Способ и устройство для обработки углеводородного топлива

Способ и устройство для обработки углеводородного топлива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обработки углеводородного топлива, обеспечивающих улучшение качества топлива для двигателей внутреннего сгорания и повышение эффективности сгорания и использования углеводородного топлива.

Углеводородные топлива для использования в двигателях внутреннего сгорания обычно получаются процессом дистилляции для приготовления топлива подходящей фракции из исходного сырья, такого как сырая нефть. Известно, что углеводородное топливо, полученное непосредственно из дистилляционного процесса, будет сгорать более эффективно и, таким образом, давать больший кпд сгорания, чем топливо, которое хранилось некоторое время, в особенности, если оно хранилось в контакте с атмосферой.

Также известно, что это ухудшение качества топлива происходит в основном из-за потери летучих компонентов, которые являются легкими, более реакционными углеводородными молекулами.

Далее известно, что такое топливо, потерявшее свои качества, можно дальше перерабатывать различными способами с целью дальнейшего расщепления некоторых молекул с длинными цепочками, например, крекингом или расщеплением длинных углеводородных цепей, высвобождая тем самым часть более охотно присоединяющихся легких, более реакционных углеводородных молекул.

Известно, что присутствие небольшого процента более реакционных молекул будет улучшать общую эффективность сгорания таких веществ при использовании в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания.

Существует необходимость в улучшении способа и системы для переработки углеводородных топлив, в особенности топлив для использования в двигателях внутреннего сгорания, обеспечивающих улучшение свойств топлива, в особенности эффективности сгорания топлива в двигателе. Было бы особенно выгодно, если способ и система были бы применимы к углеводородному топливу непосредственно перед его подачей в двигатель для сгорания.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения создан способ для обработки углеводородного топлива, содержащий воздействие множества ударных волн на топливо с различными номинальными частотами посредством движения магнитно-восприимчивого тела в контакте с углеводородным топливом при скоростях и интенсивностях, обеспечивающих повышение эффективности сгорания топлива, при этом относительное движение тела вызывается воздействием пульсирующего магнитного поля на тело.

Способ действует путем выделения из обрабатываемого углеводородного топлива более легких углеводородных молекул. Это, в свою очередь, улучшает характеристики топлива, в особенности повышает эффективность его сгорания, что приводит к увеличению энергии, получаемой из топлива, и снижению объема топлива, требуемого для выполнения работы двигателя.

Способ настоящего изобретения подходит для применения к любому углеводородному потоку или фракции, которые могут использоваться в качестве топлива. Способ особенно подходит для обработки топлив, вырабатываемых обычной переработкой сырой нефти. Однако способ также подходит для обработки углеводородных топлив из других источников, таких как синтетические топлива и так называемые биотоплива. Способ особенно применим для обработки топлив для двигателей внутреннего сгорания, в частности бензина, керосина и дизельного топлива.

Способ настоящего изобретения наиболее выгодным образом применим к углеводородным топливам, которые потеряли более легкие, более реакционные фракции. Способ обычно применяется для обработки углеводородного топлива непосредственно перед его использованием. Например, способ может быть применен к топливу в линии подачи двигателя внутреннего сгорания, в частности в автомобиле.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления, тело является железным или другим магнитно-восприимчивым материалом, который заставляют реагировать, находясь в контакте с топливом, под воздействием пульсирующего магнитного поля.

Ударные волны предпочтительно применяются к сложным углеводородным топливам при более, чем одной номинальной частоте. Частота и интенсивность применяемой ударной волны такие, которые дают начало для увеличения более легких фракций. Подходящие частоты и интенсивность для данной топливной композиции могут, таким образом, быть определены стандартными экспериментами в пределах квалификации специалистов в данной области техники. Теоретические модели показывают, что требуемые реакции могут инициироваться номинальными частотами от менее чем 1 килоГерц до множества ГигаГерц.

В одном предпочтительном варианте, топливо подвергается удару при пульсирующих пробных скоростях в пределах, в частности, 5-10 килоГерц. К данной топливной композиции могут применяться несколько различных скоростей в пределах вышеупомянутых пределов, как это требуется для высвобождения более легких фракций топлива.

Один предпочтительный режим ударной волны для использования в способе настоящего изобретения включает создание ударных волн номинальной частоты, частоты увеличенной и/или уменьшенной относительно номинальной величины в течение периода времени. Подходящие колебания частот находятся в рамках 1-10%, более предпочтительно 2-5% от номинальной частоты. Колебания частоты могут применяться постепенным или пошаговым изменениями.

В следующем предпочтительном режиме ударные волны применяются для предварительно определенного периода времени, так называемого периода «активизации», за которым следует неактивный период или период «покоя», в течение которого ударные волны не воздействуют на топливо. Предпочтительно, периоды активизации и покоя являются главным образом равными по продолжительности.

Как отмечалось выше, топливо может быть обработано путем применения ударных волн множества номинальных частот. В таком случае, один предпочтительный режим должен применять ударные волны при первой номинальной частоте, повышающейся и/или понижающейся, как описано выше, на один или более периодов активизации. После этого топливо подвергается ударным волнам при второй номинальной частоте, которая также может повышаться и/или понижаться, как указано выше, в течение одного или более периодов активизации. Могут применяться дальнейшие воздействия при дальнейших различных номинальных частотах. Увеличенный период покоя является предпочтительно применимым между каждой соответствующей частотой.

Продолжительность периодов активизации и покоя для данной номинальной частоты и увеличенные периоды покоя между последующими отличными номинальными частотами будут варьироваться согласно таким факторам, как скорость потока топлива, состав топлива и условия работы. Оптимум может определяться стандартными экспериментами.

Из соображений безопасности, способ настоящего изобретения может включать мониторинг температуры топлива. В частности, температура топлива после обработки может отслеживаться и сравниваться с предварительно определенной или предварительно установленной верхней рабочей температурой. В случае когда температура топлива превышает верхнюю рабочую температуру, может быть установлено оборудование для остановки способа.

Как уже обсуждалось, способ настоящего изобретения обеспечивает топливо, имеющее улучшенные показатели горения. Таким образом, следующий аспект настоящего изобретения обеспечивает обработанное углеводородное топливо, производимое способом, описанным выше.

Согласно изобретению создано устройство для обработки углеводородного топлива, содержащее камеру обработки топлива, входной патрубок для ввода углеводородного топлива для обработки в камере обработки, выходной патрубок для удаления обработанного углеводородного топлива из камеры обработки, средство для передачи множества ударных волн топливу внутри камеры обработки при скорости и интенсивности, обеспечивающих увеличение эффективности сгорания топлива, при этом данное средство содержит магнитно-восприимчивое тело, расположенное в камере обработки для контакта с обрабатываемым топливом, средство для создания магнитного поля для взаимодействия с твердым телом и средство для создания пульсирующего магнитного поля для обеспечения механических вибраций тела со множеством номинальных частот.

В устройстве тело может состоять из множества проволок.

Устройство может быть приспособлено для установки в систему для подачи топлива двигателя внутреннего сгорания, например в систему для подачи топлива автомобиля. Таким образом, топливо обрабатывается непосредственно перед его использованием в двигателе.

Согласно изобретению создан двигатель внутреннего сгорания, включающий указанное устройство

Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан путем приведения примера, имеющего ссылку на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает вид в поперечном сечении устройства, согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - принципиальную электрическую схему контроллера для применения с устройством фиг.1.

На фиг.1, показано устройство для обработки топлива. Устройство 2 включает большей частью цилиндрическую камеру 4 для обработки топлива. Камера 4 изготовлена из подходящего немагнитного материала, такого как высокотемпературный пластик, стекло или керамика. Камера 4 оснащена с каждой стороны герметичной торцевой крышкой 6, каждая с трубопроводом, обеспечивающими входной патрубок 8 для топлива и выходной патрубок 10 для топлива.

Внутри камеры 4 расположено тело 12 из тонких проволок 14 магнитоактивного мягкого железа, проходящих по длине камеры 4. Вставки между проволоками 14 мягкого железа являются проволоками 16 меньшего количества из олова и/или алюминия. Проволоки 14 и 16 тела 12, как правило, расположены в камере 4 посредством установки крупноячеистого фильтрационного материала 18. Проволоки 14 из мягкого железа подвижны для восприятия воздействия магнитного поля.

Обмотка 20 тока высокого напряжения из проводника низкого сопротивления, такого как медь, наматывается вокруг внешней стороны камеры 4. Обмотка 20 соединена с источником тока, применение которого регулируется контроллером, имеющим общую конфигурацию, показанную на фиг.2.

На фиг.2 контроллер 102 включает микроконтроллер 104, установленный для обеспечения управляющего сигнала от выхода 2.1 на обмотку 20 тока высокого напряжения через переключающий транзистор TR1 и высокомощный полевой транзистор FET1.

Микроконтроллер 104 имеет вход 2.2 для принятия напряжения от высокомощного полевого транзистора FET1. Этот сигнал используется для отключения устройства и обеспечения соответствующего индикатора пользователю, в случае если устройство выходит из строя в состоянии, в котором электрический ток подается на обмотку 20 тока высокого напряжения в течение некоторого времени, то сигнал буферного процессора «питание включено» находится в положении «выключение питания». Остановка работы устройства достигается в этом случае размыканием плавкого предохранителя с задержкой срабатывания или другим таким оборудованием. Сигнал посылается от выхода 2.3 микроконтроллера 104 высокомощному полевому транзистору FET2, который проводит ток, заставляя плавиться предохранитель.

Контроллер 102 также обеспечивает ряд индикаторных устройств, которые могут работать под воздействием сигналов от выходов 2.4 и 2.5 микроконтроллера 104.

Сигналы от контролирующей системы двигателя или транспортного средства, к которому устройства прикреплены, например, система впрыска топлива, воспринимаются на входах 2.6, 2.7 и 2.8 микроконтроллера 104, с целью регулирования сигналов, применяемых к оборудованию, пропорционально скорости топливного потока. Эти входы могут использоваться для приема сигналов от независимых датчиков в других местах устройства или двигателя, к которому прикрепляется устройство.

Как показано на фиг.2, выводы 2.9 и 2.А микроконтроллера 104 присоединены к внешнему электрически перепрограммируемому програмнозапоминающему устройству 106, которое используется для обеспечения данными, касающимися специфических двигателей, к которым была присоединена установка, и также может использоваться для обеспечения других устройств хранения данных.

Электрический ток подается в контроллер 102 посредством регулятора 108 напряжения, который может питаться электрической энергией от аккумулятора/генерирующей системы транспортного средства или установки.

Настоящее изобретение далее будет проиллюстрировано следующим рабочим примером.

ПРИМЕР

Устройство обработки топлива, имеющее конфигурацию, показанную на фиг.1 и описанное выше, было установлено в систему подачи топлива серийного бензинового двигателя без наддува, запускаемого от генератора переменного тока.

Карбюратор этого устройства питается от расположенного на расстоянии бензобака, размещенным с высокой надежностью, высокоточным дозирующем устройством.

Электрический выход генератора соединен со входом хорошо изолированного десяти галлонного водоподогревателя.

Двигатель работал при постоянных условиях, чтобы нагревать одинаковые количества воды в водоподогревателе.

Для каждого из многократных тестов двигатель работал 15 минут. После этого времени вода в водоподогревателе отстаивалась в течение следующих десяти минут, перед тем, как выполнялось конечное измерение температуры, между испытаниями резервуар высушивался, промывался и наполнялся водой.

Во всех экспериментах топливо на входе в карбюратор прокачивалось через камеру обработки топлива, устройства обработки топлива.

Тесты проводились с единственным различием в применении электрической силы к устройству обработки топлива. Были проведены эксперименты, в которых устройство в состоянии активизации предшествовало состоянию покоя и наоборот.

Устройство обработки топлива работало при трех номинальных пробных скоростях пульсации: 19,42 кГц, 33,33 кГц и 56,42 кГц. Сигналы применялись последовательными периодами, за каждым следовал период покоя без сигнала. Каждая номинальная сигнальная частота применялась на малый период колебаний (вибраций), которые и увеличивались, и уменьшались по частоте от 1 до 5%, с последовательными изменениями частоты, разделенными периодами покоя, главным образом равные по длине для предварения периода покоя.

Результаты этих тестов помещены в Таблице.

Таблица
№ эксперимента	Обработка топлива	Потребление бензина (унция)	Начальная температура воды (F)	Конечная температура воды (F)	Разница температур (F)	CR
1	OFF	12,5	59,5	75,5	+16,0	1,28
2	ON	11,5	59,9	77,6	+17,7	1,54
3	OFF	12,0	59,3	75,3	+16,0	1,33
4	ON	11,5	59,9	77,8	+17,9	1,56
CR - соотношение разницы температур (F) / Потребление бензина (унция)

Обращаясь к данным, помещенным в Таблице, можно увидеть, что обработка бензинового топлива значительно увеличивает показатели работы двигателя. В частности, сравнивая эксперименты 1 и 2, можно увидеть, что при 15 минутах рабочего периода двигателя 10 галлонов воды было нагрето на 1,7 F выше, когда топливо было обработано, по сравнению с топливом без обработки. Также необходимо заметить, что это повышение температуры было достигнуто с использованием значительно меньшего количества топлива. Используя величины CR, это представляет улучшение на 16,83% эффективности работы двигателя.

Схожим образом, сравнивая эксперименты 3 и 4, можно увидеть, что дополнительное повышение температуры на 1,9 F было достигнуто во время работы, вновь со значительным снижением потребления топлива. Используя показатели CR, представляется улучшение на 14,34% эффективности работы двигателя.

Поскольку все эксперименты проводились при стандартных условиях, улучшение характеристик работы двигателя могут быть применимы к альтернативным свойствам топлива в качестве результата обработки.

1. Способ для обработки углеводородного топлива, содержащий воздействие множества ударных волн на топливо с различными номинальными частотами посредством движения магнитно-восприимчивого тела в контакте с углеводородным топливом при скоростях и интенсивностях, обеспечивающих повышение эффективности сгорания топлива, при этом относительное движение тела вызывается воздействием пульсирующего магнитного поля на тело.

2. Способ по п.1, в котором углеводородное топливо является топливом для двигателя внутреннего сгорания.

3. Способ по п.1, в котором углеводородное топливо является бензином, керосином или дизельным топливом.

4. Способ по п.1, в котором тело содержит множество проволок из мягкого железа.

5. Способ по п.1, в котором ударные волны воздействуют на топливо при номинальной частоте в пределах от 1 кГц до 5 МГц.

6. Способ по п.5, в котором номинальная частота находится в пределах от 2 кГц до 1 МГц.

7. Способ по п.6, в котором номинальная частота находится в пределах от 5 до 100 кГц.

8. Способ по п.1, применяемый к топливу, подаваемому в двигатель внутреннего сгорания.

9. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий обработку топлива, подаваемого в двигатель по любому из пп.1-8.

10. Устройство для обработки углеводородного топлива, содержащее камеру обработки топлива, входной патрубок для ввода углеводородного топлива для обработки в камере обработки, выходной патрубок для удаления обработанного углеводородного топлива из камеры обработки, средство для передачи множества ударных волн топливу внутри камеры обработки при скорости и интенсивности, обеспечивающих увеличение эффективности сгорания топлива, при этом данное средство содержит магнитно-восприимчивое тело, расположенное в камере обработки для контакта с обрабатываемым топливом, средство для создания магнитного поля для взаимодействия с твердым телом и средство для создания пульсирующего магнитного поля для обеспечения механических вибраций тела со множеством номинальных частот.

11. Устройство по п.10, в котором тело состоит из множества проволок.

12. Устройство по п.10 или 11, приспособленное для установки в систему для подачи топлива двигателя внутреннего сгорания.

13. Двигатель внутреннего сгорания, включающий устройство по любому из пп.10-12.