Устройство для кондиционирования топлива

Номер патента: 9444

Опубликовано: 28.12.2007

Автор: Глу Уейн Кеннет

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для кондиционирования топлива, содержащее

корпус, включающий камеру с предусмотренным в ней впускным отверстием вверху по потоку и выпускным отверстием из камеры внизу по потоку;

полусферическое седло с первым концевым участком, гидравлически сообщенным с камерой, при этом второй концевой участок лежит в плоскости диаметра полусферического седла;

корпус клапана, содержащий криволинейную поверхность и плоскую поверхность, простирающуюся поперек криволинейной поверхности, при этом корпус клапана является подвижным между положением его закрытия, когда корпус клапана перекрывает с уплотнением впускное отверстие, и вторым положением его открытия, когда корпус клапана расположен с удалением от впускного отверстия для создания зазора между клапаном и седлом, позволяя воздуху протекать у впускного отверстия через первый и второй концевые участки в камеру;

устройство для смещения, которое смещает корпус клапана в направлении его положения закрытия.

2. Устройство для кондиционирования топлива по п.1, в котором криволинейная поверхность является полусферической с радиусом таким же, как и радиус указанного седла, благодаря чему, когда указанный корпус клапана находится в своем указанном положении закрытия, указанная плоская поверхность лежит в плоскости расположения диаметра седла.

3. Устройство для кондиционирования топлива по п.1 или 2, в котором камера содержит внутреннюю поверхность с первым участком, который простирается вверх и наружу от второго концевого участка в сторону выходного отверстия.

4. Устройство для кондиционирования топлива по п.1, в котором первый участок внутренней поверхности изогнут с вогнутостью, если смотреть в направлении от выпускного отверстия к впускному отверстию.

5. Устройство для кондиционирования топлива по пп.1-4, в котором воздух является свежим.

6. Устройство для кондиционирования топлива по пп.1-5, дополнительно содержащее вал, связанный с корпусом клапана для его ориентирования, когда корпус клапана движется между положением его закрытия и открытым положением.

7. Устройство для кондиционирования топлива по п.6, в котором вал проходит через отверстие, образованное в корпусе клапана и направленное перпендикулярно плоской поверхности и вдоль радиуса корпуса клапана.

8. Устройство для кондиционирования топлива по п.7, в котором устройство для смещения установлено на валу.

9. Устройство для кондиционирования топлива по любому из пп.7 или 8, в котором устройство для смещения прикладывает давление к одному стержню на корпусе клапана.

10. Устройство для кондиционирования топлива по п.7, в которое дополнительно включена пластина, лежащая параллельно плоской поверхности и размещенная центрально относительно продольной оси камеры между вторым концевым участком и выпускным отверстием, при этом пластина по своим размерам выбрана таким образом, чтобы обеспечивать наличие кольцевого внутреннего пространства между пластиной и смежным участком внутренней поверхности камеры.

11. Устройство для кондиционирования топлива по п.10, в котором первый сеточный экран расположен поперек камеры и между пластиной и выпускным отверстием.

12. Устройство для кондиционирования топлива по п.11, в котором второй сеточный экран расположен поперек камеры и между первой сеткой и выпускным отверстием.

13. Устройство для кондиционирования топлива по любому одному из пп.1-12, дополнительно содержащее систему для подачи топлива, доставляющую топливо в камеру.

14. Устройство для кондиционирования топлива по п.13, в котором система для подачи топлива вбрызгивает топливо в камеру в направлении поперек зазору.

15. Устройство для кондиционирования топлива по п.14, в котором система для подачи топлива содержит одно или более отверстий или сопел, которые могут открываться в сторону внутренней поверхности вблизи второго отверстия.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

009444 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к устройству для кондиционирования топлива, в частности, но не исключительно, предназначенному для работы двигателя внутреннего сгорания. Предпосылки для создания изобретения Изобретатель настоящего изобретения одновременно является изобретателем по Международной заявке WO 2003/056165 на патент Система для подачи топлива. Эта система содержит корпус, включающий камеру и впускное отверстие, расположенное вверх по потоку, и выпускное отверстие, расположенное вниз по потоку из камеры. Топливная форсунка разбрызгивает топливо в виде тумана в камере,а нагреватель нагревает воздух, поступающий в камеру через впускное отверстие, до температуры от 110 до 120C. Давление внутри камеры будет отрицательным относительно имеющейся температуры окружающей среды. Топливо, распыленное в камеру форсункой, термически подвергается разложению таким образом, что смесь топлива, прошедшего операцию крекинга, и нагретый воздух протекают из выпускного отверстия в камеру сгорания подсоединенного двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено создание устройства для кондиционирования топлива, содержащее корпус, включающий в себя камеру с впускным отверстием в камеру вверху по потоку и выпускным отверстием из камеры внизу по потоку; полусферическое седло с первым концевым участком, гидравлически сообщенным с камерой, при этом второй концевой участок лежит в плоскости диаметра полусферического седла; корпус клапана, имеющий криволинейную поверхность и плоскую поверхность, простирающуюся поперек криволинейной поверхности, при этом корпус клапана является подвижным между положением его закрытия, когда корпус клапана перекрывает с уплотнением впускное отверстие, и вторым положением его открытия, когда корпус клапана расположен с удалением от впускного отверстия для создания зазора между клапаном и седлом, позволяя воздуху протекать у впускного отверстия через первый и второй концевые участки в камеру; устройство для смещения, которое смещает корпус клапана в направлении его положения закрытия. Предпочтительно, криволинейная поверхность является полусферической по своей форме, имея радиус, по существу, такой же по своему размеру, как и радиус указанного седла, благодаря чему, когда указанный корпус клапана находится в своем указанном положении закрытия, указанная плоская поверхность лежит в плоскости расположения диаметра седла. Предпочтительно, устройство для кондиционирования топлива дополнительно содержит систему для подачи топлива, доставляющую топливо в камеру. Предпочтительно, система для подачи топлива распыляет топливо в камере в направлении поперек зазору. Предпочтительно, система для подачи топлива содержит одно или большее количество отверстий или сопел, которые могут открываться на внутренней поверхности вблизи второго отверстия. Предпочтительно, камера содержит внутреннюю поверхность с первым участком, который простирается вверх и наружу от второго концевого участка в сторону выпускного отверстия. Предпочтительно, первый участок внутренней поверхности изогнут с вогнутостью, если смотреть в направлении от выпускного отверстия к впускному. Предпочтительно, воздух является свежим. Предпочтительно, устройство дополнительно содержит вал, связанный с корпусом клапана для его ориентирования, когда корпус клапана движется между положением его закрытия и открытым положением. Предпочтительно, вал проходит через отверстие, образованное в корпусе клапана и направленное перпендикулярно плоской поверхности и вдоль радиуса корпуса клапана. Предпочтительно, устройство для смещения установлено на валу. Предпочтительно, устройство для смещения прикладывает давление к одному стержню на корпусе клапана. Предпочтительно, устройство дополнительно содержит пластину, лежащую параллельно плоской поверхности и размещенную центрально относительно продольной оси камеры между вторым концевым участком и выпускным отверстием, при этом пластина по своим размерам выбрана таким образом, чтобы обеспечивать наличие кольцевого внутреннего пространства между пластиной и смежным участком внутренней поверхности камеры. Предпочтительно, устройство дополнительно содержит первый сеточный экран, простирающийся поперек камеры и расположенный между пластиной и выпускным отверстием. Предпочтительно, устройство содержит второй сеточный экран, простирающийся поперек камеры и расположенный между первой сеткой и выпускным отверстием.-1 009444 Краткое описание чертежей Настоящее изобретение описано ниже со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых представлено следующее: на фиг. 1 - схематическое изображение первого варианта устройства для кондиционирования топлива в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения; на фиг. 2 - вид в плане устройства для кондиционирования топлива при сечении, взятом по линии А-А, показанном на чертеже, изображенном на фиг. 1; на фиг. 3 -в увеличенном масштабе часть участка устройства для кондиционирования топлива. Описание изобретения На фиг. 1 можно видеть, что система 10 устройства для кондиционирования топлива содержит корпус 12, включающий в себя камеру 14 с впускным отверстием 16 в камеру вверху по потоку и выпускным отверстием 18 из камеры 14 внизу по потоку. Полусферическое седло 20 образовано внутри корпуса 10 с первым концевым участком 22, сообщающимся с впускным отверстием 16, и со вторым концевым участком 24, сообщающимся с камерой 14. Второй концевой участок 24 лежит в плоскости диаметра полусферического седла 20. Корпус 26 клапана находится в пределах седла 20 и содержит криволинейную поверхность 28 и плоскую поверхность 30, которая простирается поперек криволинейной поверхности 28. Корпус 26 клапана является подвижным между положением его закрытия, когда корпус клапана уплотняет перекрытие впускного отверстия 16 (и первый концевой участок 22), и открытым положением,при котором корпус клапана удален от впускного отверстия 16 для того, чтобы позволить воздуху, находящемуся у впускного отверстия 16, протекать через первый концевой участок 22 между седлом 20 и криволинейной поверхностью 28, и через зазор 38 между вторым участком 24 и смежным участком корпуса 26 клапана в камеру 14. Устройство для смещения, выполненное в виде пружины, смещает корпус 26 клапана в его закрытое положение. Топливо впрыскивается в камеру 14 с помощью системы подачи топлива, которая в описываемом варианте настоящего изобретения содержит топливную форсунку 34. Устройство кондиционирования топлива 10 пригодно для присоединения к двигателю внутреннего сгорания (на чертеже не показан) посредством впускного трубопровода 36, соединенного с выпускным отверстием 18. В связи с наличием соединения с впускным трубопроводом 36 двигателя внутреннего сгорания относительное отрицательное давление создается внутри камеры 14. Это давление действует на корпус 26 клапана для его подъема над седлом 20 с противодействием смещающему усилию пружины 32. Свежий воздух поступает через трубопровод 42, сообщенный с впускным отверстием 16. Свежий воздух вытягивается из-за выпускного коллектора (на чертеже не показан), связанного с двигателем, к которому присоединен модификатор 10 для топлива по заданным условиям. При этом воздух нагревается до температуры, изменяющейся приблизительно от 30 до 260C после того, как двигатель достигает нормальную рабочую температуру. Топливо, впрыснутое в камеру 14, подвергается термическому крекингу посредством столкновения с молекулами нагретого воздуха для того, чтобы образовать смесь топлива, подвергнутого термическому крекингу, с нагретым воздухом. На протяжении всего этого описания изобретения термин термический крекинг в отношении топлива используется для обозначения испарения, превращения в летучее состояние или для обозначения разложения высокомолекулярных углеводородов и превращения их в низкомолекулярные углеводороды или для любой совокупности этих операций. Камера 14 имеет внутреннюю поверхность 46, первый участок 48, который простирается вверх и наружу от второго участка 24 по направлению к выпускному отверстию 18. В то время как поверхность может быть линейно наклонена, существует уверенность в том, что более предпочтительно первый участок 48 выполнять с вогнутостью, если смотреть в направлении от выпускного отверстия 18 к впускному отверстию 16. Более конкретно, первый участок 48 содержит часть сферы, пересеченную двумя параллельными плоскостями, причем одна из них имеет диаметр, больший, чем диаметр полусферического седла 20, а другой диаметр равен диаметру отверстия 24. Второй участок 50 внутренней поверхности 46 постоянного диаметра соединен непрерывно с первым участком 48. Третий участок 52 внутренней поверхности 46 простирается непрерывно от второго участка 50 вниз по потоку в направлении к выходному отверстию 18 с постепенным уменьшением внутреннего диаметра. Третий участок 52 в рассматриваемом варианте настоящего изобретения профилируется при зеркальном отображении относительно первого участка 48. Однако при альтернативных вариантах воплощения настоящего изобретения третий участок 52 может быть сформирован как продолжение второго участка 50, имеющего постоянный внутренний диаметр. В другом варианте воплощения настоящего изобретения третий участок 52 может быть образован с линейно уменьшающимся внутренним диаметром в направлении вниз по потоку. Вал 54 связан с корпусом 26 клапана для его ориентирования, когда корпус 26 клапана перемещается между положением закрыто и открыто. Более того, вал 54 проходит в сквозное отверстие 56, образованное в корпусе 26 клапана перпендикулярно плоской поверхности 30 и вдоль радиуса корпуса 26 клапана. Противоположные концевые участки вала 54 посажены в седла трубопровода 42 и впускного трубопровода 36. Пружина 32 удерживается на вале 54 и действует между плоской поверхностью 30 и втул-2 009444 кой 58, удерживаемой в пределах пластины 60 в ее центре, при этом пластина 60 лежит в плоскости, параллельной плоской поверхности 30. В идеальном варианте вал 54 и пружина 32 должны быть изготовлены из нержавеющей стали, при этом втулка 58 выполняется из латуни. Пластина 60 удалена от второго отверстия 26 посредством множества штырей 62 при наличии ее поддержания со стороны этих штырей, которые простираются параллельно валу 54. Пластина 60 по размерам выбрана таким образом, чтобы обеспечивать наличием кольцевого пространства 64 между пластиной 60 и смежным участком внутренней поверхности 46 камеры 14. Пластина 60 имеет диаметр, изменяющийся в диапазоне примерно от величины диаметра второго отверстия 24 до приблизительно 85% от величины максимального внутреннего диаметра камеры 14. При этом в варианте воплощения настоящего изобретения пластина 60, по существу, расположена на одном и том же уровне, что и переход от поверхностного участка 48 к поверхностному участку 50. Первый сеточный экран 66 простирается поперек камеры между пластиной 60 и выпускным отверстием 18. Сетка 66 является параллельной второму отверстию 24 и может изготавливаться из провода,выполненного из нержавеющей стали, с соотношением площади провода к общей площади экрана, находящемся в диапазоне между примерно 1:5 и 1:9, но предпочтительно с соотношением, примерно равным 1:7. Второй сеточный экран 68 подобной конструкции расположен параллельно первому сеточному экрану 66 и проходит поперек камеры 14 между первым сеточным экраном 66 и выпускным отверстием 18. Система для впрыскивания топлива также содержит жидкостный патрубок 70, образованный внутри корпуса 12 и гидравлически сообщенный с топливной форсункой 34 и с множеством отверстий или сопел 72 (см. чертеж, изображенный на фиг. 2), которые разбрызгивают топливо в камере 14 в поперечном направлении. Более конкретно, сопла 72 разбрызгивают топливо поперек зазора 38 в поперечном направлении на корпус 26 клапана от местоположения, смежного переходу от седла 20 к первому поверхностному участку 48. Обращая внимание на чертежи, изображенные на фиг. 1 и 3, можно видеть, что корпус 26 клапана имеет полусферическую форму, сопряженную с седлом 20 таким образом, что корпус 26 может полностью садиться в седло 20, при этом поверхность 28 контактирует с седлом 20, а плоская поверхность 30 лежит в плоскости отверстия 24. Когда корпус 26 клапана поднят над седлом 20 посредством вакуума в камере 14, свободное пространство 74 образуется между поверхностью 28 и седлом 20. Свободное пространство 74 спрофилировано по форме трехмерной криволинейной оболочки, имеющей серповидный профиль. Это свободное пространство приводит к наличию зазора, созданного между вторым отверстием 24 и смежным участком корпуса 26. Следует принять во внимание, что благодаря сопряженным полусферическим формам седла 20 и корпуса 26 клапана зазор 38 расширяется относительно медленно, когда поднимается корпус 26 клапана. Кроме того, размер зазора 38 увеличивается медленнее, чем увеличение расстояния между корпусом 26 клапана и седлом 20 вблизи первого концевого участка 22. Когда двигатель, к которому присоединяется устройство кондиционирования топлива 10, работает в холостом режиме, зазор 38 может находиться в пределах от 2 до 7 мм, изменяясь в зависимости от конкретной скорости холостого режима работы двигателя и от его размера. При полностью открытой дроссельной заслонке зазор 38 находится в пределах между 14 и 18 мм. В связи с наличием профилированной формы у корпуса 26 клапана и седла 20 зазор 38 должен иметь кольцеобразную форму. Поток воздуха, выходящий из кольцевого зазора 38, имеет скос, приблизительно равный 15. Это,по существу, соответствует наклонению поверхностного участка 48. Такое выполнение, в свою очередь,сводит к минимуму вероятность наличия воздуха, который теперь содержит топливный пар и отскакивает или отклоняется от поверхности 48 в сторону продольной оси камеры 14. Пружина 34 создает давление, приблизительно равное 1 бар (т.е. 1 атм.), и воздействует на корпус 26 клапана. Таким образом, создается перепад давления, равный 1 атм., между впускным отверстием 16 и выпускным отверстием 18, когда корпус 26 клапана поднимается над седлом 20 посредством действия вакуума, прилагаемого двигателем, к которому присоединено устройство кондиционирования топлива 10. За счет этого понижения давления осуществляется испарение и термический крекинг топлива. Топливо впрыскивается в камеру 14 через форсунку 34 при такой скорости, чтобы создавать стехиометрическое соотношение между содержанием топлива и воздуха, а именно соотношение между топливом и воздухом, равное 14,78: 1. В одном из вариантов воплощения настоящего изобретения устройство кондиционирования топлива 10, впускное отверстие 16 и выпускное отверстие 18 имеют внутренний диаметр, равный 52 мм, поперечный размер (диаметр) концевого участка 24 равен 100 мм, участок 48 с полусферической поверхностью имеет диаметр, приблизительно составляющий 150 мм. Расстояние d1 от первого концевого участка 22 до второго концевого участка 24 равно около 43 мм, а расстояние d2 между вторым концевым участком 24 и переходом от поверхности 48 к поверхности 50 имеет величину порядка 47 мм. Суммарная длина корпуса 12 имеет величину порядка 240 мм при внешнем диаметре, имеющем величину порядка 140 мм. Корпус 26 клапана изготовлен из нейлона черного цвета и имеет массу, приблизительно равную-3 009444 120 кг. Однако вышеуказанные размеры могут изменяться для двигателей с различными размерами (емкостью). Обычно дроссельный клапан 76 расположен во впускном трубопроводе 36 и может работать с помощью соленоида или другого исполнительного механизма при реагировании на нажатие педали акселератора и/или подаче других сигналов и входных сигналов управления. Описание работы устройства для кондиционирования топлива 10 Перед началом работы двигателя, к которому присоединено устройство кондиционирования топлива 10, пружина 32 прижимает корпус 26 клапана к отверстию 16, уплотняя этим впуск 14. При начале работы двигателя создается вакуум, который распространяется через впускной трубопровод 36 в камере 14. Вакуум поднимает корпус 26 клапана, противодействуя силе прижатия, оказываемой пружиной 32, и позволяя воздуху проходить через отверстие 16 и зазор 38 в камеру 14. Топливо впрыскивается поперечно в камеру 14 напротив корпуса 26 клапана. Воздух, протекая через зазор 38, сталкивается с топливом и несет его в направлении по потоку к выходному отверстию 18. Через короткий промежуток времени температура воздуха, протекающего через зазор 38, становится равной от 30 до 260C. Плотное прижатие молекул топлива, разбрызгиваемого в камере 14, к нагретому воздуху приводит к возникновению термического крекинга топлива. Термический крекинг дополнительно усиливается посредством удара капель и молекул о пластину 60 и сетки 66 и 68. Наклонение и/или кривизна поверхности 48 помогает свести к минимуму отклонение воздуха в сторону центральной продольной оси камеры 14, которое иначе вызывало бы накопление топлива внутри участка камеры 14. В связи с наличием соответствующих конфигураций седла 20 и корпуса 26 клапана происходит изменение зазора 38 с помощью контролируемого способа по мере увеличения вакуума. Этим обеспечивается усиленное контролирование скорости воздуха и сводится к минимуму отбрасывание корпуса 26 клапана. Топливо, подвергнутое термическому крекингу, проходит через впускное отверстие 18 во входной трубопровод 26 к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания (на чертежах не показаны). Топливо, подвергнутое термическому крекингу и, по существу, имеющее стехиометрическое отношение топлива к воздуху, равное 14,78:1, подготовлено для эффективного сгорания в двигателе. Контроллер или блок управления работой двигателя (на чертеже не показан) контролирует объем топлива, разбрызгиваемого топливной форсункой 34 в соответствии с положением 36 дросселя и с вакуумом в двигателе. Все модификации и изменения вышеописанного варианта настоящего изобретения должны быть очевидны для специалиста в данной области техники, должны входить в объем защиты настоящего изобретения, сущность которого очевидна из вышеизложенного описания, а также с помощью прилагаемой формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для кондиционирования топлива, содержащее корпус, включающий камеру с предусмотренным в ней впускным отверстием вверху по потоку и выпускным отверстием из камеры внизу по потоку; полусферическое седло с первым концевым участком, гидравлически сообщенным с камерой, при этом второй концевой участок лежит в плоскости диаметра полусферического седла; корпус клапана, содержащий криволинейную поверхность и плоскую поверхность, простирающуюся поперек криволинейной поверхности, при этом корпус клапана является подвижным между положением его закрытия, когда корпус клапана перекрывает с уплотнением впускное отверстие, и вторым положением его открытия, когда корпус клапана расположен с удалением от впускного отверстия для создания зазора между клапаном и седлом, позволяя воздуху протекать у впускного отверстия через первый и второй концевые участки в камеру; устройство для смещения, которое смещает корпус клапана в направлении его положения закрытия. 2. Устройство для кондиционирования топлива по п.1, в котором криволинейная поверхность является полусферической с радиусом таким же, как и радиус указанного седла, благодаря чему, когда указанный корпус клапана находится в своем указанном положении закрытия, указанная плоская поверхность лежит в плоскости расположения диаметра седла. 3. Устройство для кондиционирования топлива по п.1 или 2, в котором камера содержит внутреннюю поверхность с первым участком, который простирается вверх и наружу от второго концевого участка в сторону выходного отверстия. 4. Устройство для кондиционирования топлива по п.1, в котором первый участок внутренней поверхности изогнут с вогнутостью, если смотреть в направлении от выпускного отверстия к впускному отверстию. 5. Устройство для кондиционирования топлива по пп.1-4, в котором воздух является свежим. 6. Устройство для кондиционирования топлива по пп.1-5, дополнительно содержащее вал, связанный с корпусом клапана для его ориентирования, когда корпус клапана движется между положением его-4 009444 закрытия и открытым положением. 7. Устройство для кондиционирования топлива по п.6, в котором вал проходит через отверстие, образованное в корпусе клапана и направленное перпендикулярно плоской поверхности и вдоль радиуса корпуса клапана. 8. Устройство для кондиционирования топлива по п.7, в котором устройство для смещения установлено на валу. 9. Устройство для кондиционирования топлива по любому из пп.7 или 8, в котором устройство для смещения прикладывает давление к одному стержню на корпусе клапана. 10. Устройство для кондиционирования топлива по п.7, в которое дополнительно включена пластина, лежащая параллельно плоской поверхности и размещенная центрально относительно продольной оси камеры между вторым концевым участком и выпускным отверстием, при этом пластина по своим размерам выбрана таким образом, чтобы обеспечивать наличие кольцевого внутреннего пространства между пластиной и смежным участком внутренней поверхности камеры. 11. Устройство для кондиционирования топлива по п.10, в котором первый сеточный экран расположен поперек камеры и между пластиной и выпускным отверстием. 12. Устройство для кондиционирования топлива по п.11, в котором второй сеточный экран расположен поперек камеры и между первой сеткой и выпускным отверстием. 13. Устройство для кондиционирования топлива по любому одному из пп.1-12, дополнительно содержащее систему для подачи топлива, доставляющую топливо в камеру. 14. Устройство для кондиционирования топлива по п.13, в котором система для подачи топлива вбрызгивает топливо в камеру в направлении поперек зазору. 15. Устройство для кондиционирования топлива по п.14, в котором система для подачи топлива содержит одно или более отверстий или сопел, которые могут открываться в сторону внутренней поверхности вблизи второго отверстия.

МПК / Метки

МПК: F02B 51/00, F23K 5/22, F02M 31/08, F02M 23/12, F02M 31/04

Метки: топлива, устройство, кондиционирования

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/7-9444-ustrojjstvo-dlya-kondicionirovaniya-topliva.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство для кондиционирования топлива</a>

Похожие патенты