Как показывает статистика инновационных проектов , всё большее влияние на коммерческую ценность и эффективность этих проектов оказывает алгоритмическая составляющая , включая и логистику всего инновационного процесса , начиная от формулирования и синтезирования инновационной идеи и завершая процессом интеграции в конкретную производственную и коммерческую структуры

Поскольку мы располагаем опытом и, технологическими и коммерческими наработками в наиболее востребованных сегодня технологиях модификации топливных смесей , предлагаем в качестве примера рассмотреть алгоритмизацию этой группы инновационных проектов

В настоящее время , согласно информации , которую можно получить из открытых источников, просматривается тенденция модификации и модернизации двигателей внутреннего сгорания по направлениям, связанным с усовершенствованием систем автоматического контроля за процессом подачи и сгорания топлива;

В исследованиях , связанных с использованием альтернативных видов топлива, как например этанола или метанола , чётко вырисовывается проблема, связанная с смешиванием этанола, метанола и бензина или этанола, метанола и дизельного топлива;

Более чем столетняя проблема , связанная с принятой механической системой преобразования линейного движения в вращательное не рассматривается или рассматривается в локальных аспектах, не имеющих принципиального значения на решение проблемы в целом, а именно механические проблемы съедают 50% эффективности любого двигателя внутреннего сгорания;

В нашем творческом содружестве имеются поданные заявки на изобретения , в которых решается комплекс проблем , описанных выше.

United States Patent Application 20110030827
Kind Code A1
Livshits; David ; et al. February 10, 2011
________________________________________

FLUID COMPOSITE, DEVICE FOR PRODUCING THEREOF AND SYSTEM OF USE

Abstract

The current disclosure relates to a new fluid composite, a device for producing the fluid composite, and a method of production therewith, and more specifically a fluid composite made of a fuel and its oxidant for burning as part of different systems such as fuel burners, where the fluid composite after a stage of intense molecular between a controlled flow of a liquid such as fuel and a faster flow of compressed highly directional gas such as air results in the creation of a three dimensional matrix of small hallow spheres each made of a layer of fuel around a volume of pressurized gas. In an alternate embodiment, external conditions such as inline pressure warps the spherical cells into a network of oblong shape cells where pressurized air is used as part of the combustion process. In yet another embodiment, additional gas such as air is added via a second inlet to increase the proportion of oxidant to carburant as part of the mixture.

Всем известно, что и этанол и метанол после смешивания приносят в смесь воду, - этанол больше , метанол меньше , но сбрасывать её присутсвие со счетов невозможно и , поэтому эмульсификация становится исключительно важным процессом :

United States Patent Application 20120085428
Kind Code A1
Livshits; David ; et al. April 12, 2012
________________________________________

EMULSION, APPARATUS, SYSTEM AND METHOD FOR DYNAMIC PREPARATION

Abstract

The invention relates to a fluid composite, a device for producing the fluid composite, and a system for producing an aerated fluid composite therewith, and more specifically a fluid composite made of a fuel and its oxidant for burning as part of different systems such as fuel burners or combustion chambers and the like. The invention also relates to an emulsion, an apparatus for producing an emulsion, a system for producing an emulsion with the apparatus for producing the emulsion, a method for producing a dynamic preparation with the emulsion, and more specifically to a new type of a stable liquid/liquid emulsion in the field of colloidal chemistry, such as a water/fuel or fuel/fuel emulsion for all spheres of industry.

Проблема смешивания этанола и бензина на заправочных станциях полностью решается при помощи изобретения на которое имеется прототип, изготовленный для сбивания сливочного масла, но этот же прототип можно использовать для презентации идеи и решения проблемы смешивания и превращения смеси в стабильную эмульсию, при смешивании топливных компонентов, таких как дизельное топливо и различные виды технического спирта, в том числе и глицерина; этанол и бензин и многих других, в том числе и имеющих неорганическое происхождение; заявка на это изобретение подана ещё в прошлом году, в марте;

В дополнение к всем известным из публикаций системам и методам различных систем автоматического контроля, мы предлагаем систему бесконтактного контроля реального состояния топливной смеси, в том числе и уровня насыщения её воздухом и уровня и характера вспенивания топливной смеси перед её впрыском или подачей на топливный насос высокого давления , как это имеет место в дизельных двигателях; заявка на изобретение подана в прошлом году;

Наша творческая группа предложила решение механических проблем в всех типах двигателей внутреннего сгорания за счёт изменения конструкции механизма преобразования линейного движения в вращательное, без каких либо изменений в топливной системе двигателя внутреннего сгорания; заявка на изобретение подана в апреле прошлого года;

Все перечисленные технологии могут быть применены при выполнении целого ряда принципиальных условий

Для обеспечения своевременного и полного сгорания за короткий промежуток времени топливо должно удовлетворять следующим требованиям:

1) обладать хорошей прокачиваемостью, чтобы обеспечить надежную работу топливного насоса высокого давления (при оптимальной вязкости 2-6 мм2/с и температуре 20 °С); хорошими низкотемпературными свойствами; отсутствием механических примесей и воды;

2) обеспечивать необходимый распыл, хорошие смесеобразование и испарение; для этого топливо должно иметь оптимальную вязкость и определенный фракционный состав;

3) обладать необходимой воспламеняемостью, чтобы осуществлялись легкий пуск холодного двигателя, плавное нарастание давления и полное бездымное сгорание (эти свойства зависят от химического и фракционного состава топлива, а также вязкости; химический состав топлива оценивается цетановым числом, которое характеризует воспламеняемость и является основным показателем моторных свойств топлива);

4) не вызывать повышенного образования нагара и других отложений на клапанах, кольцах, поршнях, закоксовывания иглы распылителя (склонность топлива к нагару зависит от химического и фракционного состава, вязкости, содержания механических примесей и воды);

5) не содержать коррозионно-активных продуктов (коррозионные свойства топлива зависят от наличия в нем минеральных и органических кислот, сернистых соединений и воды);

6) иметь возможно более высокую теплоту сгорания;

7) иметь высокую прокачиваемость топлива с обеспечением минимального подтекания через зазоры в плунжерных парах с минимальным износом трущихся пар.

Раньше считалось, что топливо для быстроходных двигателей должно иметь при 20 °С вязкость не менее 5 мм2/с. Исследования показали, что топливо с вязкостью до 2 мм2/с при 20 СС обеспечивает смазку топливоподающей аппаратуры. Минимальная вязкость зависит от давления впрыска и других конструктивных решений. С увеличением давления впрыска вязкость топлива может увеличиваться в 6-10 раз.

( использование технологии комплексного активирования , при которой вода смешивается с дизельным топливом, образуя устойчивую эмульсию, которая затем смешивается с возхдушными пузырями , в которых внутреннее давление в пузырях составляет от 10 до 20 бар, позволяет почти в два раза снизить требуемое давление , что снижает вязкость топливной смеси в 3 – 5 раз; кроме того примесь 10% воды и 8 -12% воздуха в той же пропорции снижает исходную вязкость топливной смеси)

На основании исследований и эксплуатационных испытаний установлены следующие значения вязкости топлива при 20 °С для быстроходных дизельных двигателей: летом — 3,0-8,0 мм2/с, зимой — 2,2-6,0 мм2/с, для сурового климата Арктики— 1,5-4 мм2/с.

Прокачиваемость топлива зависит от его низкотемпературных свойств, которые влияют на подвижность топлива при низких температурах. Низкотемпературные свойства определяются температурой помутнения, начала кристаллизации и застывания.

Температурой помутнения считают температуру, при которой теряется фазовая однородность топлива. Оно начинает мутнеть из-за выделения мельчайших капель воды, твердых углеводородов или микроскопических кристаллов льда.

Температуру, при которой появляются первые кристаллы, видимые невооруженным глазом, называют температурой кристаллизации.

Температура полной потери подвижности носит название температуры застывания.

( для предлагаемой технологии температура застывания смеси опускается пропорционально процентному содержанию воды и воздуха в смеси, и, кроме того , высокий уровень турбулентности смеси , также способствует понижению температуры застывания )

Механические примеси в топливе стандартом не предусмотрены (не допускаются). Топливо загрязняется при несоблюдении правил перевозки, хранения и заправки. Наиболее вредны кварциты глинозема, так как они обладают высокой твердостью. Прецизионные пары топливных насосов имеют зазоры 1,5-3,0 мкм, поэтому даже небольшой процент механических примесей приводит к значительному абразивному износу.

( при использовании предлагаемой технологии попадание абразивов в топливный насос исключается , благодаря особой системе капиллярных каналов в устройстве для комплексного активирования дизельного топлива )

В топливе в большей или меньшей степени постоянно присутствует в растворенном состоянии вода. Ее концентрация зависит от температуры окружающей среды. Растворимость воды в топливе 10~5 кг/кг. Особенно неприятно наличие эмульсионной воды при низких температурах. В этом случае кристаллами льда забивается система очистки и нарушается работа двигателя. Отрицательно действует вода на топливную аппаратуру, особенно на насос высокого давления и форсунки. Она способствует появлению коррозии поверхностей прецизионных пар и закоксовыванию распылителей форсунок.

( в предлагаемой технологии образование кристалликов льда невозможно, и , кроме того смесь может иметь специальную секцию подогрева, что исключает возникновение кристалликов льда , снижает или полностью исключает возникновение коррозии и образование кокса в распылителях форсунок )

Необходимый распыл, смесеобразование и испарение топлива в значительной степени предопределяют протекание рабочего процесса в целом, его эффективность и экономичность.

Порция топлива, отмеренная насосом высокого давления, впрыскивается в камеру сгорания в плотный, сильно завихренный нагретый воздух. На некотором расстоянии от сопловых отверстий форсунки струя распадается на капли, образуя факел распыленного топлива. Общее число капель достигает нескольких миллионов, а размер их колеблется от 50 до 150 мкм. Распределение капель по числу и размерам весьма неравномерное. Качество распыления топлива характеризуется числом и размером капель, длиной, шириной и углом конуса распыла.

Капли топлива, введенные в горячий воздух, воспламеняются не мгновенно. При воспламенении процесс испарения проходит более интенсивно за счет высокой температуры в процессе сгорания. Одновременно с ускорением испарения в этот момент происходит некоторое замедление, так как появляются продукты сгорания, затрудняющие подвод кислорода воздуха к испаряющемуся топливу. Это обстоятельство обусловливает необходимость вести рабочий процесс в дизеле с некоторым избытком воздуха.

( предлагаемая технология позволяет обеспечить необходимый избыток воздуха и высокую равномерность распределения воздуха в объёме топливной смеси )

Большая неоднородность топливовоздушной смеси в камерах сгорания является причиной некоторых преимуществ и недостатков дизельных двигателей. Важным преимуществом является то, что в дизельных двигателях можно значительно обеднять рабочую смесь. Это позволяет изменять мощность только за счет подачи топлива. С другой стороны, неоднородность смеси — существенный недостаток дизельных двигателей, так как невозможно добиться бездымного и полного сгорания.

( предлагаемая технология позволяет получить высокую однородность смеси, которую можно выразить размером пузырей сжатого воздуха, получаемых при активировании ,- 20 микрометров)

На процесс смесеобразования влияет вязкость топлива, увеличение которой ведет к ухудшению распыливания и испарения топлива. При большой вязкости крупные капли увеличивают длину факела и попадают на стенки, что значительно ухудшает процесс смесеобразования, а при малой вязкости факел топлива укорачивается и камера сгорания полностью не используется.

( предлагаемая технология позволяет получить размеры частиц в 3 – 5 микрон, что увеличивает полноту сгорания ; вязкость смеси снижается пропорционально процентному содержанию примесей и смесь образуется с использованием энергетических преимуществ эффекта Bernoulli, что улучшает процесс )

Фракционный состав дизельных топлив оценивается температурой конца кипения: летнее — 360 °С, зимнее — 340 °С, арктическое — 330 °С.

Сложные процессы горения и смесеобразования топлива в быстроходных двигателях происходят в очень короткий промежуток времени, примерно в 10 раз быстрее, чем в карбюраторных двигателях, при одинаковой частоте вращения.

Интенсивность горения зависит от многих факторов: давления и температуры сжатого воздуха, концентрации паров топлива в воздухе, химического состава, качества распыливания и испаряемости топлива.

При задержке воспламенения топлива процесс последующего горения происходит очень интенсивно. Слышатся характерные стуки двигателя (аналогично детонации, но причины возникновения разные).

При прочих равных условиях уменьшение периода задержки воспламенения обусловливает более плавное изменение давления, т.е. более мягкую работу двигателя. Однако чрезмерное сокращение этого периода ведет к уменьшению полноты сгорания. Процесс начинается сразу после подачи топлива, большая часть которого подается в продукты сгорания. Капли топлива при этом быстро испаряются, не достигнув тех зон камеры, в которых кислород еще не использован. Процесс смесеобразования резко ухудшается, падает мощность и экономичность двигателя.

Для обеспечения нормального процесса горения необходимо применять топливо, имеющее оптимальный период задержки воспламенения. Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом. Численно цетановое число дизельного топлива равно процентному содержанию (по объему) цетана в смеси с альфа-метилнафталином, которая по характеру сгорания (самовоспламенения) равноценна испытываемому топливу. Цетановое число определяют тремя методами: по критической степени сжатия, запаздыванию самовоспламенения и по совпадению вспышек.

Дизельные топлива должны иметь цетановое число в пределах 45-50 зимой и 40-45 летом. Цетановое число определяет пусковые свойства дизельных топлив, незначительно различающихся по фракционному составу.

При эксплуатации дизельных двигателей большое значение имеет установление оптимального угла опережения впрыска топлива. При большом угле опережения топливо подается в недостаточно нагретый воздух, что увеличивает период задержки воспламенения и жесткость работы. Топливо при этом может сгорать до верхней мертвой точки, что ведет к потере мощности, так как создается противодавление. При запаздывании впрыска значительная часть топлива сгорает на линии расширения, что вызывает падение мощности, неполное сгорание топлива, снижение КПД двигателя.

Нагарообразование в скоростных дизельных двигателях ведет к перегреву двигателя, закоксовыванию форсунок, ухудшению распыливания топлива. Повышенному накоплению нагара способствует неполнота сгорания топлива, наличие в топливе высокомолекулярных сложных веществ и механических примесей. На накопление смолистых веществ существенно влияет стабильность топлива. Показатели качества дизельного топлива, влияющие на нагарообразование и нормируемые стандартами , следующие: коксовое число, содержание смол, золы, механических примесей и соединений серы. Сера, содержащаяся в топливе, влияет не только на массу образующегося нагара, но и на его свойства. Сернистые соединения, накапливаясь в нагаре, повышают его плотность.

Коррозионные свойства дизельных топлив обусловливаются содержанием сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочи, а также воды. Наличие в топливе сернистых соединений проверяют полированной пластинкой из электролитической меди размером 10×25 мм. Эту пластинку опускают в фарфоровую чашечку с топливом, которую помещают в сушильный шкаф с температурой 50 °С и выдерживают там 2-3 ч. Появление на пластинке темно-коричневых, серых или черных налетов указывает на наличие в топливе активных сернистых соединений.

Коррозию деталей вызывают в основном сернистые соединения. Особенно сильно жидкостная коррозия проявляется в холодное время года при пусковых режимах. Повышение содержания серы в топливе с 0,2 до 0,5% увеличивает износ цилиндропоршневой группы на 25-30%, до 1% — в 2 раза. Для снижения сернистой коррозии в топливо добавляют присадки. Наиболее распространенная — нафтенат цинка, который добавляют в топливо (0,25-0,30% массы топлива).

( предлагаемая технология полностью исключает наличие сернистых соединений в смеси и при необходимости позволяет повысить температуру смеси, что на 80 – 85% снижает коррозию деталей дизельного двигателя )

Теплотворная способность дизельного топлива составляет 42 705 кДж/кг.

Аспекты явлений коррозии и коррозионных процессов в элементах конструкции дизельных двигателей , использующих топливную смесь, в которой дизельное топливо смешано с сжатым воздухом

При смешивании дизельного топлива с сжатым воздухом , без воды , коррозионные процессы исключаются аналогично предыдущему случаю;

( предлагаемая технология имеет две основных версии; первая версия , - интенсивное смешивание дизельного топлива с водой и последующее равномерное однородное смешивание смеси дизельного топлива с водой с сжатым воздухом; после смешивания с сжатым воздухом , в смеси имеется равномерно распределённые по её объёму воздушные пузыри , диаметром в 20 микрометров , с внутренним давлением в 20 бар;каждый из пузырей имеет оболочку толщиной в 20 микрометров, состоящую из эмульсии в составе которой имеется 92% дизельного топлива и 8% воды; после впрыска в камеру сгорания смесь распыляется на частицы размером в 3- 5 микрометров, и дизельное топливо и окислитель представляют собой среду в которой органический горючий элемент равномерно распределён между окислителем, что способствует воспламенению при более низких температурах и создаёт эквивалент цетанового числа 45 – 50;

Вторая версия технологии представляет собой смешивание только дизельного топлива с сжатым воздухом и , при сохранении условий первой версии технологии , воспламенение топливной смеси и эквивалент цетанового числа , сохраняют качества аналогичные первой версии; )