RU2023194C1 - Method of preparation of liquid fuel - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of engines. SUBSTANCE: method is effected through delivery of fuel under pressure to absorber and mixing of it with compressed air in absorber for obtaining fuel saturated with air which is fed to sprayer. Fuel and compressed air are mixed at a pressure of from 2 to 200 MPa. According to variants of the method, air is mixed with exhaust gas of the engine before compression, undissolved portion of air is drawn from the absorber and its pressure is reduced to the level close to atmospheric by passing through throttle valve, after which it is used for being saturated. After reducing the pressure, undissolved portion of air is directed in succession for cooling the saturated fuel and fuel being saturated. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl

Description

Изобретение относится к двигательным установкам и может быть использовано в тепловых двигателях и других топочных устройствах. The invention relates to propulsion systems and can be used in heat engines and other combustion devices.

Известен способ питания двигателя внутреннего сгорания смесью топлива с негорючим газом (например, атмосферным воздухом), в котором топливо смешивают с газом на линии низкого давления, после чего смесь подвергается сжатию и подается по трубопроводу высокого давления в цилиндры двигателя [1]. A known method of supplying an internal combustion engine with a mixture of fuel with non-combustible gas (for example, atmospheric air), in which the fuel is mixed with gas on a low pressure line, after which the mixture is compressed and fed through a high pressure pipe to the engine cylinders [1].

Известен способ предварительной подготовки топлива путем насыщения жидкого топлива газом в течение 6-72 ч под избыточным давлением 2-10 кгс/см² [2].A known method of pre-treatment of fuel by saturating liquid fuel with gas for 6-72 hours under an overpressure of 2-10 kgf / cm ² [2].

Недостатком известных способов подготовки топлива является малое количество растворенного в топливе воздуха, так как насыщение происходит при низком давлении. При последующем же сжатии и подаче смеси по трубопроводу высокого давления растворение воздуха будет проходить малоэффективно вследствие разогрева смеси при сжатии и малости адсорбирующей поверхности топлива. A disadvantage of the known methods of fuel preparation is the small amount of air dissolved in the fuel, since saturation occurs at low pressure. With subsequent compression and supply of the mixture through a high pressure pipeline, the dissolution of air will be ineffective due to heating of the mixture during compression and the smallness of the adsorbing surface of the fuel.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки жидкого топлива для дизельного двигателя, заключающийся в том, что нагнетают топливо под давлением, смешивают его со сжатым воздухом в смесительной камере (абсорбере) для получения насыщенного воздухом топлива и нагнетают насыщенное топливо под высоким давлением в распылитель [3]. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of preparing liquid fuel for a diesel engine, which consists in pumping fuel under pressure, mixing it with compressed air in a mixing chamber (absorber) to obtain air-saturated fuel and pumping saturated fuel under high pressure into the atomizer [3].

Недостатком известного решения является то, что насыщение топлива воздухом происходит на линии низкого давления, поэтому количества растворенного воздуха в топливе будет недостаточно, чтобы заметно повлиять на последующий процесс горения топливовоздушной смеси. A disadvantage of the known solution is that the fuel is saturated with air on the low pressure line, so the amount of dissolved air in the fuel will not be enough to significantly affect the subsequent combustion process of the air-fuel mixture.

Целью изобретения является повышение экономической эффективности и экологической безопасности тепловых двигателей путем интенсификации процесса горения. The aim of the invention is to increase the economic efficiency and environmental safety of heat engines by intensifying the combustion process.

Это достигается тем, что топливо и сжатый воздух смешивают под давлением 2-200 МПа, воздух перед сжатием смешивают с отработавшими газами двигателя, отбирают из абсорбена и (или) входа в распылитель нерастворенную часть воздуха, снижают давление последней при помощи дросселя до близкого к атмосферному и используют ее для охлаждения насыщенного топлива или направляют ее последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива. This is achieved by the fact that the fuel and compressed air are mixed under a pressure of 2-200 MPa, the air is mixed with the exhaust gases of the engine before compression, the undissolved part of the air is taken from the absorbed and (or) inlet of the atomizer, and the pressure of the latter is reduced to close to atmospheric with a throttle and use it to cool saturated fuel or direct it sequentially to cool saturated and saturated fuel.

Устройство для реализации предлагаемого способа подготовки топлива содержит абсорбер, распылитель, дроссель, трубопроводы. A device for implementing the proposed method for the preparation of fuel contains an absorber, atomizer, throttle, pipelines.

Способ подготовки жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие действия:
топливо и сжатый воздух смешивают под давлением 2-200 МПа в абсорбере;
воздух перед сжатием смешивают с отработавшими газами двигателя;
отбирают из абсорбера и (или) входа в распылитель нерастворенную часть воздуха, снижают давление последней при помощи дросселя до близкого к атмосферному и используют ее для охлаждения насыщаемого топлива;
нерастворенную часть воздуха после снижения давления направляют последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива.The method of preparing liquid fuel for an internal combustion engine includes the following steps:
fuel and compressed air are mixed under a pressure of 2-200 MPa in an absorber;
air is mixed with engine exhaust before compression;
the undissolved part of the air is taken from the absorber and (or) the entrance to the atomizer, the pressure of the latter is reduced to a pressure close to atmospheric by means of a throttle, and it is used to cool saturated fuel;
the undissolved part of the air after pressure reduction is directed sequentially to cool the saturated and saturated fuel.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. The proposed method is implemented as follows.

Раздельно топливо и атмосферный воздух (либо смесь воздуха с отработавшими газами двигателя) подают под большим избыточным давлением (2-200 МПа) и при температуре окружающей среды в абсорбер, где происходит их смешивание и насыщение топлива кислородом до состояния, близкого к равновесному. Из абсорбера насыщенное топливо подают по трубопроводу к распылителю. Нерастворенную часть воздуха из абсорбера и (или) входа в распылитель пропускают через дроссель, в результате чего давление снижают до близкого к атмосферному, и используют ее для охлаждения насыщаемого топлива или направляют последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива. Separately, fuel and atmospheric air (or a mixture of air with engine exhaust gases) are supplied under high overpressure (2-200 MPa) and at ambient temperature to the absorber, where they are mixed and oxygen is saturated with fuel to a state close to equilibrium. Saturated fuel is supplied from the absorber through a pipeline to the atomizer. The undissolved part of the air from the absorber and (or) the entrance to the atomizer is passed through the throttle, as a result of which the pressure is reduced to close to atmospheric pressure, and it is used to cool the saturated fuel or direct it in series to cool the saturated and saturated fuel.

В топливе (типа керосин) количество растворенного кислорода при насыщении под избыточным давлением 100 МПа будет достаточно почти для 100% степени окисления капель топлива, когда на каждую молекулу топлива приходится один атом кислорода. Известно, что с увеличением относительной степени окисления капель топлива на 10% период задержки воспламенения в дизеле сокращается на 18%. In a fuel (such as kerosene), the amount of dissolved oxygen at saturation under an excess pressure of 100 MPa will be enough for almost a 100% oxidation state of fuel droplets, when one oxygen atom falls on each fuel molecule. It is known that with an increase in the relative oxidation state of fuel droplets by 10%, the ignition delay period in a diesel engine is reduced by 18%.

В обычных условиях жидкофазное окисление происходит во время прогрева капель топлива до момента их полного испарения, при этом процесс окисления лимитируется главным образом скоростью поступления кислорода к поверхности капли сквозь окружающие ее пары топлива. В топливе же, предварительно насыщенном кислородом, это ограничение снимается. Таким образом, предлагаемый способ подготовки жидкого топлива обеспечивает более эффективное образование продуктов жидкофазного окисления - пероксидов и альдегидов. Эффективное образование данных продуктов приводит к интенсификации цепного разветвления, т. е. наиболее медленной стадии самовоспламенения, что в свою очередь благоприятствует уменьшению времени задержки и температуры самовоспламенения углеводородовоздушной смеси, расширению ее концентрационных пределов самовоспламенения и в конечном итоге приводит к интенсификации процесса турбулентного горения в целом. Использование смеси атмосферного воздуха с отработавшими газами двигателя для насыщения топлива кислородом способствует его хемосорбции и увеличению растворимости воздуха в топливе ( ≈10%). Повышению растворимости воздуха благоприятствует снижение температуры топлива. Утилизируя путем дросселирования энергию нерастворенной части воздуха в количестве, соответствующем насыщению топлива (типа керосин) при Р_нас = 100 МПа, можно понизить температуру насыщаемого топлива на 25^оС (без учета потерь).Under ordinary conditions, liquid-phase oxidation occurs during the heating of fuel droplets until they completely evaporate, and the oxidation process is limited mainly by the rate of oxygen to the droplet surface through the surrounding fuel vapor. In the fuel pre-saturated with oxygen, this restriction is removed. Thus, the proposed method for the preparation of liquid fuel provides a more efficient formation of liquid phase oxidation products - peroxides and aldehydes. The effective formation of these products leads to an intensification of chain branching, i.e., to the slowest stage of self-ignition, which in turn favors a decrease in the delay time and self-ignition temperature of a hydrocarbon-air mixture, an expansion of its concentration limits for self-ignition, and ultimately leads to an intensification of the process of turbulent combustion in general . The use of a mixture of atmospheric air with engine exhaust gases to saturate the fuel with oxygen contributes to its chemisorption and increase the solubility of air in the fuel (≈10%). Increased air solubility is favored by a decrease in fuel temperature. Disposing undissolved by throttling the energy of the air in an amount corresponding to the saturation of the fuel (such as kerosene) at P = 100 MPa, _we can lower the temperature of the saturable fuel 25 ^{° C} (excluding losses).

Claims (4)

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА для двигателя внутреннего сгорания путем нагнетания топлива под давлением в абсорбер и смешивания его со сжатым воздухом в абсорбере для получения насыщенного воздухом топлива и подачи последнего к распылителю, отличающийся тем, что топливо и сжатый воздух смешивают под давлением 2 - 200 МПа. 1. METHOD FOR PREPARING LIQUID FUEL for an internal combustion engine by injecting fuel under pressure into the absorber and mixing it with compressed air in the absorber to obtain air saturated fuel and supplying the latter to the atomizer, characterized in that the fuel and compressed air are mixed under pressure 2 - 200 MPa 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух перед сжатием смешивают с отработавшими газами двигателя. 2. The method according to claim 1, characterized in that the air before compression is mixed with the exhaust gases of the engine. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбирают из абсорбера нерастворенную часть воздуха, снижают давление последней до близкого к атмосферному при помощи пропускания ее через дроссель и затем используют ее для охлаждения насыщаемого топлива. 3. The method according to claim 1, characterized in that the insoluble part of the air is taken from the absorber, the pressure of the latter is reduced to close to atmospheric by passing it through the throttle and then use it to cool the saturated fuel. 4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что нерастворенную часть воздуха после снижения давления направляют последовательно для охлаждения насыщенного и насыщаемого топлива. 4. The method according to PP. 1 and 3, characterized in that the undissolved part of the air after pressure reduction is directed sequentially to cool saturated and saturated fuel.