an internal combustion engine, comprising a fuel float chamber, a pulse generator, a vibrator, a mixing chamber in communication with the fuel chamber through tubular nozzles, a control unit associated with a pulse generator and a drive of a control lever for operating the engine, characterized in that there are needles on the inner wall of the fuel chamber and on the surface of the float immersed in the fuel, the vibrator is made in one piece with the tube nozzles from the piezo electric material, and in the walls of spray openings.

4. The device according to claim 3, characterized in that the mixing chamber is equipped with a toroidal homogenizing section in communication with the additional section located below it, the tubular nozzles are located in the last circumference, a diffuser is aligned with the circle inside the additional section, and a section is located above the toroidal section air treatment, equipped with two electrodes connected to a high voltage source, the first of which is made in the form of a metal cone-shaped sleeve located in the housing and of dielectric material, and the second is located inside the first and is made in the form of a cone-shaped screw with a sharp helical generatrix and connected to the first electrode through dielectric supports.

5. The device according to PP.3 and 4, characterized in that each tubular atomizer is made with increasing diameter in the direction of travel of the fuel.