ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА

Полезная модель относится к устройствам приготовления топливной смеси в любых тепловых установках, содержащих топливные форсунки, например, в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), в котельных установках, а конкретнее к распиливающим топливным форсункам.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является известная топливная форсунка, содержащая полую трубку для подвода топлива под давлением и сопло - прототип (Большой энциклопедический словарь. М, 1991 г. т.2, с.568).
При всех достоинствах прототипа, следует отметить то, что современные устройства приготовления топливной смеси, использующих топливные форсунки, пока несовершенны и не обеспечивают достаточной гомогенизации топливной смеси, особенно при дефиците окислителя, например, инжекторные топливные форсунки в тепловых двигателях, что приводит к перерасходу топлива и требует для получения достаточной степени очистки выхлопных газов таких тепловых машин дополнительного применения дорогих и ненадежных сотовых каталитических нейтрализаторов их токсичности.
Целью изобретения является повышение качества распыливания и активизации топлива путем конструктивного усовершенствования топливных форсунок.
Технический результат, данной полезной модели состоит в усовершенствовании топливной форсунки посредством снабжения ее устройством электростатического распыливания топлива, обеспечивающими улучшения степени распыления ими топлива и его электризацию, как следствие, улучшение общей топливной экономичности тепловых установок и экологической чистоты их отходящих газов.
Указанный технический результат достигается тем, что известная топливная форсунка, в виде полой трубки с распылительным соплом, дополнительно снабжена электростатическим распылителем топлива, содержащим дополнительный электрод, соприкасающемуся со струей топлива за соплом форсунки, и маломощный источник высокого электрического напряжения, с электрическим соединением его выходного напряжения одним электрическим потенциалом на корпус топливной форсунки, и
вторым электрическим потенциалом присоединенный к этому дополнительному электроду, размещенному за соплом топливной форсунки, на расстоянии от него, достаточном для предотвращения электрического пробоя с этого электрода на корпус топливной форсунки, причем этот дополнительный электрод может быть выполнен из металлического кольца, размещенного на торце полой диэлектрической трубки, надетой плотно на топливную форсунку снаружи, с внутренним диаметром металлического кольца, равным внутреннему диаметру сопла топливной форсунки, причем упомянутый дополнительный электрод электростатического распылителя топлива топливной форсунки, может быть конструктивно выполнен в виде вихревой форсунки с полостью внутри, и с наклонными выходными отверстиями в ней. и несколькими тангенциальными патрубками для подачи в эту полость и вихревого смешивания в ней нескольких дополнительных компонентов топливной смеси - электростатически тонкораспыленного топлива, ионизированного воздуха, воды и части отходящих газов виде вторичных продуктов горения приготовленной топливной смеси, и вихревого смешивания на ее выходе с электростатически тонкораспыленным топливом.
Описание полезной модели. На рис.1 показано устройство электростатической топливной форсунки на примере ее применения в инжекторной топливной форсунке в двигателе внутреннего сгорания. Устройство приготовления топливной смеси состоит из топливного бака (не показан), топливного насоса 1 высокого давления, присоединенного через топливопровод 2 к топливной форсунке 3 (инжекторного двигателя). Она показана упрощенно и состоит из цилиндрического корпуса, в виде полой металлической трубки 4, имеющего сквозной топливный канал 5 и распылительное сопло 6. На цилиндрическом корпусе 4 топливной форсунки 3 размещена диэлектрическая цилиндрическая трубка 7, например в виде фторопластового цилиндра со сквозным отверстием, с диаметром этого отверстия, равным внешнему диаметру сопла топливной форсунки, на торце которого, размещенном за соплом 6 форсунки укреплен кольцевой электропроводящий электрод 8, с внутренним диаметром отверстия, равным диаметру проходного отверстия сопла 6, для соприкосновения этого кольцевого электрода 8 с топливом. На выходе модернизированной топливной форсунки размещен также полый кольцевой вихревой смеситель 9, имеющий наклонные выходные отверстия в этой полости и сквозное отверстие для прохода электростатически распыленного топлива и тангенциальные вводы в полость смесителя 9, например, в виде одного или нескольких тангенциальных отверстий в корпусе (показано только одно отверстие), для тангенциального ввода и
интенсивного вихревого смешивания различных дополнительных компонентов топливовоздушной смеси, а именно атмосферного воздуха, отходящих горячих газов двигателя, воды пара, внутри этого вихревого смесителя 9, с последущей подачей их в конический патрубок 11, в зону вихревой закрутки основного потока окислителя - воздуха. Причем этот вихревой смеситель 9 может быть конструктивно совмещен с кольцевым электродом 8. Для простоты чертежа на рис.1 показан вынесенный отдельный вихревой смеситель 9, который соединен коническим патрубком 11 с впускным отверстием 13 рабочего цилиндра камеры сгорания 14 теплового инжекторного двигателя внутреннего сгорания, показанной упрощенно. В камере сгорания 14 двигателя также размещена штатная электрическая свеча зажигания 15, содержащая центральный электрод 16, электроизолятор 17 и корпус 18 с ввертной частью и боковым электродом 19, электрически соединенного с массой двигателя. Электроды 16, 19 свечи зажигания и электроды 8, 16 электростатического распылителя топлива присоединены соответственно к источникам 20 и 21 знакопостоянного высоковольтного импульсного напряжения к источнику питания, например, к аккумуляторной батарее 22. На чертеже также упрощенно показаны выпускной коллектор 23 двигателя, зона электростатического распыления топлива 24, зоны интенсивного вихревого смешивания топлива и окислителя 26, компонентов топлива 25 и зажигания.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА
При подаче топлива в топливную форсунку 3 и высоковольтных импульсов напряжения на кольцевой электрод 9, синхронизированных с импульсами зажигания ТВС на свече 15, топливо со среза сопла 8 тонко и интенсивно распыляется Кулоновскими силами отталкивания вследствие электрической зарядки струи топлива электрическим зарядом одноименного знака, и одновременно активизируется в электростатическом поле. Одновременно в вихревом смесителе 9 зоне распыления топлива происходит и интенсивное вихревое смешивание компонентов топливной смеси. Воздух, поступающий от воздушного фильтра, в конический завихритель 11 вихревого смесителя 9, интенсивно закручивается, одновременно в вихревом сопле 1, размещенное во входном патрубке 8 и зафиксированное прокладкой 9, далее закрученный воздух в зоне смешивания 23 интенсивно перемешивается с топливом, распыляемым инжекторной форсункой 3, а далее через конические сопла 11, 12 активизированная, хорошо смешанная ТВС через входное отверстие 13 при поднятом впускном клапане(не показан) попадает внутрь камеры сгорания 14 цилиндра двигателя,
а именно в зону 26 концентрации и воспламенения ТВС, поскольку на центральном электрод подают второй потенциал от блока 20, разноименный по отношению к электрическому потенциалу, которым заряжают топливо на срезе сопла 8.
Благодаря тонкому электростатическому распылению топлива электрическим полем и вихревому смешиванию ТВС качество ТВС в зоне 25 намного выше, чем в аналоге.
Благодаря совмещению конструкций полого кольца электростатической форсунки и вихревого смесителя возникают идеальные условия для приготовления гомогенной обедненной топливопаровоздушной смеси для ДВС
В результате использования данного устройства на ДВС, обеспечивается повышенная степень дисперсности распыла топлива, гомогенности топливной смеси, существенно возрастает топливная экономичность ДВС и повышение полноты ее сгорания, т.е. одновременно улучшается и приемистость и степень чистоты выхлопных газов ДВС.
Данное полезное новшество по топливным форсункам имеет весьма широкое применение и обладает существенной новизной и полезностью и может быть с успехом применено и на автотранспорте и в любых горелках, например, в автономных котельных установках.