PL159888B1 - Sposób polepszania spalania w silnikach spalinowych i urzadzenie do polepszania spalania w silnikach spalinowych PL PL - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób polepszenia spalania w silnikach spalinowych i urządzenie do polepszenia spalania w silnikach spalinowych.

Rosnąca liczba samochodów, zwłaszcza w obszarach zurbanizowanych powoduje wzrost ilości spalin i narastanie problemów zdrowotno środowiskowych z tym związanych. Szkodliwymi sładnikami wywołującymi większość tych problemów są głównie tlenek węgla, węglowodory oraz tlenki azotu. Zanieczyszczenie spalin powodowane jest niedokładnym spalaniem. Stosuje się różne metody redukowania ilości tych składników, przy czym metodą najczęściej stosowaną jest metoda katalityczna, zapewniająca spalanie spalin poza faktycznym procesem spalania.

159 888

W odniesieniu do silników dieslowskich rozwiązanie wymaga szereg problemów. Jednym z nich jest wytwarzanie sadzy, innym zaś wytwarzanie w czasie spalania tlenków azotu. Możliwe jest zredukowanie emisji tlenku węgla i węglowodorów przez zastosowanie układu katalitycznego. Jednakże proces ten komplikuje fakt, że poza utlenieniem CO i HC do CO2 i wody, pewna ilość azotu zostaje utleniona do tlenku azotu (NOx). Jest to spowodowane tym, że silnik dieslowski pracuje wyłącznie w obecności nadwyżki powietrza. Innym problemem jest sadza, która po pewnym czasie zakłóca funkcje katalizatora. Sadza może być zredukowana przez przykładowo częściowe lub całkowite zastąpienie oleju napędowego etanolem. Mimo to pozostaje zagadnienie tlenków azotu.

Celem obecnego wynalazku jest uzyskanie polepszonego spalania, przez co zostanie zmniejszona emisja szkodliwych składników spalin silników spalinowych w taki sposób, aby ilości sadzy i tlenków azotu zostały zmniejszone zarówno w silniku jak i układzie katalitycznym, nawet jeśli silnik jest silnikiem spalinowym.

Cel ten został uzyskany przez wtryskiwanie wymienionej płynnej mieszanki do każdego z cylindrów silnika w taki sposób aby porcja mieszanki przechodziła poprzez zawór wylotowy gdy silnik przechodzi z suwu wydechowego do suwu ssania, powodując dopalanie zarówno w rurze wydechowej jak i układzie katalitycznym.

Korzystnie płynną mieszankę doprowadza się przewodem zasilającym, którego wlot umieszcza się w pobliżu lub wewnętrz komory spalania silnika, zaś przewód zasilający umieszcza się wewnątrz przewodu z czynnikiem o ciśnieniu różnym od ciśnienia przy wlocie przewodu zasilającego, przez co płyn rozpyla się i niesie się dalej. Korzystnie płynną mieszankę rozpyla się i niesie się tak, że doprowadza się do komory spalania jak i w pobliże zaworu wylotowego, który co najmniej przez część fazy ssania jest otwarty dzięki zakładce.

Korzystnie stosuje się płynną mieszankę zawierającą co najmniej 0,001% nadtlenku lub składnika nadtlenowego. Korzystnie stosuje się 0,1-35% nadtlenku lub składnika nadtlenowego. Korzystnie stosuje się płynną mieszankę zawierającą do 99% alkoholu alifatycznego o 1-8 atomach węgla. Korzystnie stosuje się płynną mieszankę zawierającą od 10-95% alkoholu. Korzystnie alkohol ten składa się z etanolu. Korzystnie zastępuje się zwykłe paliwo w całości lub częściowo płynną mieszanką. Korzsytnie zasadnicza część mieszanki płynnej składa się z alkoholu, korzystnie etanolu.

Urządzenie do polepszenia spalania w silnikach spalinowych, według wynalazku, zawiera przewód zasilający, którego wlot umieszczony jest w pobliżu lub wewnątrz komory spalania silnika a sam przewód zasilający umieszczony jest wewnątrz przewodu z czynnikiem o ciśnieniu różnym od ciśnienia przy wlocie przewodu zasilającego.

Korzystnie wlot przewodu zasilającego umieszczony jest w pobliżu zaworu wylotowego.

Wynalazek zostanie opisany bardziej szczegółowo w oparciu o przykład wykonania przedstawiony na rysunkach, na których: fig. 1 przedstawia przekrój pionowy przez głowicę cylindra silnika wysokoprężnego, pokazując zawór wlotowy, fig. 2 przekrój wzdłuż linii II-II na fig. 1.

Rysunki przedstawiają silnik wysokoprężny z głowicą cylindra 11, przewodem ssania 12 (wlotu) do komory spalania 13 silnika oraz zawór wlotowy 14 współdziałający z gniazdem zaworu

15. Poza tym znajduje się rura wydechowa 16 i zawór wydechowy 17 oraz wtryskiwacz paliwa 18. W tym przykładzie wykonania paliwo wtryskiwane jest do komory 19 wstępnego spalania, w której znajduje się świeca żarowa 20 ułatwiająca zapłon zimnego silnika. Rozwiązaniem alternatywnym jest wtryskiwanie paliwa bezpośrednio do komory spalania 13.

Przewód zasilający 21 umieszczony jest wewnątrz przewodu ssania 12, i doprowadza płynną mieszankę zawierającą nadtlenek lub składniki nadtlenowe, wodę i ewentualnie inne dodatkowe czynniki opisane poniżej. Przewód zasilający 21 umieszczony jest luźno wewnątrz drugiego przewodu 22 dla czynnika o ciśnieniu różniącym się od ciśnienia w otworze wlotowym 23 przewodu zasilającego 21. Otwór wlotowy 23 umieszczony jest w pobliżu zaworu wlotowego 14. Może także być umieszczona wewnątrz komory spalania 13 silnika. Czynnik może być gazowy i zawiera powietrze atmosferyczne, w którym to przypadku przewód 22 ma układ dostępny dla atmosfery spoza silnika. Czynnikiem tym mogą także być spaliny z silnika, doprowadzane pod ciśnieniem przewodem 22. Może to także być sprężony gaz, na przykład niewielka ilość powietrza uzyskana z turbosprężarki lub osobnej pompy powietrza. Uzyskuje się w ten sposób rozpylenie doprowadzo4

159 888 nej płynnej mieszanki. Końcowe odcinki przewodów 21 i 22 są ułożone w różny sposób jak opisano w szwedzkim zgłoszeniu patentowym nr 8604448-4 (analog PCT/SE87/00477). Tak więc wlot 23 przewodu zasilającego 21 może być osiowo przemieszczona względem wlotu przewodu 22 tak, by znajdowała się wewnątrz lub poza wlotem przewodu 22. W ten sposób płyn lub krople płynu zostaną rozpylone w strumieniu czynnika z przewodu 22.

Układ zmienny ma taką konstrukcję, że przewody 21 i 22 posiadają wspólny otwór wylotowy o średnicy mniejszej od końcowego odcinka 23 przewodu 22. Ten wspólny wylot może być poszerzony w celu przeprowadzenia strumienia za wąskim przejściem, gdzie dochodzi do skutecznego wymieszania płynu z czynnikiem.

W przypadku, gdy ma być dodane dodatkowe paliwo, np. etanol, może ono być doprowadzone przewodem zasilającym umieszczonym poza przewodem 21, lecz wewnątrz przewodu 22 doprowadzającego czynnik. Doprowadzanie płynnej mieszanki i sterowanie jej składem dokonywane jest przy pomocy urządzenia zasilającego (nie pokazano). Ponieważ mieszanka doprowadzana jest właściwie pod normalnym ciśnieniem i w niektórych przypadkach w bardzo małych ilościach, potrzebny jest strumień gazu do jej rozpylenia. Naturalnie, dla każdego cylindra można doprowadzić wewnątrz przewodu 22 więcej niż jeden przewód zasilający 21. Rozwiązaniem alter natywnym byłoby wmieszanie paliwa (np. alkoholu) do doprowadzanej płynnej mieszanki. Skład mieszanki może się zmieniać, ale winien zawierać 0,001-80%, korzystnie 0.1-35% nadtlenku lub składnika nadtlenowego, korzystnie nadtlenku wodoru. Może także zawierać do 5% oleju, z dodatkiem antykorozyjnym. Pozostała część składa się z wody i/lub alkoholu alifatycznego mającego 1-8 atomów węgla, korzystnie etanolu. Korzystnie alkohol winien stanowić 10-95% mieszanki. Ważne przy układaniu układu zasilania nadtlenkami i składnikami nadtlenowymi jest unikanie dużych odległości przenoszenia oraz metali pospolitych. Ponieważ trudno jest zbudować system wysokiego ciśnienia bez użycia metalu w układzie zasilania powinno się także unikać wysokiego ciśnienia, gdyż może to łatwo spowodować rozpad niestałych składników.

Innym ważnym czynnikiem jest, aby płyn wtryskiwany pod ostrym kątem do komory spalania 13 wtryskiwany był możliwie w środek, aby uniknąć kontaktu ze ścianą cylindra 24. W przypadku zetknięcia się płynu ze ścianą cylindra 24 istnieje ryzyko, że płyn straci swoje właściwości lub przedostanie się do oleju kartera. Może też spłukać ściany cylindra co spowoduje szybsze zużycie cylindra i zwiększone zużycie oleju.

W wyniku wtryskiwania płynu jak opisano powyżej wtryskiem ciągłym jest przedostanie się części płynu poprzez zakładkę do rury wydechowej 16. Jest to korzystne, gdyż niektóre płyny poprawiają dopalanie wewnątrz rury wydechowej 16. Przy zastosowaniu układu katalitycznego dopalanie w tym układzie także się znacznie poprawia, co oznacza polepszenie jego wydajności. Przez dostosowanie głębokości zakładki między zaworami wlotu 14 i wylotu 17 możliwe jest zwiększenie lub zmniejszenie objętości płynu przedostającego się przez zakładkę. Może to być dokonane w nowych konstrukcjach lub przy wymianie wału rozrządczego na nowy. Może to być także osiągnięte przez zmniejszenie odległości od gardzieli 23 do zaworu wylotowego 17. Im większa odległość, tym mniejsza ilość płynu przechodząca do rury wydechowej.

We wstępie wspomnieliśmy o problemach związanych ze stosowaniem układu katalitycznego w silnikach wysokoprężnych. Problemami tymi są powstawanie sadzy i tlenków azotu (NOx). Problemy te mogą być rozwiązane przez doprowadzenie nadtlenku lub składników nadtlenowych, jak opisano powyżej.

W norweskim instytucie „Statens teknologiska Institut przeprowadzono badania silnika wysokoprężnego Volvo Penta MD 1. Badania prowadzone były bez katalizatora i mieszanki (test 1) oraz z katalizatorem w połączeniu z wtryskiem płynu zawierającego szereg nadtlenków (test 2). Skład płynu w tym teście wynosił 10% siedmioprocentowego roztworu nadtlenku oraz 90% etanolu. W przypadku tym większa część oleju napędowego została zastąpiona płynną mieszanką.

Uzyskano następujące wyniki:

	CO części	HC na milion	NOx	co2%	Sadza Bosch
Test 1	2600	200	1400	8,5	4,2
Test 2	15	150	400	10,4	0,25

159 888

Należy zauważyć, że silnik wysokoprężny pracuje przy dużej nadwyżce powietrza i wysokiej temperaturze spalania. Mimo to emisja tlenków azotu została zredukowana. Wydajność silnika pozostała nie zmieniona. Stosunek płynnej mieszanki do zwykłego paliwa może być zmienny w zakresie od dziesiętnych procenta do prawie 100%. W tym ostatnim przypdku przeważałby w niej alkohol, który ulegnie spalaniu jak w silniku Otto, bez tworzenia sadzy.

Wynalazek nie jet ograniczony do silników wysokoprężnych. Stosuje się także do wszystkich typów silników spalinowych, jak np. silniki benzynowe.

FIG 1

FIG 2

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patento we

   1. Sposób polepszania spalania w silnikach spalinowych dla zredukowania zawartości szkodliwych składników spalin, znamienny tym, że płynną mieszankę wtryskuje się w taki sposób aby pewna jej część przechodziła przez zawór wylotowy gdy silnik przechodzi z suwu wydechu do suwu ssania, powodując lepsze dopalanie zarówno w rurze wydechowej jak i ewentualnie w układzie katalitycznym.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płynną mieszankę doprowadza się przewodem zasilającym, którego wlot umieszcza się w pobliżu lub wewnętrz komory spalania silnika, zaś przewód zasilający umieszcza się wewnątrz przewodu z czynnikiem o ciśnieniu różnym od ciśnienia przy wlocie przewodu zasilającego, przez co płyn rozpyla się i niesie się dalej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płynną mieszankę rozpyla się i niesie się tak, że doprowadza się do komory spalania jak i w pobliże zaworu wylotowego, który co najmniej przez część fazy ssania jest otwarty dzięki zakładce.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się płynną mieszankę zawierającą co najmniej 0,001% nadtlenku lub składnika nadtlenowego.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się 0,1-35% nadtlenku lub składnika nadtlenowego.
6. 6. Sposób według zastrz. 4 lub 5, znamienny tym, że stosuje się płynną mieszankę zawierającą do 99% alkoholu alifatycznego o 1-8 atomach węgla.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się płynną mieszankę zawierającą od 10-95% alkoholu.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, alkohol ten składa się z etanolu.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zastępuje się zwykłe paliwo w całości lub częściowo płynną mieszanką.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że zasadnicza część mieszanki płynnej składa się z alkoholu, korzystnie etanolu.
11. 11. Urządzenie do polepszania spalania w silnikach spalinowych dla zredukowania zawartości szkodliwych składników spalin, znamienne tym, że zawiera przewód zasilający (21), którego wlot (23) umieszczony jest w pobliżu lub wewnątrz komory spalania (13) silnika a sam przewód zasilający (21) umieszczony jest wewnątrz przewodu (22) z czynnikiem o ciśnieniu różnym od ciśnienia przy wlocie (23) przewodu zasilającego (21).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że wlot (23) przewodu zasilającego (21) umieszczony jest w pobliżu zaworu wylotowego (17).