Boquilla de inyector triboeléctrico dipolar.

Un inyector de combustible (80) para su uso en un motor de combustión interna,

comprendiendo el inyector (80): una boquilla (10, 55, 85) que tiene un conducto (37) al cual se adapta el combustible para pasar a través del conducto (37);

caracterizado por que

el conducto (37) viene definido por dos o más paredes, una primera pared (38) formada por un primer material de la serie triboeléctrica positivamente cargado y una segunda pared (39) formada por un segundo material de la serie triboeléctrica negativamente cargado; y

un orificio en el extremo del conducto (37), siendo el orificio (35) una abertura a la cual se adapta el combustible para abandonar la boquilla (10, 55, 85).

Boquilla de inyector triboeléctrico dipolar

Antecedentes

Se ha desarrollado mucho trabajo con el objetivo de crear partículas de combustible pequeñas que generen una mezcla homogénea que experimente combustión de manera más sencilla en un motor de combustión interna. Una área que está siendo objeto de investigación es la de la Combustión Activada por Radicales (RAC) . En esta configuración, se introducen radicales libres de combustible en el interior de la cámara de combustión para mejorar la combustión. Se ha constatado la demostración exitosa de dicha situación en un motor de dos ciclos. El cilindro de dos ciclos retiene los radicales libres procedentes del ciclo de combustión anterior y tiene lugar la combustión sin bujía de encendido como fuente de ignición. El cilindro, de hecho, se encuentra lleno de muchos miles de "bujías de encendido" que inician la combustión en el interior del mismo.

Otro tipo de motor es el denominado Motor de Ignición por Compresión de Carga (HCCI) . El motor pretende crear una configuración similar a la del diesel, con una mezcla de gasolina similar homogénea. El medio de inicio de la combustión durante el intervalo completo de condiciones de conducción desde carga baja hasta carga elevada sigue siendo un problema con este tipo de motor.

La formación de hollín en un motor diésel principalmente tiene lugar en la primera etapa de introducción de combustible en el aire comprimido caliente del cilindro. Las actividades de desarrollo de motores diesel para eliminar la formación de hollín se han centrado en la producción de partículas de combustible pequeñas aumentando la presión de inyector de combustible hasta un valor de presión extremadamente elevado. En los motores diesel modernos, el sistema de suministro de combustible resultante pueden representar hasta un 35 % del coste total del propio motor. Únicamente se han logrado resultados incrementales y los motores diesel "limpios" modernos requieren un dispositivo de retención de materia particulada y un dispositivo de retención de óxidos de nitrógeno que requieren regeneración. Los requisitos gubernamentales en cuanto a normativa de emisiones continúan siendo cada vez más estrictos.

Sumario

Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un inyector de combustible con una boquilla que tiene campos eléctricos y, opcionalmente, magnéticos formados en su interior para mejorar la condición del combustible y/la mezcla combustible/aire para la combustión.

Breve Descripción de los Dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo de una boquilla dipolar para un inyector de combustible como se describe en la presente memoria. La Figura 2 es una vista frontal de la boquilla dipolar que se muestra en la Figura 1. La Figura 3 es una vista esquemática de un sistema de carburador que incluye una boquilla como se describe en la presente memoria. La Figura 4 es una vista esquemática de un inyector de combustible electrónico que tiene una boquilla como se 45 describe en la presente memoria.

Descripción detallada

En los términos más simples, la presente invención describe un inyector de combustible que trata un fluido, tal como 50 un combustible para combustión interna y/o una mezcla de combustible/aire con campos eléctricos y, opcionalmente, magnéticos. Sometiendo estos combustibles a campos tanto eléctricos como magnéticos, el combustible introducido homogéneo y/o la mezcla de combustible/aire se encuentra disponible para la combustión en el motor de combustión interna. Se genera el campo eléctrico por medio de un dipolo triboeléctrico, y se suministra el campo magnético por medio de imanes permanentes. La partículas de combustible tratadas 55 introducidas resultantes, por consiguiente, experimentan combustión de manera más sencilla que las partículas de combustible no tratadas. Este tratamiento del combustible o mezcla de aire/combustible tiene lugar en un inyector de combustible, y específicamente en la boquilla de un inyector de combustible en el punto de captación de este combustible y/o mezcla de combustible/aire, o en las proximidades, en el interior de un cilindro de combustión.

Para los fines de la presente divulgación, el término inyector se usa ampliamente para englobar inyectores de combustible, usados por ejemplo en los motores de gasolina de inyección directa o en los motores de gasolina convencionales, y las boquillas de carburador divulgadas en el documento US5772928 usadas para alimentar combustible al interior del carburador. Estos inyectores y boquillas se pueden someter a estudio técnico para su uso por parte de los fabricantes de equipamientos originales o para el uso de partes de pos-venta para los vehículos 65 existentes.

Determinados materiales, especialmente las superficies plásticas dieléctricas, se cargan cuando entran en contacto con los materiales que fluyen tal como el combustible dieléctrico. La carga puede ser bien positiva o bien negativa. El signo de la carga viene ilustrado por la colocación del material sobre la escala triboeléctrica. La Tabla 1 siguiente recoge un listado parcial de materiales en las series triboeléctricas.

TABLA 1

SERIES TRIBOELÉCTRICAS

POSITIVO NEGATIVO

Más positivamente cargado o Menos negativamente cargado

+ MADERA

AIRE ACRÃ?LICO

VIDRIO POLIESTIRENO

CUARZO CAUCHO DURO

MICA NÃ?QUEL, COBRE

PLOMO AZUFRE

SEDA LATÓN, PLATA

ALUMINIO ORO, PLATINO

PAPEL ACETATO

CAUCHO SINTÉTICO

Menos positivamente cargado POLIÉSTER

ESTIRENO (STYROFOAM)

o ORLÓN

POLIURETANO

POLIETILENO

POLIPROPILENO

VINILO (PVC)

SILICIO

TEFLÓN

CAUCHO DE SILICONA

-

Más negativamente cargado

Debería apreciarse que se identifican un número de metales en las series triboeléctricas. Normalmente, estos metales no son eficaces, por ejemplo, como materiales dieléctricos en el listado que incluye vidrio y diversos polímeros (plásticos) . Normalmente, los metales son muy conductores y dispersan rápidamente las cargas triboeléctricas formadas. Por otra parte, los materiales dieléctricos tienden a albergar cargas mejores y, por tanto, crean un campo eléctrico más intenso.

Los materiales cargados de carga opuesta, cuando se ubican en paralelo uno a otro, forman un dipolo que consiste en una intensidad de voltaje de electrones que depende de la diferencia en la intensidad de campo opuesto. La intensidad de voltaje de los dos sería aditiva y puede ser de miles de voltios. Las partículas cargadas que abandonan la boquilla y las cargadas hasta un límite de Rayleigh se deforman para dar lugar a una forma cónica en la denominada zona de Taylor. El fluido se rompe para dar lugar a un número enorme de gotas submicrónicas en la punta de esta zona. El resultado es una mezcla de combustible homogénea.

Haciendo referencia a la tabla triboeléctrica, cualquier material, ya sea de la escala positiva o negativa, crearía el dipolo. La superficie de vidrio que está clasificada en el extremo superior de la escala de carga positiva sería un buen ajuste para Teflón que se encuentra cerca de la carga negativa más intensa de la escala. La intensidad de los campos eléctricos opuestos es aditiva y la intensidad de campo es inversamente proporcional a la distancia desde la superficie cargada. En el caso del dipolo, cuanto más próximas se encuentren las superficies, más elevado será el campo eléctrico. La polaridad opuesta de campo eléctrico crea líneas de fuerza múltiples y el campo más intenso.

La velocidad de flujo de fluido es un factor importante en la carga del fluido de combustible. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor es la carga generada. Cuanto menor es el área de la trayectoria de combustible a lo largo del orificio de salida pequeño correspondiente, mayor es la carga. Normalmente, se hace referencia a estas cargas en términos relativistas, ya que resulta difícil cuantificar las cargas a la vista de las numerosas variables dinámicas.

La única aplicación comercial conocida de la carga triboeléctrica es en el revestimiento de pinturas en forma de polvo como se divulga en el documento US4316582. La pistola de pulverización introduce las partículas de pintura por medio de una descarga de corona de alto voltaje en la salida de la pistola de pulverización o por otro lado, la superficie interna de la pistola de pulverización puede ser una superficie triboeléctrica individual, tal como Teflón, que introduce las partículas de pintura por contacto. Este es un mecanismo de carga de campo individual y no un campo eléctrico de dipolo triboeléctrico que trata un líquido como se ha descrito en la presente memoria.

Un ejemplo... [Seguir leyendo]

1. Un inyector de combustible (80) para su uso en un motor de combustión interna, comprendiendo el inyector (80) :

una boquilla (10, 55, 85) que tiene un conducto (37) al cual se adapta el combustible para pasar a través del conducto (37) ;

caracterizado por que el conducto (37) viene definido por dos o más paredes, una primera pared (38) formada por un primer material de la serie triboeléctrica positivamente cargado y una segunda pared (39) formada por un segundo material de la serie triboeléctrica negativamente cargado; y un orificio en el extremo del conducto (37) , siendo el orificio (35) una abertura a la cual se adapta el combustible para abandonar la boquilla (10, 55, 85) .

2. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 1, en el que las paredes primera y segunda 15 están sustancialmente en lados opuestos del conducto (37) .

3. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 2, en el que las paredes primera y segunda comprenden cada una partes sustancialmente paralelas, y la distancia entre las partes paralelas de las paredes primera (38) y segunda (39) es de aproximadamente 0, 00254 a 0, 15240 cm (de 0, 001 a 0, 06 pulgadas) .

4. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 3, en el que las paredes primera (38) y segunda

(39) comprenden cada una partes sustancialmente paralelas, y la distancia entre las partes paralelas de las paredes primera (38) y segunda (39) es de aproximadamente 0, 00254 a 0, 02540 cm (de 0, 001 a 0, 01 pulgadas) .

5. Un inyector de combustible (80) como se describe en la reivindicación 1, en el que el primer material está seleccionado entre el grupo que consiste en vidrio, cuarzo, nailon, plomo y aluminio.

6. Un inyector de combustible (80) como se describe en la reivindicación 1, en el que el segundo material está seleccionado entre el grupo que consiste en material acrílico, poliestireno, caucho, níquel, cobre, plata, oro, platino, acetato, poliéster, estireno, poliuretano, polietileno, polipropileno, vinilo, silicio, Teflón y silicona.

7. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 1, que comprende un primer imán (58, 90) montado sobre la boquilla (10) próxima al orificio, de manera que el combustible que pasa a través del orificio se encuentra sujeto a un campo magnético procedente del imán (58, 90) .

8. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 7, que comprende además un segundo imán (58, 90) montado sobre la boquilla próxima al orificio y en el lado opuesto del orificio desde el primer imán (58, 90) .

9. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 8, en el que la intensidad del imán (58, 90) de cada uno de los imanes primero y segundo (58, 90) es de aproximadamente 400 gauss a 15.000 gauss.

10. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 9, en el que la intensidad del imán (58, 90) de cada uno de los imanes primero y segundo (58, 90) es de aproximadamente 1.000 a 10.000 gauss.

11. Un inyector de combustible como se describe en la reivindicación 8, en el que los imanes (58, 90) son imanes permanentes seleccionados entre el grupo que consiste en imanes de samario-cobalto y neodimio-hierro-boro.

12. Un inyector de combustible (80) como se describe en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende:

un orificio circular (16) a través de la boquilla (10) , teniendo el orificio (16) un primer revestimiento de material

(20) sobre el mismo, definiendo el orificio revestido (16) un primer diámetro interior (39) , un inserto (25) de corte transversal generalmente circular de un segundo material que tiene un diámetro exterior

(22) aproximadamente igual o ligeramente menor que el diámetro interior (39) del orificio revestido (16) , en el que

además el inserto (25) está ubicado en el orificio (16) , en donde el inserto (25) tiene una hendidura longitudinal (37) en su superficie, en donde además la hendidura (37) y una superficie adyacente (39) del revestimiento (20) sobre el orificio (16) forman las paredes que definen el conducto (37) a través de la boquilla (10) .

13. Un inyector de combustible (80) como se describe en cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 11 que comprende:

un orificio circular (16) a través de la boquilla, teniendo el orificio (16) un segundo revestimiento de material (20) sobre el mismo, definiendo el orificio revestido (16) un primer diámetro interior (39) , 65 un inserto (25) de corte transversal generalmente circular de un primer material que tiene un diámetro exterior (22) aproximadamente igual o ligeramente menor que el diámetro interior (39) del orificio revestido (16) , en el que 7

además el inserto (25) está ubicado en el orificio (16) , en donde el inserto (25) tiene una hendidura longitudinal (37) en su superficie, en donde además la hendidura (37) y una superficie adyacente (39) del revestimiento (20) sobre el orificio (16) forman las paredes que definen el conducto (37) a través de la boquilla (10) .

14. Un inyector de combustible (80) como se describe en las reivindicaciones 12 o 13, en el que la hendidura (37) en el inserto (25) comprende una superficie inferior (38) sustancialmente paralela a la superficie (39) de revestimiento de orificio, y la distancia entre la superficie inferior (38) y la superficie (39) de revestimiento de orificio es de aproximadamente 0, 00254 a 0, 15240 cm (de 0, 001 a 0, 06 pulgadas) .

15. Un inyector de combustible (80) como se describe en la reivindicación 14, en el que la hendidura (37) en el inserto (25) comprende una superficie inferior (38) sustancialmente paralela a la superficie (39) de revestimiento de orificio, y la distancia entre la superficie inferior (38) y la superficie adyacente (39) de revestimiento de orificio es de aproximadamente 0, 00254 a 0, 02540 cm (de 0, 001 a 0, 01 pulgadas) .