PL105710B1 - Sposob i urzadzenie do spalania paliw plynnych w silniku spalinowym - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 31.01.1980 105710 Int. C1.2 F02B 47/02 F02M 25/02 F02M 27/02 Twórca wynalazku: Maria Temmerman-Volcher Uprawniony z patentu: Etablissement MANASSA, Vaduz (Liechtenstein) Sposób i urzadzenie do spalania paliw plynnych w silniku spalinowym Pn;edmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do spalania paliw plynnych w silniku spalinowym, zapobiegajace zanieczyszczeniu atmosfery szkodli¬ wymi gazami, takimi jak: tlenki azotu, tlenek wegla, niespalone weglowodory lub gazy napedowe 5 i bezwodnik siarkawy.

Znanych jest kilka sposobów i urzadzen prze¬ znaczonych do oczyszczania spalin silników spali¬ nowych. Znany z niemieckich opisów patento¬ wych RFN 1451:882 i 2 311374 sposób i urzadze- 10 •nie polega na wprowadzeniu pary wodnej do sil¬ nika spalinowego w celu obnizenia zawartosci pro¬ centowej tlenku wegla. Jednak te znane srodki nie zadawalaja calkowicie, poniewaz nie usuwaja calkowicie tlenku azotu, tlenku wegla i innych 15 szkodliwych gazów obecnych w spalinach. Wpro¬ wadzenie pary wodnej do komór spalania silnika spalinowego ogranicza jedynie zawartosc tlenku wegla w spalinach, lecz nie wywiera zadnego wply¬ wu na ilosc tlenków azotu, bezwodnika siarkawe- 20 go i niespalonych weglowodorów.

Celem wynalazku jest zapobiegniecie wadom zna¬ nych rozwiazan przez opracowanie nowego sposo¬ bu i prostego urzadzenia, taniego i niezawodnego.

Sposób spalania paliw plynnych w silniku spali- 25 nowym, zapobiegajacy zanieczyszczaniu atmosfery spalinami polega na wprowadzeniu pary wodnej dc kolektora doprowadzajacego powietrze do sil¬ nika i zasilaniu komory lub komór spalania silni¬ ka mieszanka zlozona z powietrza, pary wodnej i n paliwa. Zgodnie z wynalazkiem przeprowadza sie pare wodna nad elementem zawierajacym cer lub german tuz przed lub za wprowadzeniem pary wodnej do kolektora wlotowego powietrza, w celu unikniecia wytwarzania przez silnik szkodliwych gazów, takich jak tlenek wegla, tlenki azotu oraz niespalone weglowodory.

W sposób nieoczekiwany stwierdzono calkowity brak azotu i tlenku wegla w spalinach wydalonych do atmosfery, jezeli para wodna wprowadzana do kolektora wlotowego powietrza przeplywa nad ele¬ mentem zawierajacym cer lub german, usytuowa¬ nym przed wlotem do cylindrów silnika, gdzie na¬ stepuje spalanie a zatem i wytwarzanie szkodli¬ wych gazów.

Korzystny skutek wynalazku polega na tym, ze spalanie mieszanki paliwo-powietrznej jest skutecz¬ niejsze, przy czym stwierdzono ma'le ale rzeczy¬ wiscie zmniejszone zuzycie paliwa, unikajac rów¬ noczesnie osadzenia sie nagaru, przy czym moc oddawana przez silnik jest nieco wieksza.

Wedlug jednej z cech wynalazku, element za¬ wierajacy cer lub german zawiera 0,5 do 100°/« ceru, korzystnie 36 do 40*/o. ceru luJb 45 do 80*/t germanu.

Wynalazek obejmuje równiez urzadzenie do spa¬ lania paliw plynnych w siLniku spalinowym, zawie¬ rajace zródlo pary wodnej oraz przewód do wpro¬ wadzania pary wodnej do kolektora doprowadza¬ jacego powietrze do silnika spalinowego zapobie- 105 7103 gajace zanieczyszczaniu atmosfery spalinami, które zgodnie z wynalazkiem zawiera element zawieraja¬ cy cer lub german, umieszczony na drodze prze¬ plywu pary wodnej tuz przed lub za wprowadza¬ niem jej do kolektora wlotowego powietrza.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania, na rysunku na którym fig. 1 przedstawia kolektor wlotowy, silnika spalinowego, zaopatrzony w urzadzenie wedlug wynalazku, w przekroju podluznym, fig. 2 — srodki do wprowa¬ dzania pary wodnej do urzadzenia z fig. 1, w prze¬ kroju, fig. 3 —. wykres ilustrujacy wplyw urza¬ dzenia wedlug wynalazku na moc silnika spalino¬ wego, fig. 4 — wykres ilustrujacy zuzycie paliwa, fig. 5 — wykres ilustrujacy zawartosc procentowa szkodliwych skladników zawartych w spalinach.

Uklad wlotowy silnika spalinowego pojazdu sa¬ mochodowego zawiera przewód 1, na którego -scian¬ ce wewnetrznej jes,t utworzona zwezka 2, i który tworzy wlot kolektora wlotowego 3 silnika spali¬ nowego. Przewód 1 jest przykryty filtrem po¬ wietrza 4, przy czym powietrze zasilajace silnik przeplywa przez ten filtr do zwezki 2 w kierunku , wskazanym strzalka 5.

Gaznik 6, zasilany w znany sposób plynnym pa¬ liwem, na przyklad benzyna, jest umieszczony w poblizu przewodu 1 i dostarcza do tego przewodu w miejscu umieszczenia zwezki 2 plynne paliwo w postaci drobnych kropelek, za posrednictwem dyszy paliwowej nie przedstawionej. Strzalka 7 wTskazuje przeplyw paliwa do zwezki 2 w przewo¬ dzie1. v Uklad ssacy zawiera równiez przepustnice mie¬ szanki 8 umieszczona na wylocie zwezki 2 i umozli¬ wiajaca regulacje przeplywu w kierunku cylin¬ drów, mieszanki powietrza i paliwa zasilajacego silnik.

Wedlug wynalazku, ten uklad ssacy zawiera rów¬ niez srodki 9 umozliwiajace wprowadzenie pary wodnej do zwezki 2 jak wskazano strzalka 10, lub na jego wlocie jak to pokazano linia przerywana 22. Element 11 w postaci siatki z ceru lub ze zwiazku lub stopu zawierajacego cer, jest umiesz¬ czony na wylocie zwezki 2, na przyklad na wlocie kolektora wlotowego 3 w ten sposób, ze mieszan¬ ka powietrza, paliwa i pary wodnej zasysana przez kolektor 3 przeplywa przez te siatke 11.

Srodki 9 umozliwiaja wprowadzenie pary wodnej do zwezki 2 lub do filtra powietrza 4 w zaleznosci od stami obciazenia silnika, na ^przyklad w ten sam sposób w jaki gaznik 6 umozliwia regulacje doprowadzania paliwa do zwezki 2.

Na fig. 2 przedstawiono srodki 9 do doprowa¬ dzania pary wodnej do przewodu 2.

Te srodki 9 zawieraja zbiornik wody 13* ko¬ rzystnie zamkniety i polaczony przewodem 14 za¬ opatrzonym w zawór 15 z wnetrzem wymiennika ciepla 16 stykajacego sie z jednym lub kilkoma §• rurami wydechowymi 17 silnika. Wymiennik ciepla 16 jest zaopatrzony we wlot powietrza 18 i prze¬ wód wylotowy 19 pary wodnej, który jest dopro¬ wadzony do wnetrza kolektora 3 i zakonczony króccem lub dysza 21 skierowana wzdluz kolekto- #s 710 4 ra, w kierunku przeplywu powietrza, oznaczonego strzalka 5.

Dzialanie urzadzenia jest nastepujace. Umieszcze¬ nie zbiornika 13 powyzej wymiennika ciepla 16 za- pewnia w przyblizeniu staly poziom wody w tym wymienniku ciepla i przemieszczenie samoczynne pewnej ilosci wody zamienionej w pare wodna wskutek wymiany ciepla ze spalinami przeplywa¬ jacymi rura ^wydechowa 17. Umieszczenie krócca io lub dyszy 21 wzdluz kolektora ssacego zapewnia, ze wydatek pary wodnej doprowadzonej do kolek¬ tora przez zasysanie powietrza jest funkcja wy¬ datku powietrza zasysanego przez cylindry tak, ze otrzymuje sie sterowanie i samoczynna regulacje pary wodnej zasysanej przez ten kolektor w róz¬ nych stanach obciazenia silnika.

Wydatek pary wodnej moze byc regulowany przez nadanie odpowiednich wymiarów przewodo¬ wi 19 i dyszy 21, lub za pomoca zaworu 20 umiesz- czonego na przewodzie 19 przed wejsciem tego przewodu do kolektora wlotowego.

Powietrze zasysane, paliwo i para wodna wpro¬ wadzane do zwezki 2 sa doprowadzane do kolek¬ tora 3 i przeplywaja przez siatke 11, z ceru lub germanu, lub zwiazku, lub stopu zawierajacego cer lub german. Ta mieszanka jest nastepnie rozdzie¬ lana do róznych cylindrów silnika, w' celu spale¬ nia jej tam w znany sposób, zas wytworzone spa¬ linowe gazy sa nastepnie usuwane do atmosfery przez uklad wydechowy silnika.

Nalezy zauwazyc, ze srodki 9 umozliwiajace wprowadzenie pary wodnej do silnika, moga byc polaczone bezposrednio z filtrem powietrza 4 prze- wodem oznaczonym linia przerywana 22 /fig. y, zastosowanym zamiast przewodu oznaczonego strzalka 10 majacego wylot w zwezce 2.

Zamiast siatki 11 mozna równiez zastosowac skrecony drut z ceru lub zawierajacy cer, który 40 bedzie umieszczony badz w przewodzie 19, badz w przewodzie 22, dajacy sie latwo wymienic po zuzyciu. Stwierdzono, ze cer lub german -uzywa sie w niewielkim stopniu w czasie pracy silnika.

Stwierdzono równiez, ze ten sam wynik 'mozna 45 uzyskac stosujac german zamiast ceru. We wszy¬ stkich przypadkach mozna stosowac badz czysty cer, badz czysty german, badz zwiazek lub stop zawierajacy 0,5 do lOO^/o ceru, korzystnie 36—40°/t ceru, lub zwiazek lub stop zawierajacy 43—80°/t 50 germanu, przy czym pozostala czesc stopu lub zwiazku mozee byc zelazem.

Wyniki otrzymane przez zastosowanie sposobu i urzadzenia wedlug wynalazku sa przedstawione na fig. 4—g vv porównaniu z wynikami otrzymanymi za pomoca znanych rozwiazan. Na rysunku krzy¬ we otrzymane dla silnika wyposazonego w urza¬ dzenie wedlug wynalazku sa przedstawione linia ciagla, zas krzywe otrzymane dda silnika znanego, nic wyposazonego w urzadzenie wedlug wynalaz¬ ku sa oznaczone linia przerywana.

Na fig. 4 przedstawiono wykres zmian mocy w koniach mechanicznych, uzyskanej przez silnik w funkcji obciazenia silnika w obrotach/minute.

Na fig. 5 przedstawiono zmiany zuzycia paliwa105 710 w granicach w funkcji obrotów silnika w obro¬ tach/minute.

Na fig. 6 przedstawiono zawartosc procentowa tlenku wegla zawartego w gazach wylotowych silnika, w funkcji obciazenia silnika *w obrotach/- 5 /minute, przy czym ta zawartosc tlenku wegla w gazach wylotowych jest oznaczona na drodze ana¬ lizy chromatograficznej w fazie gazowej. Stwier¬ dzono, ze w silniku spalinowym nie wyposazonym w urzadzenie wedlug wynalazku zawartosc pro- 1$ centowa tlenku wegla zmienia sie od 4—5,5p/o w funkcji obrotów silnika podczas, gdy zawartosc pro¬ centowa tlenku wegla jest równa 0 dla silnika wyposazonego w urzadzenie wedlug wynalazku. W ten sam sposób stwierdzono, ze zawartosc procen- 15 towa nastepujacych gazów: niespalone weglowodo¬ ry, NO+NOx, S02, która wynosi na ogól od 1 do 3*/o, jest w przyblizeniu równa 0 w przypadku silnika spalinowego wyposazonego w urzadzenie wedlug wynalazku. 20 Cer lub german, przez który przeplywa para wodna powoduje rozklad pary wodnej i otrzymuje sie wodór, przy czym mozna przypuszczac, ze ten wodór zawiera wodór „in statu nascendi" lub ato¬ my. W wyniku tego, przeszkadza sie tworzeniu lub 25 powoduje sie rozklad zwiazków zanieczyszczaja¬ cych takich jak tlenki azotu, tlenek wegla, niespa¬ lone weglowodory i bezwodnik siarkawy, które na ogól znajduja sie w gazach spalinowych usuwa¬ nych doatmosfery. 30 Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku mozna stosowac do silników spalinowych gaznikowych lub z wtryskiem bezposrednim oraz do turbin i tur- boreaktorów. Stwierdzono równiez, ze wprowadze¬ nie pary wodnej w polaczeniu z przejsciem jej 35 wzdluz ceru lub germanu moze równiez byc do¬ konane korzystnie w miejscu tworzenia sie zwiaz¬ ków zanieczyszczajacych lub nieco przed tym miejscem.

Stwierdzono równiez, ze siatka z ceru lub ger- 40 manu moze byc zastapiona przez powloke lub war¬ stwe ceru lub germanu lub zwiazku zawierajace¬ go cer lub german umieszczona na sciankach prze¬ wodu. Stwierdzono, ze w niektórych przypadkach para wodna moze byc zastapiona podobnym sród- H kiem zdolnym do wytwarzania wodoru przez roz¬ klad tego srodka.

Ponadto zauwazono, ze w przypadku silnika spa¬ linowego najlepsze wyniki otrzymuje sie wów¬ czas, gdy bieg jalowy gaznika jest uregulowany 50 tak, aby wytworzyc uboga mieszanke paliwowa natomiast nastawienie glównej dyszy paliwowej jest niezmienione. Chodzi wiec nie o zubozenie mie¬ szanki paliwowej lecz o jej wzbogacenie, wówczas jest najlepsze wytwarzanie mieszanki i spalanie nie 55 tylko w zakresie normalnych obrotów silnika ale równiez w czasie biegu jalowego, mimo wyregulo¬ wania biegu luzem na ubogiej mieszance. Uzy¬ skanie tej korzysci jest niemozliwe bez urzadzenia wedlug wynalazku.

Claims (8)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób spalania paliw plynnych w silniku spa¬ linowym, zapobiegajacy zanieczyszczaniu atmosfery spalinami polegajacymi na wprowadzeniu pary wodnej do kolektora doprowadzajacego powietrze do silnika oraz zasilaniu komory lub komór spa¬ lania silnika mieszanka zlozona z powietrza, pa¬ ry wodnej i paliwa, znamienny tym, ze przepro¬ wadza sie pare wodna nad elementem zawieraja¬ cym cer lub german tuz przed lub za wprowadze¬ niem pary wodnej do kolektora wlotowego po¬ wietrza w celu unikniecia wytwarzania przez sil¬ nik szkodliwych gazów takich jak tlenek wegla, tlenki azotu oraz niespalone weglowodory. i

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przeplyw pary wodnej doprowadzonej do kolektora wlotowego powietrza reguluje sie przeplywem po¬ wietrza zasysanego, wprowadzonego do cylindrów silnika.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze pare wodna wytwarza sie z wody przez wymiane cieplna ze spalinami.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze element zawierajacy cer lub german zawiera 0,5 do 100% ceru korzystnie 36 do 40% ceru lub 45 do 80% germanu.

5. Urzadzenie do spalania paliw plynnych w sil¬ niku spalinowym, zawierajace zródlo pary wodnej oraz przewód do wprowadzania pary wodnej do kolektora doprowadzajacego powietrze do silnika spalinowego, zapobiegajace zanieczyszczeniu atmo¬ sfery spalinami, znamienne tym, ze zawiera element (11) zawierajacy cer lub german, umieszczony na drodze przeplywu pary wodnej tuz przed lub za wprowadzeniem jej do kolektora wlotowego (3).

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tyin, ze element (11) jest utworzony przez siatke umiesz¬ czona poprzecznie w kolektorze wlotowym (3) po¬ wietrza lub przez powloke pokrywajaca wewnetrz¬ na scianke kolektora wlotowego (3) powietrza na czesci jego dlugosci, lub przez spirale ilmieszczona w przewodzie (19) doprowadzajacym pare wodna do kolektora wlotowego (3) powietrza.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, ze przewód (9) doprowadzajacy pare wodna ma wlot do kolektora wlotowego (3) powietrza, za¬ opatrzony w dysze (21) skierowana zgodnie z kie¬ runkiem przeplywu powietrza zasysanego do cy¬ lindrów.

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze element (11) zawiera 0,5 do 10 nie 36 do 40*/t ceru lub 45 do 80V§ germanu.105 710 jnMlZZ, a c20 K 2^01105 710 50} 40 30 20 15 10 l CV \ 1000 2000 3000 4000 300U 250 200 1801 1000 2000 iv. 0 -RIE13. ~5000 6000 * lf/«i n i»ra'^ 3000 4000 5000 6000 * V""* jL0— -K25ZS- 1000 2000 3000 4000 5000 6000 l/mf>