DK148555B - Fremgangsmaade og apparat til at forhindre dannelsen af hovedsageligt nitrogenoxider og carbonmonoxid i forbraendingskamre - Google Patents

Description

148555

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den i krav l's indledning angivne art og et apparat af den i krav 6 1 s indledning angivne art og er beregnet til at undgå forurening af atmosfæren ved skadelige eller giftige gasser, hovedsageligt nitrogenoxider og carbonmonoxid, men også uforbrændte hydrocar-boner.

Dette problem antager særlig betydning nu til dags, og der er gjort mange forsøg på at reducere eller eliminere sådanne skadelige eller giftige gasser, som findes i røg og udstødningsgasser, der sendes ud i atmosfæren fra fabriksskorstene, udstødningssystemerne ved motorkøretøjernes forbrændingsmotorer og så videre.

Der kendes allerede et stort antal fremgangsmåder og apparater, som er beregnet til at rense udstødningsgassen fra forbrændingsmotorer. Imidlertid er disse organer, der benytter metaller såsom nikkel, kobolt, palladium, zink, platin, jern m.v., der virker som sande katalysatorer, ikke fuldt tilfredsstillende, da de på den ene side hyppigt er meget komplicerede, kostbare og utilstrækkeligt pålidelige og på den anden side ikke gør det muligt fuldstændigt at eliminere nitrogenoxiderne, carbonmonoxid og de andre giftige eller skadelige gasser fuldstændigt fra udstødningsgassen. De anvendte metaller forbruges ikke, og følgeligt forsvinder de heller ikke langsomt, men medfører dampde-komponering i indgangsmanifolden, hvorpå produktet føres til forbrændingsmotoren.

Desuden er de fleste af disse kendte katalysatorer beregnet til at eliminere eller dekomponere de giftige eller skadelige gasser, men ikke beregnet.til at forhindre deres dannelse.

Disse kendte katalysatorer er endvidere vanskelige at benytte til rehsning af gas og røg, som udstødes til atmosfæren gennem fabriksskorstene.

' . 2 148555

Det er den foreliggende opfindelses formål at undgå manglerne ved disse kendte katalysatorer ved hjælp af en fremgangsmåde og et apparat, der er særdeles enkelt, billigt og pålideligt, og som yderligere reducerer dannelsen af giftige gasser til nul eller tæt ved nul.

For at tilgodese dette formål er den i indledningen omtalte fremgangsmåde ifølge den foreliggende opfindelse ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte, hvorved et langsomt forbrug eller en langsom forsvinden af cerium- eller germaniumelementet under forbrændingen fremkaldes, hvilket igen medfører fremstilling af til atmosfæren udstødte gasser, der er i det væsentlige fri for giftige eller skadelige gasser, såsom carbonmonoxid og nitrogenoxider. -Ved "brændstof" forstås her ethvert brændbart hydrocarbon-holdigt stof.

Den eneste måde t-il at forklare, hvorfor cerium eller germanium langsomt forsvinder eller forbruges under maskinens drift er, at cerium eller germanium oxideres af oxygenen i luftstrømmen sammen med dampen og ikke af selve dampen. Dampen synes at rive cerium- eller germaniumoxiderne med således, at dampen virker som et overføringsmedium for cerium- eller germaniumoxiderne og fremmer i nogen grad metallets oxidation. Blandingen af damp, atmosfærisk luft og brændstof fører så -: oxidpartiklerne med stort specifikt areal (areal i for hold til masse), hvilke partikler er meget reaktive, ind i et forbrændingskammer, f.eks. et ildsted af et fyringsanlæg. Herved er cerium eller germanium fysisk til stede i forbrændingsrummet og kan in situ frenkalde den totale forbrænding af brændstof- - _ gasserne ved at 'fremme -oxidationen af hydrocarbonerne og carbonmonoxid ' under driftsbetingelserne. Takket være den effektive tilstedeværelse af cerium eller germanium i forbrændingsrummet i form af cerium- eller germaniumoxider opnår man en bedre oxidation af hydrocarboneme og en lavere arbejdstemperatur, 3 148555 der begge dele har en gavnlig virkning på virkningsgraden ved at undgå tilsøling af tændrørene,og som også giver et mindre slid og en lavere temperatur for smøreolien. En sekundær virkning er, at udstødningsgasserne praktisk taget ikke medfører nogen snavset olie og også generelt er mindre varme, hvorved udstødningsrørenes liv forlænges.

Ved brug af denne fremgangsmåde er det blevet konstateret, at der i virkeligheden overhovedet ikke er nitrogenoxider eller carbonmonoxid til stede i udstødningsgassen eller -røgen, der sendes ud i atmosfæren, når den damp, der indføres f.eks. i indsugningsmanifolden, passerer et stof, som omfatter cerium eller germanium, før den kommer ind i motorens cylindre, hvor forbrændingen og derfor dannelsen af nitrogenoxider, carbonmonoxid og uforbrændte hydrocarboner foregår.

De største forureningsrisici for atmosfæren ved skadelige eller giftige gasser elimineres således på en særdeles enkel måde og ved hjælp af billige midler.

Ved det i den kendetegnende del af krav 2 anførte opnår man den yderligere fordel ved den foreliggende opfindelse, at forbrændingen af en brændstofblanding bliver mere effektiv, at der iagttages en lille, men reel reduktion i brændstofforbruget, at den samtidige dannelse af carbonafsætninger eller sod undgås,og at motorens kraftydelse øges noget.

Ifølge et andet karakteristikum for fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse tvinges dampen til at passere hen over et element, som indeholder fra 0,5 til 100% cerium og fortrinsvis fra 36-40 vægt% cerium eller som indeholder fra 45 til 85 vægt% germanium.

For så vidt angår apparatet tilgodeses formålet ved, at det indledningsvist omtalte apparat ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del 148555 i . ./ : 4 af krav. 6 anførte. Dette apparat er egnet til at rense gasser og røg hidrørende fra forbrænding i forbrændingsmotorer eller fra individuelle ildsteder, der f.eks. er anbragt i fyringsanlæg, såvel industrielle som i beboelseshuse.

Specielt er apparatet ifølge opfindelsen egnet til brug i forbrændingsmotorer, jf. det i den kendetegnende del af krav 7 anførte.

Foretrukne udførelsesformer for fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen fremgår af den efterfølgende beskrivelse . på grundlag åf tegningen, hvor' fig. 1 skematisk i snit viser en forbrændingsmotors indsugningsmanifold forsynet med et apparat ifølge den foreliggende opfindelse; fig. 2 et mere detaljeret billede af organet for indføring af dampen, og som indgår i det i fig. 1 viste apparat; og fig. 3,4 og 5 diagrammer, som viser indflydelsen af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse på en forbrændingsmotors kraftydelse, dens specifikke forbrug og procent-indholdet af giftige eller skadelige forbindelser i udstødningsgassen.

I fig. 1 illustreres anvendelsen af fremgangsmåden og apparatet ifølge den foreliggende opfindelse i forbindelse med luftindsugningssystemet for en forbrændingsmotor, f.eks. i forbindelse med et motorkøretøj.

Indsugningssystemet omfatter på kendt måde en ledning 1, hvis indre vag er forsynet med en venturi-indsats 2, og som danner indløbsmundingen for indsugningsmanifolden 3 for en forbrændingsmotor. Ledningen l's indløb har foroven et luft- 5 148555 filter 4, og motortilgangsluften går derfor gennem dette luftfilter ind i ledningen 2 og strømmer i retning af pilen 5.

En karburator 6 får på kendt måde tilført flydende brændstof, såsom benzin, og er anbragt umiddelbart op af ledningen 1 og leverer til ledningens venturi-indsats 2 flydende brændstof, der i en ikke-vist forstøver forstøves til fine dråber. Pilen 7 angiver det sted, hvor det forstøvede brændstof strømmer ind i ledningen l's venturi-indsats 2.

Indsugningssystemet omfatter også et gasspjæld 8, der er anbragt nedenstrøms for venturi-indsatsen 2, og som gør det muligt at regulere strømmen af blandingen af atmosfærisk tilført luft og forstøvet brændstof hen imod cylindrene.

Ifølge den foreliggende opfindelse omfatter indsugningssystemet et organ 9 for indføring af damp i venturi-indsatsen 2, som angivet ved pilen 10, eller opstrøms for denne, således som angivet ved henvisningstallet 22. Et gitter, en rist eller et andet element 11 af cerium eller af et stof indeholdende cerium eller germanium er anbragt nedstrems for venturi-indsatsen 2, f.eks. ved selve indløbet for indsugningsmanifolden 3, således at blandingen bestående af tilført atmosfærisk luft, forstøvet brændstof og damp, der suges ind i indsugningsmanifolden 3, passerer gennem risten 11.

Der findes en reguleringsanordning for dampstrømme enten ind i venturi-indsatsen 2 eller ind i luftfilteret 4 afhængig af motorens arbejdshastighed, f.eks. på samme måde som karburatoren 6 gør det muligt at regulere brændstofilførselen ind i venturi-indsatsen 2.

I fig. 2 ses en udførelsesform, hvor organet 9 for daitptil-førsel leder dampen ind i ledningen 1.

6 148555

Dette organ omfatter i det væsentlige en tæt lukket vandtank 13, som via et dyk-rør 14 med en hane 15 er tilsluttet en varmeveksler 16's indre rum i kontakt med motorens udstødningsfør 17. Varmeveksleren 16 har et luftindtag 18 og et dampafgangsrør 19, som åbner ind i luftindsugningsmanifolden l's indre rum gennem en dyse eller et indsprøjtningsorgan 21, der forløber på langs gennem manifolden og i den atmosfæriske lufts strømretning 5.

Apparatet fungerer som følger. Anbringelsen af den lukkede tank 13 over varmeveksleren 16 sikrer et i det væsentlige konstant niveau for vandet i varmeveksleren og en automatisk opfyldning til erstatning for den vandmængde, som er omdannet til damp ved varmeveksling i forbindelse med udstødningsgassen, der passerer i røret eller rørene 17. Dysens eller indsprøjtningsorganet 21's placering på langs af luftindsugningsmanifolden sikrer, at strømhastigheden for den damp, der indføres i manifolden som følge af sugning ved hjælp af den atmosfæriske luftstrøm, skal afhænge af strømhastigheden for den luft, der er tilført til cylindrene, hvilket medfører automatisk kontrol og regulering af den dampmængde, der tilføres til manifolden afhængig af motorens forskellige arbejdshastigheder .

Dampstrømmen kan fra først af justeres ved på hensigtsmæssig måde at vælge dimensionerne for røret 19 og indsprøjtningsorganet 21 eller ved hjælp af en ventil 20 monteret på røret 19 ovenstrøms for indsugningsmanifoldens indstrømnings-åbning.

Den tilførte luft, det forstøvede brændstof og dampen, som er indført i venturi-indsatsen 2, suges ind i indsugningsmanifolden 3 og strømmer således gennem gitteret 11 af cerium eller germanium. Denne blanding fordeles derefter på de forskellige motorcylindre for at forbrændes i disse på kendt måde, idet de frembragte forbrændingsgasser derefter udstødes til atmosfæren gennem motorens udstødningssystem. Det bemærkes, at organet 9, som tillader damp at blive indført i motoren, kan forbindes direkte gennem 148555 7 luftfilteret 4 gennem en ledning 22, som vist ved punkteret streg i fig. 1 og benyttet i stedet for ledningen 10, som åbner ind i venturi-indsatsen 2.

I stedet for gitteret 11 kan også benyttes en snoet tråd af cerium eller af et stof indeholdende cerium eller germanium.Tråden, anbringes enten i ledningen. 10 eller i ledningen 22 og vil således nemt kunne udskiftes, når den er slidt op. Man har konstateret, at den benyttede cerium eller germanium langsomt forsvinder under motorens drift.

I hvert tilfælde kan man benytte enten rent cerium eller rent germanium, eller et stof eller en legering indeholdende fra 0,5 til 100% cerium, og fortrinsvis fra 36 til 40% cerium eller et stof eller en legering, som fortrinsvis indeholder fra 45 til 80% germanium, idet resten af legeringen eller stoffet f. eks. udgøres af jern.

De resultater, der er opnået ved hjælp af fremgangsmåden og apparatet ifølge den foreliggende opfindelse er vist i diagramform i fig. 3, 4 og 5. I alle tre figurer er de kurver, som er opnået med en motor forsynet med apparatet ifølge den foreliggende opfindelse, vist med helstreg, medens kurverne opnået med en kendt motor uden apparatet ifølge opfindelsen er vist med punkteret streg.

Fig. 3 viser ydelsen målt i hestekræfter for en motor som en funktion af arbejdshastigheden (målt i omdrejninger pr. minut).

Fig. 4 viser det specifikke forbrug ( i gram) som en funktion af motorens arbejdshastighed (målt i omdrejninger pr. minut).

Claims (1)

1. Fremgangsmåde til at forhindre dannelsen af hovedsageligt nitrogenoxider og carbonmonoxid ved forbrænding af en luft-darnp-brændstofblanding i et forbrændingskammer og indbefattende, at den nævnte blanding før'forbrænding ledes hen over en metalkatalysator, kendetegnet ved, a*t der som