Способ очистки топливных смесей двигателей внутреннего сгорания автомобилей, в том числе бензиновых

Изобретение относится к способам очистки топливных смесей, в том числе - бензиновых, используемых в двигателях внутреннего сгорания автомобилей под действием магнитного поля.

Изобретение может применяться в той области техники, где требуется тонкая очистка топливных смесей под действием магнитного поля активизация атомов, структуризация ее молекул относительно друг друга и получение качественно новых показателей и характеристик.

Решение этой задачи обеспечит увеличение скорости транспортных средств, полноты сгорания топлива и будет способствовать снижению токсичности отработавших газов.

Проблемы, решаемые заявляемым изобретением, весьма актуальны в связи с высокими ценами на топливо и низким кпд двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Для решения задач очистки топливных смесей, в том числе - бензиновых, были разработаны различными авторами способы магнитной обработки углеводородного топлива перед его подачей в двигатель внутреннего сгорания (а.с. СССР №№1288330; 1388573; 1477929; 1815394; патенты РФ №2052652; 2140108; патенты US №5590158; 5816226; заявки Японии №2-301657 (1989); 1-12175 (1990) и др.)

Известен также способ обработки топлива одновременным воздействием электрического и, в качестве вспомогательного, магнитного поля, созданного тонкими пальчиковыми магнитами (Патент США №3893437, 123-119, 07.1975).

Недостатками этих способов является сложность их исполнения, низкая надежность и невозможность получения высокого качества очистки бензиновых топливных смесей и выхлопных газов, а также в способах не указываются граничные характеристики магнитного поля.

В патенте ЕР №1546540 магнитная обработка осуществляется в устройстве, топливо в котором проходит по удлиненному петлеобразному пути в магнитном поле. При этом используются варианты с разнообразной конфигурацией поля (WO 2004/031566, F02M 27/04, F02B 51/04, от 26.09.2003).

Недостатком этого способа является увеличение длительности обработки топлива магнитным полем, сложность его воспроизведения, вследствие этого - удорожание, усложнение способа и невозможность получить высокое качество очистки топливных смесей и экологичных выхлопных газов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки углеводородного топлива магнитным полем, заключающийся в том, что на топливопровод устанавливают две группы постоянных Nd-Fe-B магнитов - магнитных систем последовательно по ходу движения топлива по топливопроводу, при этом магнитные системы устанавливают на расстоянии от 100 до 3000 мм друг от друга, кроме того, постоянные магниты выполняют призматической формы, а напряженность магнитного поля в системе регулируют путем установки дополнительных пар магнитов поверх ранее установленных.

Недостатками этого способа является сложность его исполнения, невозможность получения стабильных результатов высокого качества очистки бензиновых топливных смесей, а также сложность изготовления и монтажа заявляемого устройства.

Техническими задачами заявляемого изобретения являются получение топливных смесей высокой степени очистки по показателям содержания грязевых загрязнений, серы, по степени осветления, показателям, обеспечивающих увеличение плотности бензиновых смесей и с возможностью увеличения октанового числа, что обеспечивает повышение скорости транспортного средства, полноту сгорания топлива и снижение токсичности отработанных газов.

Технический результат достигается тем, что способ очистки топливных смесей двигателей внутреннего сгорания автомобилей, в том числе бензиновых, заключается в том, что смесь подвергают воздействию магнитного поля напряженностью 1700-2000 эрстед, пропуская через нечетное количество объединенных магнитопроводящим корпусом цилиндрической формы, разделенных паранитовыми прокладками и последовательно соединенных секций, каждая из которых включает кольцевые постоянные магниты с кольцевыми полюсными наконечниками, выполненными с выпуклой в нечетных секциях и вогнутой в четных секциях внешней поверхностью, располагающимися в чередующемся порядке по ходу движения смеси со скоростью 3-5 л/мин.

При проведении стендовых испытаний способ очистки топливных смесей двигателей внутреннего сгорания автомобилей, в том числе бензиновых, обработку топливных смесей в магнитном поле, можно производить, перекачивая ее из емкости в емкость с применением погружного насоса или установкой объединенных в цилиндрическом магнитопроводящем корпусе постоянных магнитов на бензопроводе транспортного средства.

Сущность осуществления способа заключается в оптимизации распределения напряженности магнитного поля. Так как полюсные наконечники имеют меняющуюся конфигурацию - в нечетных секциях выпуклые, а в четных - вогнутые, то при воздействии постоянных магнитов с кольцевыми наконечниками выпуклая форма при том же сечении кольцевого зазора создает магнитное поле меньшей напряженности, чем вогнутая за счет рассредоточения магнитных силовых линий. Вогнутая форма обеспечивает более высокую напряженность за счет фокусирования магнитных силовых линий. Таким образом, при одинаковом живом сечении кольцевого зазора обеспечивается равномерное распределение напряженности магнитного поля, исключая поля рассеяния, что еще более усиливается турбулентными процессами движения топливной, в том числе бензиновой смеси.

Жидкая топливная смесь, проходя через выпукло-вогнутую форму цилиндрической поверхности, изменяет скорость, и потоку придается турбулентность, так как при сужении или при расширении потока создаются пространства с завихрениями вращающейся жидкости, которые образуются в пристенном пространстве магнитопроводящего цилиндрического корпуса. Это также усиливает процесс омагничивания топливных смесей, ускоряя его.

Основные характеристики топливных смесей, в том числе бензиновых, в большей мере зависят от его марки. Почти в каждой проблеме с двигателем качество топлива одна из причин его неполадок. Образование отложений, загрязнений может привести к отказу двигателя. Рассмотрим некоторые факторы, которые влияют на работу двигателей внутреннего сгорания.

Известно, что большое влияние на работу двигателя оказывает значение октанового числа топливной смеси.

Октановое число - это мера способности бензина сопротивляться самовоспламенению, а самовоспламенение может вызвать детонацию в двигателе. Повышение октанового числа улучшает качество топливных смесей, в том числе - бензиновых.

Сера является природным компонентом сырой нефти. Если серу не удалить во время процесса переработки нефти, она будет загрязнять автомобильное топливо. Сера оказывает существенное влияние на автомобильные выбросы, снижая производительность двигателей внутреннего сгорания. Уменьшение концентрации серы приводит к уменьшению выбросов из всех автомобилей.

Плотность бензина служит одним из показателей, по которому можно определить качество и эксплуатационные свойства данного вида топлива. Эта характеристика непосредственно зависит от фракционного и химического состава горючего, и поэтому иногда позволяет выявить фальсифицированные нефтепродукты. Показатель измеряется в килограммах на кубический метр.

Известны также типы загрязнений, возникающие в резервуарах для хранения бензина, которые могут также попасть в топливную смесь, в том числе - бензиновую:

- вода;

- микрочастицы (ржавчина и грязь);

- водо-углеводородные эмульсии;

- микробиологические загрязнения;

- использованное моторное масло;

- водо-спиртовые смеси.

При работе двигателя на клапанах транспортного средства образуется нагар, что приводит к ухудшению работы двигателя. После отработки двигателя появляется большое количество сажи, которая также засоряет его.

Именно на улучшение показателей этих основных характеристик топливной смеси были направлены исследования авторов заявляемого способа.

Исследования показали, что в результате обработки топливных смесей предлагаемым способом происходит изменение морфологии кристаллов загрязняющих частиц, находящихся в топливной смеси.

При рассмотрении этих частиц под микроскопом до и после обработки магнитным полем четко можно заметить прошедшие изменения - частицы приобретают тонкие расщепленные отростки, которые под действием магнитного поля в растворе исчезают, делая топливную смесь чистой, без следов загрязнений.

Этот эффект проиллюстрирован поясняющими фотографиями - фиг. 1 (а, б, в, г), которые были сделаны с применением микроскопа МБС-9, технические характеристики которого представлены в табл. 1.

На фото (а) представлено фотографическое изображение частиц различных загрязнений топливной (бензиновой) смеси до обработки ее магнитным полем

На фото (б) представлено изменение морфологии частиц загрязнений в начальную стадию обработки топливной смеси магнитным полем и образование кристаллов частиц загрязнений.

На фото (в) представлено изменение кристаллов частиц загрязнений после полной обработки топливной смеси магнитным полем.

На фото (г) представлен вид одиночного кристалла - частицы загрязнений после проведения обработки топливной смеси магнитным полем. На фотографическом изображении видно удлинение частицы и измельчение ее под действием магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами. Напряженность магнитного поля - 1700-2000 эрстед. Далее такие частицы удаляются из топливной (бензиновой) смеси.

На опытном заводе АО "МНИРТИ" были проведены стендовые испытания, которые показали, что в результате предложенной обработки происходит очищение топливных (бензиновых) смесей от нагара, сажи и других грязевых частиц, а также от нежелательных присадок, добавляемых в топливную (бензиновую) смесь. Частицы загрязнений принимают такие формы, которые при прохождении топливной смеси через создаваемое магнитное поле напряженностью 1700-2000 эрстед постоянными магнитами подвергаются разрушению под его воздействием.

Опытным путем были подобраны оптимальные значения напряженности магнитного поля. Так, при значении напряженности магнитного поля менее 1700 эрстед при перекачке топливной смеси, в том числе - бензиновой, через магнитное поле - при непрерывном пропускании через ряд постоянных магнитов, объединенных магнитопроводящим корпусом, из одной емкости в другую процесс омагничивания значительно замедляется, а при повышении значений напряженности магнитного поля более 2000 эрстед происходят значительные завихрения потока жидкости, что приводит к избыточной турбулентности потока, и, в этом случае, процесс не обеспечивает эффективной очистки. Кроме того, в этом случае вектор намагниченности каждой частицы отклоняется от направления оси движения, что вызывает их хаотическое движение и, вследствие этого - замедление процесса очистки моторного масла под действием магнитного поля.

При отработке данного способа было определено, что под воздействием магнитного поля указанной напряженности сложные молекулы топлива ионизируются. В то же самое время молекулы углеводорода изменяют свою конфигурацию, вследствие чего сила связи между молекулами уменьшается. Разная полярность молекул углерода и кислорода позволяет им связываться, обеспечивая почти полное сгорание топлива. В результате этого двигатель развивает большую мощность при меньшем потреблении топлива, а также уменьшается количество выхлопов углеводородов и угарного газа.

Эффективность предлагаемого способа можно доказать следующими примерами.

Исследования производили с использованием бензина марки аи-92.

Пример 1

Бензиновую смесь марки аи-92 подвергают воздействию магнитного поля напряженностью 1700 эрстед, перекачивая из одной емкости в другую погружным насосом через нечетное количество объединенных магнитопроводящим корпусом цилиндрической формы, разделенных паранитовыми прокладками и последовательно соединенных секций. При этом каждая секция содержит кольцевые постоянные магниты с кольцевыми полюсными наконечниками. Кольцевые магнитные наконечники выполнены с выпуклой в нечетных секциях и вогнутой в четных секциях внешней поверхностью. Скорость движения бензиновой смеси составляет 3 л/мин.

В результате обработки бензиновой смеси магнитным полем происходит увеличение плотности бензина (измерение проводили при 15°С), которая составила после обработки магнитным полем - 785 кг/м³. Для измерения плотности бензина использовали прибор - нефтеденсиметр. Это несложное устройство внешне похоже на поплавок и имеет шкалу с делениями, цена деления составляет 10 кг/м³.

Массовая доля серы после обработки составила - 7,9 мг/кг. Определяли массовую долю серы методом по ГОСТ Р 52660 (EN ISO 20884: 2004) «Топлива автомобильные. Метод определения содержания серы рентгенофлуоресцентной спектроскопией с дисперсией по длине волны».

Октановое число в результате обработки магнитным полем увеличилось на 10%. Значение октанового числа определяли по ГОСТ 511-82. Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа.

При этом визуально бензиновая смесь - более светлая и без присутствия каких-либо взвесей и твердых веществ.

Пример 2

Опыт проводился аналогично опыту 1, но бензиновую смесь марки аи-92 подвергали воздействию магнитного поля напряженностью 2000 эрстед, пропуская со скоростью 5 л/мин через ряд секций с постоянными магнитами, объединенными магнитопроводящим корпусом.

В результате получены следующие результаты:

- увеличение плотности бензина при 15°С до 790 кг/м3;

- массовая доля серы после обработки составила 7,0 мг/кг;

- октановое число увеличилось на 11%;

- визуально бензиновая смесь - более светлая без присутствия каких-либо взвесей и твердых веществ.

Результаты исследования приведены в таблице 2.

Показатели в табл. 2 приведены именно те, которые были улучшены в результате применения заявляемого способа.

Еще одним результатом указанного способа является получение очищенных выхлопных газов, что создает благоприятную экологическую ситуацию. Основные токсичные компоненты выхлопа - это окись углерода СО, окислы азота NO₂ и углеводороды СН. Кроме того, в воздух могут вылетать соединения свинца, сернистый газ, сероводород, альдегиды и канцерогенные вещества (наличие двух последних может быть в выхлопе дизелей и изношенных бензиновых двигателей).

Проверку качества очищенных выхлопных газов осуществляли по уровню СО, СН, NO, твердых частиц для бензина Евро-3. Определяли данные по ГОСТ Р ИСО 11042-1-2001. Установки газотурбинные. Методы определения выбросов вредных веществ.

Результаты исследований представлены в таблице 3.

Из полученных результатов можно сделать вывод об улучшении качества очистки выхлопных газов по всем основным показателям.

Авторами проведены практические исследования заявляемого способа с использованием автомобилей volvo. Пробег автомобиля с использованием бензина, прошедшего обработку магнитным полем напряженностью 1900 эрстед после прохождения его через ряд постоянных магнитов, объединенных магнитопроводящим цилиндрическим корпусом со скоростью 4 л/мин, составил около 50 тыс.км. За время проката двигатель машины был чистый, без следов сажи, нагара и других примесей, а качественные показатели выхлопных газов - значительно выше нормы.

Следовательно, заявляемый способ представляет большой практический интерес, так как в результате указанной разработки происходит качественное улучшение топливной смеси, и, как следствие - снижение удельного расхода углеводородного топлива и уменьшение вредных выбросов с выхлопными газами.

Исследования показали также, что воздействие магнитного поля на топливную, в том числе бензиновую смесь, способствует лучшему сгоранию топлива, вследствие этого - повышению эффективности работы двигателя.