В статье рассматриваются особенности процесса магнитной активации топлива. Представлены результаты разработки и исследования магнитного активатора на основе неодимового магнита.
Ключевые слова: магнитный активатор, технико-экономические показатели, экономия топлива, углеводородные связи
Современные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) — гораздо мощные и экономичные по сравнению с теми, которые выпускались ещё 40–50 лет назад. Тем не менее, производители непрерывно работают над совершенствованием ДВС, делая основной упор на их топливную экономичность.
К ДВС предъявляются следующие требования:
– высокая агрегатная и удельная мощности, обеспечивающие требуемые технико-экономические и динамические показатели транспортного средства;
– низкий удельный расход топлива;
– низкий расход смазочных, охлаждающих и других рабочих материалов;
– хорошие экологические показатели (низкий уровень химического, теплового загрязнения окружающей среды);
– высокая эксплуатационная надежность в любых климатических условиях и условия эксплуатации (высокие долговечность, наработка на отказ, ремонтопригодность, сохраняемость);
– хорошие показатели маневренности (легкий пуск при низких и повышенных температурах, минимальное время подготовки к приему нагрузки);
– низкая стоимость изготовления;
– малые затраты на обслуживание и ремонт;
– технологичность конструкции;
– низкая металлоемкость;
– высокий уровень стандартизации и унификации;
Среди приведенных показателей качества ДВС основными на настоящем этапе являются технико-экономические показатели, экологические показатели, а так же надежность, стоимость изготовления и эксплуатации, удельная мощность при сохранении на приемлемом уровне других показателей качества.
В настоящее время существует множество вариантов повышения технико– экономических показателей. Одним из таких способов является подготовка топливной смеси перед подачей в ДВС. Подготовка топлива осуществляется за счет обработки топлива магнитным полем неодимового магнита. Магнитная обработка топлива осуществляется за счет установки магнитного активатора после топливного насоса на топливопровод или в его разрыв. Магнитный активатор (МА) представляет собой электромагнит, либо неодимовый магнит. Магнитные активаторы топлива, улучшают качество любого топлива, увеличивая полноту его горения. Основные различия конструкций МА состоят в расположении магнитов относительно корпуса магнитного активатора. Они могут быть расположены как внутри, так и снаружи корпуса активатора. Магнитные активаторы достаточно просты по конструкции и не требуют дополнительного обслуживания и никаких дополнительных расходных материалов в течение периода эксплуатации. Простота конструкции магнитного активатора с внешним размещением магнитов позволяет устанавливать его на топливопровод без его разборки, укрепив хомутами. Дальнейший уход за ним не требуется [1].
Принцип работы магнитного активатора заключается в том, что своим мощным магнитным полем МА разрывает углеводородные связи топлива, модифицируя воздушно-топливную смесь в однородную массу, повышает её теплотворность и до 5–10 % экономит исходное топливо для любого ДВС, поскольку обеспечивает полное сгорание уже иного, более энергетического топлива, полученного на выходе магнитного активатора [2]. Под действием сильных магнитных полей молекулы топлива изменяют свою конфигурацию, вследствие этого сила связи между молекулами значительно уменьшается, т. е. повышается внутренняя энергия топлива. В то же время сложные молекулы топлива частично дробятся и ионизируются, двигаясь в направлении противоположном направлению внешнего магнитного поля [4]. Сгорание топлива в ДВС становится более эффективным, а количество выхлопных газов уменьшается. На рис.1 схематично показан принцип работы магнитного активатора.
Рис. 1. Принцип работы магнитного активатора
Магнитные активаторы топлива обеспечивают для ДВС следующие положительные эффекты на чистом топливе:
– снижение расхода любого топлива до 5 -10 %;
– увеличение срока службы двигателей;
– не требует специального инструмента и навыков;
– уменьшение выброса вредных газов в атмосферу;
– могут использоваться на любых ДВС;
На белее низких сортах топлива эффект от магнитной обработки становится мало заметным. Таким образом, совершенствование магнитной обработки топлива в системе топливоподачи ДВС является актуальным и практически значимым.
Для решения поставленных задач была разработана и выполнена экспериментальная установка, представляющая собой физическую модель магнитного активатора топлива. Она предназначена для изучения влияния магнитного поля на молекулы топлива.
На рис. 2 показана экспериментальная установка, которая представляет собой топливный насос ГАЗ-53 с латунной проставкой (рис. 3), установленной в топливном насосе выше диафрагмы. В проставку устанавливается неодимовый магнит, который является активатором топлива.
Рис. 2. Схема принципиальной установки (бензонасоса)
Устройство включает основные элементы: 1 — электромагнитная катушка; 2 — якорь; 3 — привод якоря; 4 — пружина; 5 — диафрагма; 6 — топливная камера; 7 — впускной клапан; 8 — выпускной клапан; 9 — латунная проставка с неодимовым магнитом.
Рис. 3. Проставка под неодимовый магнит
Устройство работает следующим образом. К двигателю марки «40210А» подключался бензонасос со встроенным в него неодимовым магнитом. Топливо проходя через магнитное поле изменяет свою конфигурацию, вследствие этого сила связи между молекулами топлива и их поверхностное натяжение в кластерах топлива уменьшается, т. е. повышает тем самым внутреннюю энергию топлива и равномерно распределяет их в потоке таким образом, чтобы горение топлива в ДВС происходило эффективнее. Схема установки магнитного активатора на ДВС приведена на рис.4.
Рис. 4. Схема установки магнитного активатора на ДВС
Результаты эксперимента были получены следующим образом. К двигателю марки «40210А» номинальной мощностью 66,2 кВт подключался бензонасос со встроенным в него неодимовым магнитом, и учитывался расход топлива за определенный промежуток времени при определенных оборотах двигателя в минуту (1500 об/мин). Затем магнит с бензонасоса извлекался и проводились те же испытания. В результате были получены данные по расходу топлива с использованием магнита в бензонасосе и без него (таблица 1,2).
Таблица 1
Данные по расходу топлива при нагрузке двигателя 3 кВт*ч.
|
Нагрузка двигателя— 3 кВт*ч |
||||
|
Время, мин |
С магнитным активатором |
Без магнитного активатора |
||
|
Расход топлива, г |
Расход топлива за 30 минут, г |
Расход топлива, г |
Расход топлива за 30 минут, г |
|
|
1 |
10,66 |
10,66 |
10,66 |
10,66 |
|
2 |
10,33 |
20,99 |
10,33 |
20,99 |
|
3 |
11 |
31,99 |
10,66 |
31,65 |
|
4 |
10,66 |
42,65 |
10,66 |
42,31 |
|
5 |
10,33 |
52,98 |
11 |
53,31 |
|
6 |
10,66 |
63,64 |
10,66 |
63,97 |
|
7 |
11 |
74,64 |
10,66 |
74,63 |
|
8 |
10,33 |
84,97 |
11 |
85,63 |
|
9 |
10,33 |
95,3 |
10,66 |
96,29 |
|
10 |
10,66 |
105,96 |
10,66 |
106,95 |
|
11 |
10,66 |
116,62 |
10,66 |
117,61 |
|
12 |
10,33 |
126,95 |
11 |
128,61 |
|
13 |
10,66 |
137,61 |
10,66 |
139,27 |
|
14 |
10,33 |
147,94 |
10,66 |
149,93 |
|
15 |
11 |
158,94 |
10,33 |
160,26 |
|
16 |
10,66 |
169,6 |
10,66 |
170,92 |
|
17 |
10,33 |
179,93 |
10,66 |
181,58 |
|
18 |
10,66 |
190,59 |
10,33 |
191,91 |
|
19 |
10,66 |
201,25 |
10,33 |
202,24 |
|
20 |
10,33 |
211,58 |
10,66 |
212,9 |
|
21 |
10,66 |
222,24 |
11 |
223,9 |
|
22 |
10,66 |
232,9 |
10,66 |
234,56 |
|
23 |
10,33 |
243,23 |
10,66 |
245,22 |
|
24 |
11 |
254,23 |
10,33 |
255,55 |
|
25 |
10,66 |
264,89 |
10,33 |
265,88 |
|
26 |
10,66 |
275,55 |
10,66 |
276,54 |
|
27 |
10,66 |
286,21 |
11 |
287,54 |
|
28 |
10,33 |
296,54 |
10,66 |
298,2 |
|
29 |
10,66 |
307,2 |
10,66 |
308,86 |
|
30 |
10,66 |
317,86 |
10,33 |
319,19 |
Таблица 2
Данные по расходу топлива при нагрузке двигателя 6 кВт*ч.
|
Нагрузка двигателя— 6 кВт*ч |
||||
|
Время, мин |
С магнитным активатором |
Без магнитного активатора |
||
|
Расход топлива, г |
Расход топлива за 30 минут, г |
Расход топлива, г |
Расход топлива за 30 минут, г |
|
|
1 |
11 |
11 |
11 |
11 |
|
2 |
10,83 |
21,83 |
11 |
22 |
|
3 |
11 |
32,83 |
10,83 |
32,83 |
|
4 |
10,83 |
43,66 |
10,83 |
43,66 |
|
5 |
10,83 |
54,49 |
11,16 |
54,82 |
|
6 |
11,16 |
65,65 |
10,83 |
65,65 |
|
7 |
10,66 |
76,31 |
11,16 |
76,81 |
|
8 |
11 |
87,31 |
11 |
87,81 |
|
9 |
11 |
98,31 |
11 |
98,81 |
|
10 |
10,83 |
109,14 |
10,83 |
109,64 |
|
11 |
10,83 |
119,97 |
11,16 |
120,8 |
|
12 |
10,66 |
130,63 |
11 |
131,8 |
|
13 |
10,83 |
141,46 |
10,66 |
142,46 |
|
14 |
10,66 |
152,12 |
11 |
153,46 |
|
15 |
11 |
163,12 |
10,66 |
164,12 |
|
16 |
10,83 |
173,95 |
10,83 |
174,95 |
|
17 |
11 |
184,95 |
10,83 |
185,78 |
|
18 |
10,83 |
195,78 |
11 |
196,78 |
|
19 |
10,66 |
206,44 |
10,83 |
207,61 |
|
20 |
11 |
217,44 |
11 |
218,61 |
|
21 |
11,16 |
228,6 |
11 |
229,61 |
|
22 |
10,83 |
239,43 |
10,83 |
240,44 |
|
23 |
10,83 |
250,26 |
11 |
251,44 |
|
24 |
11 |
261,26 |
10,83 |
262,27 |
|
25 |
10,66 |
271,92 |
11,16 |
273,43 |
|
26 |
11 |
282,92 |
10,66 |
284,09 |
|
27 |
10,83 |
293,75 |
10,83 |
294,92 |
|
28 |
10,66 |
304,41 |
11 |
305,92 |
|
29 |
10,83 |
315,24 |
10,83 |
316,75 |
|
30 |
11 |
326,24 |
10,83 |
327,58 |
По данным таблиц 1 и 2 можно сделать вывод, что экономия топлива за 30 минут работы двигателя и при нагрузке 3 кВт*ч составляет 1,33 грамма (0,417 %), а при нагрузке 6 кВт*ч составляет 1,34 грамм (0,356 %).
Таким образом в результате проведения экспериментального исследования магнитной обработки топлива путем установки магнита в корпус топливного насоса существенных результатов не дало (эффект на уровне 0,5 %). Дальнейшее повышение топливной экономичности ДВС в данной конструкции возможно с использованием кавитатора топлива в камере насоса перед магнитом.
Литература:
1. Пирсол И., Кавитация. — М.: Изд-во «Мир», 1975. — 95 с.
2. Левцев А. П., Импульсные системы тепло- и водоснабжения: монография / А. П. Левцев, А. Н. Макеев; под общ. ред. д-ра техн.наук проф. А. П. Левцева. — Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2015. — 172 с.
3. Потапков Д. В., Любинский С. В., Патент № 2435649, B05B1/00. Топливный кавитатор; Заявл. 08.07.2010; Опубл. 10.12.2011; Бюл. № 34.
4. Страйер Л. Биохимия. — М.: Изд-во «Мир», 1984. –232 с.
5. Карбушев А. А., Антонян Е. В., Карбушева Г. Н., Карбушев В. Ф., Милокостенко Т. П. Патент № 2324838, F02M27/04. Магнитный активатор топлива; Заявл. 05.04.2006; Опубл. 20.05.2008; Бюл № 14.
