ИОНИЗАТОР ТОПЛИВА

Полезная модель относится к двигателестроению, а конкретнее к ионизаторам топлива и может найти применение в топливных системах двигателей внутреннего сгорания для снижения токсичности отработанных газов и повышения основных показателей работы ДВС.
Известен ионизатор топлива, содержащий металлический корпус с каналами подачи топлива, соединенными с топливопроводом в виде резинового шланга, снабженного заземленным экраном, и ионизирующий электрод, размещенный внутри экранированного шланга, и соединенный с источником импульсного напряжения, корпус ионизатора выполнен в виде полой втулки, установленной в разрыв шланга топливопровода, ионизирующий электрод выполнен в виде металлической ленты, закрепленной внутри полой втулки, источник импульсного напряжения выполнен на выходное напряжение 500-2000 В, частоту следования импульсов 2-10 кГц с длительностью импульсов 10-100 мкс, причем ионизирующий электрод подключен к источнику импульсного напряжения, нагруженного на индуктивность в виде катушки, охватывающей шланг на входе ионизатора. Ионизирующий электрод спирально закручен по длине, а поверх втулки корпуса и экранированного шланга ионизатора установлена дополнительная катушка, подключенная к выходу регулируемого источника питания постоянного тока [Патент РФ №2066380, МПК F02M 27/04, опубл. 10.09.1996, БИ №25, авторы Катошин Ю.Г., Короткий В.М. «Ионизатор топлива»].
Недостатками данного ионизатора топлива \ являются низкая степень ионизации, из-за слабого электрического поля между проволочным электродом ионизатора и экраном шланга.
Ионизатор, содержащий диэлектрическую трубку, имеющую проточный канал и расположенные в последнем два электрода, первый электрод - катод выполнен подвижным относительно оси трубки и подключен к положительному полюсу источника тока, второй - анод выполнен с игольчатыми токопроводящими выступами, которые направлены в сторону положительного электрода, и установлен в проточном канале за положительным электродом относительно потока топлива, и подключен к отрицательному полюсу источника тока, первый положительный и второй отрицательный электроды закреплены в диэлектрических кольцах, выполнены из металлических нитей в виде сетки, в узлах сети отрицательного электрода размещены токопроводящие игольчатые элементы, а на диэлектрической трубке расположена изолированная токопроводящая обмотка, которая подключена к источнику тока, причем линии ее магнитного поля направлены против потока топлива [Патент РФ №82004, МПК F02M 27/04, опубл. 10.04.2009, БИ №10, авторы Носырев Д.Я. и др. «Ионизатор»].
Недостатками данного ионизатора являются низкая степень ионизации, из-за слабого электрического поля между электродами и высокие энергозатраты.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение степени ионизации топлива и снижение энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что в ионизаторе топлива, содержащем диэлектрический корпус, катод, анод и источник тока, дополнительно жестко установлены в корпусе по концам две крышки с входным и выходным патрубками и дополнительно жестко установлен в выходном патрубке вакуумированный цилиндрический контейнер с выходными окнами, стенки его выполнены с радиальными отверстиями наноразмерного диаметра, а внутри контейнера по его оси установлен анод, который выполнен из проволоки, и катод, который выполнен в форме токопроводящего цилиндра и закреплен через изоляторы к корпусу ионизатора.
В связи с тем, что размеры радиальных отверстий в контейнере выполнены диаметром 1-10 нМ, то топливо в контейнер попасть не может в виду его поверхностного натяжения.
Кинетическая энергия электрона перед очередным столкновением с нейтральным атомом или молекулой топлива пропорциональна напряженности электрического поля Е и длине свободного пробега электрона X,:
где m - масса электрона,
е - заряд электрона,
ν - скорость электрона.
В виду того, что в контейнере создан вакуум, то электрон перед столкновением с атомами и молекулами топлива проходит большое расстояние, при этом его скорость постоянно увеличивается, следовательно, ему проще выбить электроны с электронных орбиталей атомов топлива и тем самым легче ионизировать топливо, а, следовательно, степень ионизации топлива значительно повысится. На фиг.1 - ионизатор топлива, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1. Ионизатор топлива содержит диэлектрический корпус 1 с двумя крышками 2, входной 3 и выходной 4 патрубки, катод 5 в форме токопроводящего цилиндра, который закреплен изоляторами 6 к корпусу, вакуумированный цилиндрический контейнер 7 с выходными окнами 8 жестко установленный в выходном патрубке, контейнер 7 выполнен с многочисленными радиальными отверстиями диаметром 1-10 Нм, а внутри контейнера по его оси установлен анод 9 выполненный из проволоки и источник питания 10.
Ионизатор топлива работает следующим образом.
Топливо подают в ионизатор через входной патрубок 3 в крышке 2 диэлектрического корпуса 1. Попав в корпус 1 ионизатора, топливо направляется в кольцевое пространство, образованное цилиндрическим контейнером 7 и кольцевым цилиндрическим катодом 5, где попадает в электрическое поле, которое образовано катодом 5 и проволочным анодом 9, которые подключены к источнику питания 10 напряжением порядка 10 кВ.
При подаче напряжения порядка 10кВт на катод 5 и анод 9 ионизатора происходит лавинообразное испускание электронов проволочным анодом 9 в сторону цилиндрического катода 5. Так как топливо проходит внутри ионизатора между анодом и катодом, то электроны, испускаемые анодом сталкиваюся с атомами и молекулами топлива. В результате столкновений электронов с нейтральными атомами или молекулами топлива происходит выбивание электронов с последних электронных орбиталей молекул и атомов топлива, в результате чего молекулы топлива ионизируются, а свободные электроны движутся по направлению электрического, поля в сторону катода 5, после чего электроны заходят в цилиндрический катод 5, который установлен в корпусе 1 и закреплен к нему изоляторами 6.
Кинетическая энергия электрона перед очередным столкновением с нейтральным атомом или молекулой топлива пропорциональна напряженности электрического поля и длине свободного пробега электрона. Для увеличения кинетической энергии электрона анод 9 помещен в цилиндрический контейнер 7, из которого откачен воздух и создан вакуум. При этом контейнер 7 закреплен в выходном патрубке 4 крышки 2 и имеет выходные окна 8 для выхода топлива из ионизатора.
При выходе электрона из анода 9 он постоянно ускоряясь движется в вакууме в сторону катода 5 и проходит через радиальные отверстия в стенке контейнера 7 после чего сталкивается с атомами и молекулами топлива. Диаметр отверстий в стенке контейнера выбран таким, чтобы электрон свободно проходил через отверстия, а топливо не попадало в отверстие в виду действия поверхностного натяжения, которое препятствует попаданию капельки топлива в контейнер 7.
Выйдя из межэлектродного пространства, ионизированное топливо выходит из ионизатора через выпускные окна в контейнере 7, а затем через выходной патрубок крышки корпуса.
Предложенный ионизатор топлива позволяет снизить токсичность отработанных газов на 60-80%, снизить нагарообразование, повысить мощность двигателя на 2-5%, снизить удельный расход топлива на 3-7% и упростить запуск двигателя в холодное время года.