CZ291394A3 - Process and apparatus for operating an internal combustion engine or a furnace - Google Patents

Description

Oblast vynálezu

Vynález se nejprve týká způsobu provozování spalovacího motoru nebo topeniště, přičemž tekuté palivo je před přivedením do spalovacího prostoru ohřáto. Dále se vynález týká zařízení podle úvodní části patentového nároku 11.

Dosavadní stav techniky

Při provozu spalovacích motorů je známé předehřát palivo před přivedením do spalovacího prostoru v předehřívacím zařízení, aby se prostřednictvím expanze palivové nebo spalovací látky v průběhu ohříváni vhodným způsobem ovlivnila zejména spotřeba paliva a také škodlivé emise .

Ze spisu DE-OS 32 32 03 764 je známé zařízení pro přivádění kapalné nebo plynné palivové nebo spalovací látky pro spalovací motory jako napřiklad zážehové nebo vznětové pístové spalovací motory nebo také stacionární spalovací zařízení, přičemž do vedení pro palivovou nebo spalovací látku je integrováno předehřívací zařízení. Předehřívací zařízení je přitom uspořádáno a řízeno tak, že palivo je přivedeno na určitou teplotu, čímž je možno škodlivé emise vhodně ovlivnit jen o nepatrnou hodnou.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu proto je vytvořit způsob a zařízení v úvodu uvedeného druhu, se kterým je možno škodlivé emise při provozu spalovacího motoru nebo také topeniště snížit o podstatnou hodnotu.

Pro řešení tohoto problému se způsob v úvodu uvedeného druhu vyznačuje znaky, které jsou uvedeny ve význakové části nároku 1. Výhodná provedení způsobu podle vynálezu jsou uvedena v nárocích 2 až 10.

Zařízení k provádění způsobu je uvedeno v nároku 11. Výhodná provedení tohoto zařízení jsou zřejmá z nároků 12 až 23.

U způsobu a zařízení podle vynálezu je v předehřívacím zařízení palivo ohřáto a zpracováno ve čtyřech stupních. Podle druhu paliva použitého k provozu spalovacího motoru, resp. topeniště je nejprve palivo v předehřívacím stupni přivedeno na základní teplotu mezi 40 až 60° C, aby pro bezprostředně následující ohřívací, resp. zahřívací stupně byly nepřetržitě k dispozici stále stejné parametry, ať se jedná o zimní nebo letní provoz. V na to se napojujícím, a tedy druhém předehřívacím, resp. zahřívacím stupni, tj. expanzním stupni je palivo zahřátím na teplotu mezi 50 až 150® C (podle paliva) za konstantní hustoty energie expandováno, aby potom v následujícím třetím stupni (reakční stupeň) za dalšího zahřátí na teplotu mezi 80 a 200° C (opět podle paliva) mohlo byt převedeno do nestabilního vnitřního molekulového stavu. V tomto nestabilním vnitřním molekulovém stavu je pak palivo ve čtvrtém a posledním stupni, odpařovacím stupni, při zvýšení tlaku dále ohřáto až na teplotu, při které palivová, resp. pohonná látka není právě ještě odpařena, resp. zplyněna (odpařovací teplota), takže po přivedení do spalovacího prostoru a smíšení se vzduchem, ať je to prostřednictvím karburátoru, vstřikovací trysky nebo pod., vzniká směs paliva se vzduchem, která např. u zdvihového pístového spalovacího motoru v horní úvrati umožňuje okamžité, přibližně bezezbytkové spalování s maximem uvolněné energie a minimem škodlivých emisí. Palivo je možno v jeho stavu přivést přímo do bodu odpařování, resp. parní přeměny jako jemný lehce zapálitelný (kapalný) vstřikovací paprsek, což sebou přináší podstatné výhody zejména také u vznětových spalovacích motorů. Také u zážehových spalovacích motorů je možno zapálení přivedené palivové směsi provést v kratší době.

Prostřednictvím řídicí elektroniky je v jednotlivých předehřívacích a ohřívacích stupních možno regulovat teplotu, která má být dosažena. Zároveň je možno sledovat vstupní a výstupní data, jako průtočné množství a tlak před předehřívačem, aby bylo možno přesně v předehřívacím zařízení s ohledem na dosažení nestabilního vnitřního molekulového stavu krátce před bodem parní přeměny, resp. odpařování řídit specifické provozní parametry paliva.

Prostřednictvím celkově dosažitelné expanze paliva, snadného a rychlého zapálení, stejně jako změny stavu hmoty ve spalovacím prostoru s tím uvolněnou energií a z toho vyplývající vyšší hustotou energie, je možno dosáhnout, co se týká výkonu a přibližně bezezbytkového spalování, již zmíněné výsledky. Zpracování výfukových plynu není zpravidla třeba.

Zařízením je možno vybavit i běžně dostupné spalovací motory, čímž je sledováno snížení spotřeby paliva, a vznik škodlivých látek je možno redukovat na minimum. Pokusy byly prokázány úspory paliva u běžných motorů osobních vozidel v rozmezí mezi 50 až 80%. Zároveň bylo vysledováno zvýšení výkonu o 17 až 23%.

Prostřednictvím jednoduché řídicí elektroniky je možno přivedenou směs paliva a vzduchu také ještě ve spalovacím prostoru pomocí zapalovacího zařízení připravit na zapálení, čímž, jak předpokládají výhodné provedení vynálezu, je směs nejprve přiložením záporného napětí 120 V (od katody zapalovací svíčky ke stěnám válce (elektroda)) polarizována. Potom může být oblast mezi elektrodou a katodou zapalovací svíčky ionizována přiložením záporného napřetí 320 V, takže je možno vytvořit kolem katody a elektrody zapalovací svíčky ionizované pole (mrak). Přiložením záporného jehlovitého impulzu ve velikostním rozmezí 3 000 V až 5 000 V zapálí zapalovací svíčka mrak, který je potom přeměněn na plazmové skupenství, přičemž se získá požadované vysoké teploty až 20 000°C. Takto může být palivo celkově rychle a spolehlivě zapáleno.

provedení samostatné

Aby bylo možno před opětným zavedením paliva, které není momentálně k provozu spalovacího motoru třeba, do předehřívacího zařízení brát zřetel na další ohřívání na odpařovací teplotu přivedeného paliva v palivovém rozdělovači, předpokládá zvláště přednostní způsobou, resp. zařízení podle vynálezu dva palivové okruhy s mezivřazenou vyrovnávací nádrží. Tím jsou účelným způsobem předehřívací zařízení a palivový rozdělovač obsaženy v prvním palivovém okruhu. Druhý palivový okruh, je napojen na palivovou nádrž. Pokud je k provozu spalovacího motoru nepotřebné množství paliva přivedeno do prvního palivového okruhu (zpětný tok), může palivo ve vyrovnávací nádrži, resp. vyrovnávacím stupni smícháno s palivem, které přichází palivové nádrže a není předehřáto, aby se kompenzovaly případné předchozí odplyňovací pochody a opět se dosáhla požadovaná teplota. Případné nadbytečné množství paliva může být přes zpětné vedení v druhém palivovém okruhu přivedeno zpět do palivové nádrže. Přimíchané množství paliva je možno regulovat prostřednictvím řídicí elektroniky v závislosti na provozních parametrech. K tomu může být ve vyrovnávací nádrži upraven elektronicky řízený trojcestný směšovač.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude blíže vysvětlen za pomoci přiložených výkresů konkrétních příkladů provedení, na kterých představuje obr. 1 průtočné a řídicí schéma způsobu a zařízení podle vynálezu a obr. 2 další průtočné schéma vynálezu s přídavným kompenzačním stupněm.

Příklad provedení vynálezu

Na výkrese je zcela obecně označeno _! zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které je u naznačeného konkrétního příkladu provedení rozpracováno do přístroje, který je v podstatě možno přídavně připevnit na stávající spalovací motory nebo topeniště prostřednictvím například pouzdra z nárazuvzdorné plastické hmoty nebo kovu.

Všechny konstrukční součásti by přitom měly být tepelně izolované, takže příjem proudu zůstává celkově malý a na součásti, které nemusí být ohřátý, neproniká žádně teplo. Řídicí elektronika může být vytvořena a upevněna jako hybrid zástrčkové lišty nacházející se ve vnitřku pouzdra. Vnější vstupní hrdla pro palivo jsou provedena podle podnikových norem a mohou být tedy adaptována i na stávající vozidla s benzínovými i dieselovými motory. Pouzdro může být navíc pro upevnění na vozidlo vybaveno držáky, které tlumí kmity.

je označena nádrž pro tekuté palivo, například super nebo dieselové palivo. Z nádrže 2 vede palivové vedení 2 ^k palivovému čerpadlu £, za kterým je uspořádán zpětný ventil 5, průtočné čidlo 6 a tlakové čidlo 2· Průtočné čidlo 6 a tlakové čidlo J_ jsou prostřednictvím vedení j?, 2 spojeny s řídicí elektronikou 10, která může zohledňovat specifické palivové průtočné a tlakové hodnoty. Zásobování napětím je zajištěno prostřednictvím osvětlovacího dynama 11, ^na které je pro hlídání chodu uspořádáno rovněž ještě jedno čidlo 12, které je opět ve spojení s řídicí elektronikou 10. Palubní síťové návěstidlo je ještě spojeno se síťovou úpravou 14, které je upravena na řídicí elektronice 10.

Předehřívací zařízení je celkově označeno 15. Toto předehřívací zařízení 15 je vytvořeno jako tepelný koaxiální ohřívací had a mé přednostně dvanáct závitů v délce 36 cm na závit a sestává z měděné trubky s minimálním vnitřním průměrem .8 mm. Ohřívací had je obalen izolací 16. Celkově je ohřívací had vytvořen čtyřstupňové, čímž jsou vytvořeny čtyři topné prvky/tepelné čidlové prvky 17, 20. Prostřednictvím řídicí elektroniky 10 je možno řídit kterýkoliv z topných prvků, přičemž přiváděné palivo může být v závislosti na porovnání požadovaných a aktuálních hodnot v jednotlivých stupních přesně nastaveno na 1/10*. Na výstupu hada 15 je uspořádáno ještě jedno čidlo 21, které řídicí elektronice hlásí výstupní teplotu. Prostřednictvím tepelného tlakového vedení 22 je palivo přiváděno palivovému rozdělovači 23 množství, např. karburátoru, vstřikovacímu čerpadlu nebo rozdělovači množství, ze kterého dorazí palivo, resp. směs paliva se vzduchem do spalovacího prostoru spalovacího morotu, resp. spalovacího zařízení.

U příkladu konkrétního provedení, který je znázorněn na obr. 2, jsou stejné součásti opatřeny stejnými vztahovými čísly. Zde bylo upuštěno od podrobného znázornění jednotlivých částí předehřívacího zařízení 15.

U tohoto příkladu konkrétního provedení jsou upraveny dva oddělené palivové okruhy II, které je možno vzájemně spojit prostřednictvím vyrovnávací nádrže 24 . První palivový okruh I_ má jak předehřívací zařízení 15, tak i palivový rozdělovač 23. Přídavně je upraveno i pracovní čerpadlo 25. U 2 6 je uspořádáno tlakové měřící místo. K tomu je upraven ještě zásobník 27 množství. Od palivového rozdělovače 23 může být množství paliva, které není přivedeno do spalovacího prostoru, prostřednictvím zpětné části 1.1 prvního palivového okruhu I_ přivedeno do vyrovnávací nádrže 24. Tlakové vedení 3 druhého palivového okruhu II je rovněž připojeno na vyrovnávací nádrž 24 . Před zavedením do vyrovnávací nádrže 24 je na toto tlakové potrubí napojen ještě, také směšovač 28, takže, opět elektronicky řízeno, může být množství paliva ještě i před přivedením do vyrovnávací nádrže 24 vedeno zpět k palivové nádrži 2_ přes obtokové vedení II.2 do zpětného vedení II.3.

Dorazí-li přibližně na motorovou teplotu v palivovém rozdělovači 23 ohřáté, nepotřebné množství paliva do zpětného vedení 1.1 (expandováno) , přičemž je možno nastavit výstupní děje, je ve vyrovnávací nádrži 24 přimícháno nepředehřáté palivo. Neznázorněn je ve vyrovnávací nádrži 2 4 uspořádán elektronicky řízený třícestný směsovač, přes který je přimícháváno tak dlouho a tolik paliva, až se nastaví požadovaný parametr v palivu (teplota). Příp. přebytečné množství paliva je pak možno prostřednictvím zpětného vedení

II.3 opět přivést zpět do palivové nádrže 2.

Claims (22)

1. Způsob k provozování spalovacího motoru topeniště, přičemž tekuté palivo je před přivedením do spalovacího prostoru ohřáto, vyznačující se tím, že palivo před zavedením do spalovacího prostoru ve vnitřním molekulovém nestabilním stavu je přivedeno na přibližně odpařovací teplotu prostřednictím předehřívacích a ohřívacích stuňů:

a) v předehřívacím stupni je palivo ohřáto na základní teplotu mezi 40 až 60° C;

b) v expanzním stupni je palivo expandováno zahříváním na teplotu mezi 50 až 150’ C při konstantní hustotě energie;

c) v následujícím reakčním stupni je palivo zahřátím na teplotu mezi 80 a 200° C převedeno do nestabilního vnitřního molekulového stavu;

d} v tlak mezi odpařovacím stupni je

2,5 až 40 bary zahřáto palivo zvýšením tlaku až na odpařovací teplotu.

na

2. Způsob se tím, předehřívacím

1, vyzná paliva je podle nároku ž e teplota a ohřívacím stupni zjišťována řízena v závislosti na porovnání požadované hodnoty.

č u j í c í v každém odděleně a a aktuální nároků 1 až ž e tlakem je směšováno

2, na se

3. Způsob podle jednoho z vyznačující se tím, odpařovací teplotu přivedené palivo stlačeným vzduchem a směs paliva se vzduchem je zapálena zapalovacím zařízením s negativním zapalovacím impulsem.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že zapálení je připraveno palarizací směsi paliva a vzduchu prostřednictvím přiložení negativního napětí na zapalovací zařízení.

5. Způsob podle nároku 4, se tím, že polarizace negativního napětí 120 v.

6. Způsob podle jednoho z vyznačující se tím oblast ve spalovacím prostoru mezi zapalovací svíčky je přiložením ionizována.

vyzná nastane č u j í c í přiložením nároků 3 až 5, , 2 e prostorová elektrodou a katodou negativního napětí

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že ionizace oblasti mezi elektrodou a katodou

zapalovacího zařízení přibližně 320 V. nastane přiložením negativního napětí 8. Způsob podle j ednoho z nároků 4 až 7, v y - značuj íc í s e t í m, že zapalovací j iskra zapalovacího zařízení je vytvořena prostřednictvím

negativního jehlového impulzního napětí mezi 3 000 a 5 000

V.

9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že předehřádé palivo, které není přivedeno do spalovacího prostoru, je ve vyrovnávacím stupni smícháváno s čerstvým nepředehřátým palivem.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že ve vyrovnávacím stupni je možno palivo prostřednictvím přimíchání neohřátého paliva opět ochladit na předem danou teplotu pod odpařovací teplotu a přebytečné množství paliva je možno odvést z vyrovnávacího stupně.

11. Zařízení k provozování spalovacího motoru nebo topeniště se spalovacím prostorem, který má zapalovací zařízení, sací kanál a výfukový kanál, do kterého je možno prostřednictvím dodávky paliva, která obsahuje palivovou nádrž (2) a přívodní palivové vedení (3), vstřikovat tekuté palivo a/nebo směs paliva se vzduchem, přičemž zásobování palivem má předehřívací zařízení (15) pro přiváděné palivo, zejména k provádění způsobu podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že předehřívací zařízení (15) je vytvořeno čtyřstupňové s topnými prvky (17, 18, 19, 20) a teplotními čidly přiřazenými každému stupni a palivo odtékající z předehřívacího zařízení (15) je možno přes tepelné tlakové potrubí (22) přivést spalovacímu prostoru.

12. Zařízení podle nároku 1 s palivovým rozdělovačem (23) pro přiváděné palivo, vyznačující se tím, že. předehřívací zařízení (15) je předřazeno palivovému rozdělovači (23).

13. Zařízení podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že prostřednictvím řídicí elektroniky (10) je možno topné prvky (17, 18, 19, 20) odděleně regulovat v závislosti na porovnání požadovaných a aktuálních hodnot na každém stupni.

14. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že předehřívací zařízení (15) je vytvořeno jako topná spirála.

15. Zařízení podle nároku 13, vyznačuj ící se tím, že topná spirála je tvořena měděnou trubkou o minimálním vnitřním průměru 8 mm.

16. Zařízení podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, že topná spirála má dvanáct závitů.

s e cm.

17. Zařízení podle nároku 16, tím, že topná spirála vyznačující je na závit dlouná 36

18. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 17, vyznačující se tím, že předehřívacímu zařízení (15) je předřazeno průtočné čidlo (6) a tlakové čidlo (7), které je možno spojit s řídicí elektronikou (10), a nastavitelný zpětný ventil (5).

19. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 18, vyznačující se tím, že za předehřívacím zařízením (15) je uspořádán podtlakový spínač, který je možno spojit s řídicí elektronikou (10).

20. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 19, vyznačující se tím, že předehřívací zařízení (15) a palivový rozdělovač (23) jsou připojeny na první palivový okruh (I) a palivová nádrž (2) na druhý palivový okruh (II), přičemž první a druhý palivový okruh (I, II) je možno spojit přes vyrovnávací nádrž (24).

21. Zařízení podle nároku 19, vyznačuj ící se tím, že vyrovnávací nádrž (24) je uspořádaná ve směru proudění paliva v prvním palivovém okruhu (I) za palivovým rozdělovačem (23).

22. Zařízení nároku 20 nebo 21, vyznačující se tím, že palivo je možno z vyrovnávací nádrže (24) vést zpět do palivové nádrže (2) .

23. Zařízení podle nárok 22, vyznačující se tím, že vyrovnávací nádrž (24) mé elektronicky řiditelný třícestný směšovač.