ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2107181

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Имя изобретателя: Егин Н.Л.; Татарнов В.В.; Бойков В.А.; Борщ А.А. 
Имя патентообладателя: Военный автомобильный институт
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1995.02.01 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в бензиновых двигателях внутреннего сгорания. Устройство содержит корпус, внутреннюю камеру с каналами, электроды, воздухоподводящий насадок, блок компенсации статического электричества, источник энергии, отстойную полость, кожух и топливный насос. Кроме того, введен блок управления, к входам которого подключены датчик электропроводности топлива, датчик давления топлива и датчик напряжения топлива, а к выходам подключены управляющие обмотки двух электромагнитных муфт, установленных между двигателем и источником энергии и между двигателем и топливным насосом. При этом датчик давления топлива и датчик напряжения топлива установлены в выходном канале с перепускным клапаном топлива в трубопровод бензобака, датчик электропроводности топлива в входном канале, а электрод в отстойной полости выполнен в виде сменного фильтрующего элемента, внутри которого расположен второй электрод, подключенный к выводу источника энергии через потенциометр с шкалой и индикатором уровня загрязнений.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области топливной аппаратуры транспортных средств, в частности к устройствам для электростатической обработки топлива, повышающим его физико-химические параметры.

Известно устройство для электростатической обработки жидкого топлива, содержащее трубопровод с входным и выходным каналами, дозатор топлива, высоковольтный источник электрической энергии с отрицательным и положительным зажимами, коронирующий нитевидный электрод, электрический наладок с воздушными каналами, вытягивающий электрод, металлический патрубок с входными и выходными каналами и распылитель с электродом, подключенным к отрицательному зажиму высоковольтного источника электрической энергии (см. авт. св. СССР N 1404675, кл. F 02 M 27/04, 1988).

Названное устройство обеспечивает электростатическое поле жидкого топлива независимо от его количественного и качественного состава, что приводит к повышенному износу узлов устройства, перерасходу энергии, перенапряжению на электродах и отдельным пробоям топлива при низких скоростях его расхода и наличия посторонних примесей. Это снижает эффективность обработки топлива и безопасность эксплуатации устройства.

Данное устройство не обеспечивает электростатическую обработку и очистку всего топлива, находящегося на транспортном средстве, что приводит к образованию в бензобаке и трубопроводах конденсата, отстоя и коррозии, а в холодное время ледяных пробок, это снижает эффективность обработки топлива и работы устройства в целом.

Названное устройство не обеспечивает надежное отделение и хранение вредных примесей, содержащихся в топливе, в изолированном от него виде, что приводит при движении автомобиля по пересеченной местности или неровной дороге к обратным выбросам загрязнений с электрода в топливо, а это значительно снижает эффективность обработки топлива и работы всего устройства.

Известно устройство для электростатической обработки жидкого топлива, содержащее корпус с внутренней камерой, сообщенной с входным и выходным каналами, высоковольтный источник энергии, имеющий отрицательный и положительный выводы, размещенные внутри камеры, отрицательный и положительный электроды (см. авт. св. СССР N 989122, кл. F 02 M 27/04, 1983).

Названное устройство не обеспечивает современных требований по безопасности эксплуатации.

Целью изобретения является повышение эффективности обработки топлива и безопасности эксплуатации оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для электростатической обработки жидкого топлива, содержащее корпус, внутреннюю камеру, входные и выходные каналы, отрицательный и положительный электроды с иглообразными элементами, воздухоподводящий насадок, блок компенсации статического электричества, высоковольтный источник энергии в виде приводимого от вала двигателя самовозбуждающегося электростатического генератора, статор, ротор с воздушным лопастным колесом, отстойную полость, электропроводный кожух, топливный насос, дополнительно введен блок управления, первый вход которого подключен к датчику электропроводности топлива, второй вход подключен к датчику давления топлива, а третий вход подключен к датчику высокого напряжения топлива, первый выход подключен к управляющей обмотке первой электромагнитной муфты, установленной между двигателем и ротором электростатического генератора, а второй выход подключен к управляющей обмотке второй электромагнитной муфты, установленной между двигателем и топливным насосом, причем датчик давления топлива и датчик высокого напряжения топлива установлены в выходном канале с перепускным клапаном топлива в трубопровод бензобака, датчик электропроводного топлива во входном канале, а положительный электрод в отстойной полости выполнен в виде сменного фильтрующего элемента, внутри которого расположен отрицательный электрод, подключенный к отрицательному выводу электростатического генератора через потенциометр со шкалой и индикатором уровня загрязнений.

Блок управления имеет два усилителя, неинвертирующие входы которых соединены между собой и с первым входом блока управления, инвертирующий вход второго усилителя подключен к второму входу блока управления, инвертирующий вход первого усилителя подключен к третьему входу блока управления, а выход первого усилителя соединен с первым выходом блока управления, выход второго усилителя соединен с вторым выходом блока управления, причем выход первого усилителя соединен с его инвертирующим входом цепью обратной связи, включающей первый потенциометр с шкалой производительности электростатического генератора, выход второго усилителя соединен с его инвертирующим входом цепью обратной связи, включающей второй потенциометр с шкалой производительности топливного насоса.

Применение блока управления, первый вход которого подключен к датчику электропроводности топлива, второй вход подключен к датчику давления топлива, а третий вход подключен к датчику высокого напряжения топлива, первый выход подключен к управляющей обмотке первой электромагнитной муфты, установленной между двигателем и ротором электростатического генератора, а второй выход подключен к управляющей обмотке второй электромагнитной муфты, установленной между двигателем и топливным насосом, причем датчик давления топлива и датчик высокого напряжения топлива установлены в выходном канале с перепускным клапаном топлива в трубопровод бензобака, датчик электропроводности топлива во входном канале, а положительный электрод в отстойной полости выполнен в виде сменного фильтрующего элемента, внутри которого расположен отрицательный электрод, подключенный к отрицательному выводу электростатического генератора через потенциометр со шкалой и индикатором уровня загрязнений, позволяет автоматически изменять электростатическое поле жидкого топлива в зависимости от его количественного и качественного состава, что снижает износ узлов устройства и расход энергии, не создает перенапряжения на электродах и отдельных пробоев топлива при низких температурах. Кроме того, это обеспечивает электростатическую обработку и очистку всего топлива, находящегося на транспортном средстве, что исключает образование в бензобаке и трубопроводах конденсата, отстоя и коррозии, а в холодное время ледяных пробок, а также обеспечивает надежное отделение и хранение вредных примесей, содержащихся в топливе в изолированном от него виде, что исключает при движении автомобиля по пересеченной местности или неровной дороге обратные выбросы загрязнений с электрода в топливо, что значительно повышает эффективность обработки топлива и безопасность эксплуатации устройства.

Признаки, сходные с признаками заявленного технического решения, не выявлены, таким образом, заявленное решение обладает существенными отличиями.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для электростатической обработки жидкого топлива.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Устройство состоит из топливного насоса 1 с приводом от двигателя 2 через редуктор 3. Вход топливного наноса 1 соединен трубопроводом 4 с топливным баком, а выход - трубопроводом 5 с выходом датчика 6 электропроводности топлива, выход которого соединен с входом самовозбуждающегося электростатического генератора 7. Жидкое топливо поступает под электропроводный кожух 8, который сообщается внутренней камерой с отстойной полостью 9, размещенной снизу, и выходным каналом 10 с входом датчика 11 высокого напряжения топлива, выход которого подключен к поплавковой камере карбюраторного ДВС или топливному насосу высокого давления (ТНДВ) для дизельных ДВС. На валу генератора 7 установлено воздушное лопастное колесо 12, снабженное воздухоподводящим насадком 13, который образует с корпусом 7 генератора воздухоохлаждающий канал 14. В отстойной полости 9 установлен положительный электрод 15, выполненный в виде сменного фильтрующего элемента, внутри которого установлен отрицательный электрод 16. Электроды 16 и 15 выполнены с иглообразными элементами, погруженными в топливо, например, из токопроводящего углеродного войлока, и подключены соответственно к положительному выводу 17 и отрицательному выводу 18 генератора 7.

Отрицательный вывод 18 генератора 7 подключен к коронирующему электроду 19, также выполненному с иглообразными элементами, погруженными в топливо, например, из токопроводящего углеродного войлока и установленного по периметру статора 20 цилиндрической формы из диэлектрика, например эпоксидного композита. На внутренней поверхности статора 20 нанесен слой эластичного диэлектрика 21, например полуэтилены. Внутри статора 20 на оси 22 установлен подвижный ротор 23 цилиндрической формы из диэлектрика со слабопроводящим слоем 25 на наружной поверхности. Ротор 23 снабжен, по меньшей мере, двумя пазами 24, в которых подвижно установлены роликовый металлический индуктор 26 и роликовый диэлектрический индуктор 27, которые входят в фрикционное зацепление со слоем эластичного диэлектрика 21.

Диэлектрическая проницаемость материала индуктора 27 больше диэлектрической проницаемости материала слоя 21, поэтому ротор 23 приобретает положительный заряд, а статор 20 - отрицательный заряд в процессе работы. Выводы 17 и 18 соответственно подключены к ротору 23 и статору 20, а также к входу блока 28 компенсации статического электричества.

Блок 28 имеет фоторезисторный оптрон 29, вход осветителя 30 которого подключен к выходу усилителя 31 с цепью обратной связи на потенциометре 32. Неинвертирующий вход усилителя 31 подключен к корпусу 33 транспортного средства. Выходом оптрона 29 служит фоторезистор 34, который включен в мостовую схему, состоящую из резисторов 35, 36 и потенциометра 37. Диагонали мостовой схемы подключены соответственно к выводам 17 и 18 генератора и к корпусу 33 и токопроводящей щетке 38 поверхности дороги.

Напряжение ± 12 B подается на блок компенсации статического электричества 28, на датчик 6 электропроводности топлива, на двигатель 2 и на блок управления 39 через выключатель 40, а также на датчик 41 давления топлива. Последний установлен в выходном канале 10 совместно с перепускным клапаном 42 топлива в трубопровод бензобака. Отрицательный электрод 16 подключен к выводу 18 генератора через потенциометр 43 с индикатором 44 уровня загрязнений в отстойной полости 9, который содержит, например, неоновую лампу 44 с резонатором 45.

Блок управления 39 имеет два усилителя 46 и 47, неинвертирующие входы которых соединены между собой и с первым входом блока, подключенным к датчику 6 электропроводности топлива. Инвертирующий вход второго усилителя 47 подключен к второму входу блока 39, соединенному с датчиком 41 давления топлива и с выходом усилителя 47 через потенциометр 48 обратной связи со шкалой производительности топливного насоса 1. Выход усилителя 47 является вторым выходом блока 38 и подключен к второй электромагнитной муфте 49, установленный между двигателем 2 и топливным насосом 1. Инвертирующий вход первого усилителя 46 подключен к третьему входу блока 39, соединенному с датчиком 11 высокого напряжения топлива через делитель из резисторов 50, 51 и к выходу усилителя 46 через потенциометр 52 обратной связи с шкалой производительности генератора 7. Выход усилителя 46 является первым выходом блока 39 и подключен к первой электромагнитной муфте 53, установленной между двигателем 2 и генератором 7.

Устройство работает следующим образом

При запуске двигателя внутреннего сгорания водитель устанавливает выключатель 40 в замкнутое положение. Потенциометры 48 и 52 установлены в среднее положение и обеспечивают на выходах усилителей 46 и 47 средний ток подмагничивания муфты 49 и 53, поэтому насос 1 и генератор 7 начинают работать также на средних оборотах. Чем больше топливо содержит посторонних примесей в виде конденсата, отстоя и т.п., поступающих из бензобака по трубопроводу 4 в датчик 6 электропроводности топлива, тем меньше сопротивление между электродами датчика 6 и тем больше положительный уровень поступает на неинвертирующие входы усилителей 46 и 47. Ток на выходах последних увеличивается, что снижает проскальзывание муфт 49 и 53, а это приводит к увеличению оборотов насоса 1, генератора 7 и их производительности. Повышенное напряжение статического электричества, вырабатываемое генератором 7 на этом режиме, полностью затрачивается на электризацию вредных примесей топлива и самого топлива, а также на осаждение примесей внутри объема фильтрующего элемента 15 и его равномерное заполнение за счет действия электроосмоса пористых или волокнистых электродов 15 и 16.

Таким образом, на указанном режиме излишнего статического напряжения генератором 7 не вырабатывается, что снижает энергетические затраты и не создает пробоев слоя топлива между электропроводным кожухом 8 и коронирующим электродом 19 по периметру статора 20. При заполнении поплавковой камеры карбюраторного ДВС или ТНВД дизельного ДВС в выходном канале 10 создается повышенное давление топлива, которое приводит к срабатыванию перепускного клапана 42 и поступлению очищенного топлива в бензобак. Одновременно с датчика 41 давления топлива на инвертирующий вход усилителя 47 поступает более отрицательный потенциал, что приводит к снижению тока подмагничивания муфты 49 и снижению оборотов насоса 1 на необходимую величину. Таким образом, на указанном режиме блок управления 39 обеспечивает электростатическую обработку топлива в зависимости от его качественного и количественного состава, поступающего в устройство, а также очищает все топливо на транспортном средстве, что устраняет конденсат, отстой и коррозию на деталях.

По мере улучшения качества на выходе канала 10 увеличивается величина отрицательной электризации топлива, что приводит к увеличению отрицательного потенциала на электроде датчика 11 высокого напряжения топлива. Через делитель 50, 51 напряжение поступает на инвертирующий вход усилителя 46, что приводит к снижению тока подмагничивания муфты 53 и снижению оборотов генератора 7. Это дополнительно стабилизирует работу устройства в зависимости от качественного и количественного состава топлива и создает динамическое равновесие в работе блока управления 39. При оптимальной очистке и электризации всего топлива, находящегося на автомобиле, в том числе и в бензобаке, сопротивление топлива в датчике 6 возрастает, что приводит к снижению положительного уровня на неинвертирующих входах усилителей 46 и 47, а это дополнительно снижает обороты насоса 1 и генератора 7 вплоть до остановки. При этом включение насоса будет производиться датчиком 41 давления топлива, когда запас топлива в карбюраторе или ТНВД будет выработан ДВС. В остальное время насос 1 и генератор 7 на указанном режиме будут выключены, что увеличивает моторесурсы их работы, снижает расход энергии, исключает пробой топлива при низких скоростях его расхода в ДВС, повышает эффективность и безопасность эксплуатации устройства.

На всех указанных режимах работы устройства топливо отрицательно электризуется иглообразными элементами коронирующего электрода 19 и поступает в отстойную полость 9 с положительным электродом 15. Последний выполнен в виде сменного фильтрующего элемента, внутри которого установлен отрицательный электрод 16, подключенный к выводу 18 генератора через потенциометр 43 с индикатором 44 уровня загрязнений. Топливо с отрицательно электризованными вредными примесями: конденсат, отстой и др. поступает в фильтрующий элемент 15, где под давлением кулоновских сил примеси отталкиваются отрицательным электродом 16 от центра к стенкам фильтра, а затем притягивается его положительно заряженными иглообразными элементами и проникает в пористую или волокнистую структуру фильтрующего элемента за счет действия осмотических сил и электроосмоса, который действует за счет разности потенциалов внутри и на поверхности фильтрующего элемента 15. Происходит равномерное заполнение всего объема элемента 15 примесями, которые надежно удерживаются в его структуре при движении автомобиля по пересеченной местности или неровной дороге без обратных выбросов в топливо, что значительно повышает емкость фильтра, эффективность обработки топлива и работу всего устройства.

По мере заполнения всего объема фильтрующего элемента 15 примесями внутри его пористой или волокнистой структуры примеси начинают скапливаться на его внутренних стенках, что приводит к снижению сопротивления между электродами 15 и 16. Это приводит к увеличению падения напряжения на потенциометре 43 и увеличению напряжения на индикаторе 44 уровня загрязнений, которым служит, например, неоновая лампа с ограничивающим ток резистором 45. Потенциометр 43 снабжен шкалой величины допустимых загрязнений различных типов фильтрующих элементов 15, превышение которых требует их замены или регенерации. Резистор 45 подбирают таким образом, что при достижении предела допустимых загрязнений фильтрующего элемента 15, падение напряжения на потенциометре 43 достаточно для включения неоновой лампы 44, свечение которой сигнализирует о необходимости замены фильтра или его техническом обслуживании. Это дополнительно повышает эффективность обработки топлива, снижает износ узлов и деталей, повышает удобство эксплуатации устройства.

Экономический эффект от использования устройства на транспорте достаточно высок, т.к. определяется не только повышением качества обработки и очитки жидкого топлива на транспорте и безопасности эксплуатации устройства за счет использования блока автоматического управления устройства на всех режимах работы, но и более широкими функциональными возможностями устройства за счет снижения затрат энергии, увеличения моторесурса деталей и узлов, более редкого технического обслуживания и ремонта, повышение удобства эксплуатации и надежности работы в различных дорожных и климатических условиях.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для электростатической обработки жидкого топлива, содержащее корпус, внутреннюю камеру, входные и выходные каналы, отрицательный и положительный электроды с иглообразными элементами, воздухоподводящий насадок, блок компенсации статического электричества, высоковольтный источник энергии в виде приводимого от вала двигателя самовозбуждающегося электростатического генератора, статор, ротор с воздушным лопастным колесом, отстойную полость, электропроводный кожух, топливный насос, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обработки и безопасности эксплуатации, дополнительно введен блок управления, первый вход которого подключен к датчику электропроводности топлива, второй вход подключен к датчику давления топлива, а третий вход подключен к датчику высокого напряжения топлива, первый выход подключен к управляющей обмотке первой электромагнитной муфты, установленной между двигателем и ротором электростатического генератора, а второй выход подключен к управляющей обмотке второй электромагнитной муфты, установленной между двигателем и топливным насосом, причем датчик давления топлива и датчик высокого напряжения топлива установлены в выходном канале с перепускным клапаном топлива в трубопровод бензобака, датчик электропроводности топлива во входном канале, а положительный электрод в отстойной полости выполнен в виде сменного фильтрующего элемента, внутри которого расположен отрицательный электрод, подключенный к отрицательному выводу электростатического генератора через потенциометр со шкалой и индикатором уровня загрязнений.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления имеет два усилителя, неинвертирующие входы которых соединены между собой и с первым входом блока управления, инвертирующий вход второго усилителя подключен к второму входу блока управления, инвертирующий вход первого усилителя подключен к третьему входу блока управления, а выход первого усилителя соединен с первым выходом блока управления, выход второго усилителя соединен с вторым выходом блока управления, причем выход первого усилителя соединен с его инвертирующим входом цепью обратной связи, включающей первый потенциометр с шкалой производительности электростатического генератора, выход второго усилителя соединен с его инвертирующим входом цепью обратной связи, включающей второй потенциометр с шкалой производительности топливного насоса.

Версия для печати
Дата публикации 07.04.2007гг


вверх