CZ280479B6 - Způsob zlepšení spalování ve spalovacích motorech - Google Patents

Abstract

Způsob zlepšení spalování ve spalovacích motorech pro snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech, při němž je do spalovacího prostoru (13) přiváděna kapalná směs obsahující peroxid, nebo peroxo sloučeninu podle vynálezu spočívá v tom, že se kapalná směs pro lepší dohořívání paliva jak ve výfukovém potrubí (16), tak i v případném katalytickém zařízení, vstřikuje do spalovacího prostoru (13) tak, že při přechodu motoru z výfukového zdvihu do sacího zdvihu její část prochází do výfukového potrubí (16).ŕ

Description

Způsob zlepšeni spalování ve spalovacích motorech

Oblast vynálezu

Vynález se týká způsobu zlepšení spalování ve spalovacích motorech a snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech tak, že se do spalovací komory přivádí kapalná směs, obsahující peroxid nebo peroxo sloučeninu.

Dosavadní stav techniky

Zvýšený počet vozidel zejména v městských aglomeracích zvětšuje množství výfukových plynů a vytváří zdravotní a ekologické problémy. Škodlivinami, které způsobují hlavní problémy, jsou oxidy uhlíku, uhlovodíky a oxidy dusíku. Základní příčinou škodlivých výfukových plynů je nedokonalé hoření. Pro snížení obsahu těchto škodlivin ve výfukových plynech se užívá různých technologií, z nichž nej známější je použití katalyzátorů, které využívají hoření výfukových plynů mimo skutečný spalovací proces v motoru.

Pokud jde o výfukové plyny ze vznětových motorů, existuje k řešení řada problémů. Jedním z nich je tvoření sazí, jiným je tvorba oxidů dusíku v průběhu spalování. Emise oxidů uhlíku a uhlovodíků lze snížit užitím katalyzačních zařízení. Nastávající potíží přitom je, že kromě oxidace CO a HC na CO₂ a vodu oxiduje určité množství dusíku na oxid dusíku Ν0_χ. Důvodem toho je, že vznětový motor nevyhnutelně pracuje s přebytkem vzduchu. Jiným problémem je, že saze po určité době zabraňují funkci katalyzátoru. Tvorba sazí může být snížena částečně nebo úplně nahrazením paliva pro vznětové motory etylakoholem. Problémy s oxidem dusíku však trvají.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu je docílit zlepšeného hoření a tím snížení emisí ze spalovacích motorů snížením obsahu sazí a oxidů dusíku jak u motoru, tak v katalyzačním zařízení, a to i v případě vznětového motoru. Toho bylo docíleno způsobem zlepšení spalování ve spalovacích motorech pro snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech, při němž je do spalovacího prostoru přiváděna kapalná směs, obsahující peroxid, nebo peroxo sloučeninu. Kapalná směs se pro lepší dohořívání paliva jak ve výfukovém potrubí, tak i v případném katalytickém zařízení, vstřikuje do spalovacího prostoru tak, že při přechodu motoru z výfukového zdvihu do sacího zdvihu její část prochází do výfukového potrubí.

Výhodné provedení způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se kapalná směs pro požadované rozprášení přivádí ústím přiváděči trubky, které je umístěno ve spalovacím prostoru motoru nebo v jeho blízkosti, přičemž prostorem mezi přiváděči trubkou a druhou trubkou, ve které je přiváděči trubka upravena, se přivádí médium o tlaku odlišném od tlaku v ústí přiváděči trubky.

Jiné výhodné provedení spočívá v tom, že kapalná směs je rozprašována a směrována tak, že se rozděluje jak do spalovacího prostoru, tak i do blízkosti výfukového ventilu, který je v dů

-1CZ 280479 B6 sledku překrytí fáze sání a výfuku otevřen alespoň po část sacího zdvihu.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že kapalná směs obsahuje alespoň 0,001 % peroxidu nebo peroxo sloučeniny.

Výhodně kapalná směs obsahuje 0,1-35 % peroxidu nebo peroxo sloučenin.

Přednostně kapalná směs obsahuje až 99 % alifatického alkoholu s 1 až 8 atomy uhlíku.

Další přednostní provedení spočívá v tom, že kapalná směs obsahuje 10-95 % alkoholu, přičemž alkohol je tvořen etanolem.

Poslední výhodné provedení spočívá v tom, že běžné palivo je úplné nebo z části nahrazeno kapalnou směsí.

Těmito opatřeními se dosahuje zlepšeného dohořívání jak ve výfukovém potrubí, tak v případném katalyzačním zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Předmět vynálezu bude dále popsán na příkladu konkrétního provedení ve vztahu k připojenému výkresu, na kterém představuje obr. 1 nárysný schematický řez hlavou válce vznětového motoru se sacím ventilem a obr. 2 půdorys částečného řezu zařízením z obr. 1 v rovině II-II.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je znázorněn vznětový motor s hlavou 11 válce, sacím potrubím 12, které vede do spalovacího prostoru 13 motoru, sacím ventilem 14 s ventilovým sedlem 15., výfukovým potrubím 16, výfukovým ventilem 17 a vstřikovací tryskou 18,. U tohoto provedení je palivo vstřikováno do předkomůrky 19, v níž je uspořádána žhavicí svíčka 20 pro usnadnění spouštění studeného motoru. Obměnou tohoto uspořádání je možnost přímého vstřikováni paliva do spalovacího prostoru 13.

V sacím potrubí 12 je uspořádána přiváděči trubka 21 pro přívod kapalné směsi s obsahem peroxidu, nebo směsi peroxo sloučeniny, vody a případně jiných příměsí, které budou popsány dále. Přiváděči trubka 21 je s vůlí vedena uvnitř druhé trubky 22 pro přívod média o tlaku, který se liší od tlaku v ústí 23 přiváděči trubky 21. Ústí 23 je umístěno těsně u sacího ventilu 14.. Může být umístěno také uvnitř spalovacího prostoru 13 motoru. Médium může být plynné a může být tvořeno atmosférickým vzduchem, přičemž v tomto případě je druhá trubka 22 upravena jako spojeni s atmosférou vně motoru. Tímto médiem mohou být i výfukové plyny motoru, přiváděné pod tlakem druhou trubkou 22. Může jím být například také malé množství vzduchu, přiváděného od turbodmychadla nebo od zvláštního vzduchového čerpadla.

Takovým zařízením se docílí atomizace přiváděné kapalné směsi. Konce přiváděči trubky 21 a druhé trubky 22 mohou být uspořádány, jak je popsáno ve švédské patentové přihlášce 8604448-4, která odpovídá PCT/SE87/00477. Ústí 23 přiváděči trubky 21 může

-2CZ 280479 B6 být axiálně přemísťováno vůči ústí druhé trubky 22 tak, že ústí 23 se nalézá buď uvnitř nebo vně ústí druhé trubky 22. Kapalina nebo její kapky jsou pak rozprášeny středovým výtokem z druhé trubky 22.

Obměněné uspořádání je upraveno tak, že přiváděči trubka 21 a druhá trubka 22 mají společný výstupní otvor o průměru menším než má ústí 23 druhé trubky 22. Tento společný výstup může být rozšířen za účelem vedení proudu za úzkým průchodem, kde dochází k účinnému míšení kapaliny a prostředí.

Má-li být přidáno zvláštní palivo, například etanol, může být přiváděno přívodem, umístěným vně přiváděči trubky 21, avšak uvnitř druhé trubky 22. Přivádění a regulace kapalné směsi se děje přiváděcím zařízením (neznázornéno). Je-li kapalina přiváděna takřka bez tlaku, a v některých případech ve velmi malých množstvích, je pro rozprášení kapaliny důležitý proud plynu. Lze uspořádat více než jeden přívod - přiváděči trubku 21 - obklopený druhou trubkou 22 pro každý válec. Alternativně je možno do přiváděné kapalné směsi přimísit palivo, například alkohol.

Složení kapaliny se může měnit, ale mělo by obsahovat 0,001 % - 80 %, přednostně 0,1 % - 35 % peroxidu nebo peroxo sloučenin, výhodně oxidu uhlíku. Kapalina může také obsahovat až 5 % oleje s antikorozní přísadou. Zbývající podíl je tvořen vodou a/nebo alifatickým alkoholem s jedním až osmi atomy uhlíku, například etanolem. Směs obsahuje 10 % - 95 % alkoholu.

Při uspořádání přívodní soustavy pro peroxid nebo peroxo sloučeniny je důležité zabránit dlouhým dopravním cestám a vyhnout se běžným kovům. Jelikož je obtížné navrhovat vysokotlakou soustavu bez použití kovů v přívodní soustavě, je nutno se vyhnout vysokým tlakům, jelikož jimi dochází snadno k rozložení nestálých sloučenin.

Jinou důležitou skutečností je, že kapalina je vstřikována do spalovacího prostoru 13 pod ostrým úhlem, což znamená tak blízko osy válce, jak je jen možné, aby se zabránilo jejímu styku se stěnou válce. Přijde-li kapalina do styku se stěnou válce, vzniká nebezpečí, že ztratí své vlastnosti a také že pronikne do oleje v klikové skříni. Může také smývat olej ze stěn válce, což vede k jejich zvýšenému opotřebení a zvýšené spotřebě oleje.

Výsledkem vstřikování kapaliny, jak je uvedeno výše, spolu s plynulým vstřikováním je, že část kapaliny prochází při překrývání otevření ventilů 14., 17 do výfukového potrubí 16. To je výhodné, protože určité kapaliny zlepšují dohořívání ve výfukovém potrubí 16. Je-li uspořádáno katalytické zařízení, zlepši se rovněž dohořívání i v něm, takže jeho účinnost se rovněž zvýší. Seřizováním časování překrývání sacího ventilu 14 a výfukového ventilu 17 lze zvýšit nebo snížit množství kapaliny, vycházející z válce v časovém rozsahu tohoto překrytí. To lze uspořádat u nových konstrukcí motorů, nebo nahrazením původního značkového hřídele jiným. Rovněž toho lze docílit změnou vzdálenosti ústi 23 od výfukového ventilu 17. Čím větší je tato vzdálenost, tím menší množství kapaliny prochází do výfukového potrubí 16.

-3CZ 280479 B6

V úvodu byly uvedeny problémy, vznikající při užití katalyzačního zařízení u vozidel, vybavených dieselovými motory. Jsou jimi tvoření sazí a vznik oxidů dusíku Ν0_χ. Tyto problémy je možno řešit přívodem peroxidu nebo peroxo sloučenin způsobem, který byl popsán výše. Zkoušky byly provedeny ve Statens technologiska Institut (státním technologickém ústavu) STI v Norsku na motoru Diesel Volvo Penta MD1. Zkoušky byly provedeny bez katalyzátoru a bez kapaliny (zkouška 1) a s katalyzátorem v kombinaci se vstřikováním kapaliny, obsahující některé peroxidy (zkouška 2). Složení kapaliny v této zkoušce bylo 10 % sedmiprocentního peroxidu vodíku a 90 % etanolu. Většina paliva pro vznětové motory byla v tomto případě nahrazena kapalnou směsí.

Bylo dosaženo následujících výsledků:

	CO ppm	co2 %	HC ppm	Ν0χ ppm	Saze Bosch
Zkouška	1	2600	8,5	200	1400	4,2
Zkouška	2	15	10,5	150	400	0,25
Je	třeba	poznamenat	, Že	dieselův	motor pracuje	s velkým pře-

bytkem vzduchu a vysokou spalovací teplotou. I přes to byl výron ΝΟ_χ snížen. Účinnost motoru se nezměnila. Poměr množství kapalné směsi k množství běžného paliva může dosahovat mezí od několika desetin procenta až téměř do sta procent. V posledním případě bude výhodně větší částí alkohol, který se spaluje jako v Ottově motoru, bez tvoření sazí.

Předložený vynález není omezen na dieselový motory. Lze ho použít u všech typů spalovacích motorů, například motorů benzinových .

Claims (9)

1. Způsob zlepšení spalování ve spalovacích motorech pro snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech, při němž je do spalovacího prostoru (13) přiváděna kapalná směs, obsahující peroxid nebo peroxo sloučeninu, vyznačující se tím, že se kapalná směs pro lepší dohořívání paliva jak ve výfukovém potrubí (16), tak i v případném katalytickém zařízení, vstřikuje do spalovacího prostoru (13) tak, že při přechodu motoru z výfukového zdvihu do sacího zdvihu její část prochází do výfukového potrubí (16).

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se kapalná směs pro požadované rozprášení přivádí ústím (23) přiváděči trubky (21), které je umístěno ve spalovacím prostoru (13) motoru nebo v jeho blízkosti, přičemž prostorem mezi přiváděči trubkou (21) a druhou trubkou (22), ve které je přiváděči trubka (21) upravena, se přivádí médium o tlaku odlišném od tlaku v ústí (23) přiváděči trubky (21).

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kapalná směs je rozprašována a směrována tak, že se rozděluje jak do spalovacího prostoru (13), tak i do blízkosti výfukového ventilu (17), který je v důsledku překrytí fáze sání a výfuku otevřen alespoň po část sacího zdvihu.

4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kapalná směs obsahuje alespoň 0,001 % peroxidu nebo peroxo sloučeniny.

5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kapalná směs obsahuje 0,1 - 35 % peroxidu nebo peroxo sloučenin.

6. Způsob podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že kapalná směs obsahuje až 99 % alifatického alkoholu s 1 až 8 atomy uhlíku.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že kapalná směs obsahuje 10 - 95 % alkoholu.

8. Způsob podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že alkohol je tvořen etanolem.

9. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že kapalná směs nahrazuje úplně nebo zčásti běžné palivo.