FI104113B - Laite harvinaista maametallia, etenkin ceriumia, sisältävän seoksen tai koostumuksen ohjaamiseksi polttomoottorin polttokammioon - Google Patents

Description

10411.3

Laite harvinaista maametallia, etenkin ceriumia, sisältävän seoksen tai koostumuksen ohjaamiseksi polttomoottorin polttokammioon . 5 Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista laitetta harvinaista maametallia sisältävän seoksen tai koostumuksen pienen määrän sijoittamiseksi polttomoottorin polttokammioon.

Tällainen laite on tunnettu julkaisusta EP-A-0 329 828. Tunnetussa laitteessa 10 harvinaista maametallikoostumusta syötetään polttomoottorin imusarjaan ilmanpaineisen ilmavirran avulla ja ilmaa kostutetaan vedellä (kts, kuvio 2, EP-A-0 329 828). Tunnetun laitteen väitetään olevan vähemmän tehokas kun kostutussäiliössä ei ole vettä.

15 Keksinnön tarkoituksena on parantaa tällaisen laitteen tehokkuutta käyttämättä vettä. Tämä ongelma ratkaistaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella laitteella. Keksinnön mukaisella laitteella harvinaisen maametallin seosta tai koostumusta voidaan johtaa keskeytymättä pieninä määrinä pitkän käyttöjakson aikana polttomoottorin polttokammioon ilman huoltoa ja uudelleentäyttötyötä tai 20 vähäisellä määrällä huoltoa ja uudelleentäyttötyötä.

: Edullisesti atmosfääriin johtava aukko on muodostettu putken toisesta päästä, joka on yhteydessä täytteeseen vähintään yhden suuttimen kautta, jolloin putkeen aukon viereen voi olla järjestetty ilmasuodatin ja putkeen on järjestetty 25 kuristusläppä myötävirtaan ilmasuodattimesta.

i Keksinnön mukaisessa laitteessa atmosfäärisen paineen alapuolella olevaa painetta johdetaan tyhjöputken kautta putkeen. Tällöin ilmaa imetään säiliöstä suuttimen kautta, joka kuljettaa täytteen hiukkasten pieniä määriä putken ja 2 104113 tyhjöputken kautta polttokammioon.

Suodatin, joka voi olla järjestetty suuttimen ja täytteen väliselle virtaustielle, toimii virtaussulkuna putkeen imettävien hiukkasten jakamiseksi hienosti ja 5 suurentuneen pinnan - täytteeseen päin olevan suodattimen pinnan - määrittämiseksi hiukkasten imemiseksi putkeen. Tämä eliminoi tarpeettoman kasaantumisen ja tukkeutumisvaaran. Suodatin on muodostettu edullisesti sylinterimäi-seksi suodatinverkoksi, joka on järjestetty poikittain putken suhteen ja joka on yhteydessä toisesta päästään tai "jalkopäästään" putken suuttimeen.

10 Säiliö voidaan mitoittaa täytemäärää varten, joka on riittävä polttomoottorin koko kestoiäksi. Koska tila nykyisissä autoissa on rajoitettu, voidaan asentaa myös säiliö, joka on mitoitettu täytemäärää varten, joka on riittävä rajoitettua käyttöaikaa, esim. sellaista varten, joka vastaa henkilöajoneuvon 80.000 15 ajokilometriä.

Säiliö voidaan järjestää poistettavasti auton moottoritilaan, jotta se voidaan vaihtaa uuteen säiliöön viimeksi mainitussa tapauksessa. Säiliössä voi olla myös täyttöaukko täytteen uudistamista varten.

20

Keksinnön mukainen laite mahdollistaa harvinaisen maametallin oksidin pienen määrän lisäämisen kuivassa tilassa polttomoottorin ilmanottoon välttämällä liuottimen kuljettaminen ja täyttäminen, jolloin liuotinta ei tarvitse täyttää uudelleen lyhyiden aikajaksojen kuluttua ja/tai vältetään ylimääräinen tila, joka 25 tarvitaan liuotinsäiliötä varten autossa.

Täyte on edullisesti kuitumaisessa ja/tai jauheen muodossa. Seuraavat kaksi näkökohtaa ovat tärkeitä valittaessa keksinnössä käytettävää täytettä.

30 1. Materiaalien hiukkaskoko on 0,25 mm (60 mesh) - 0,5 mikronia, jolloin 0,048 mm (300 mesh) edustaa edullisinta kokoa.

3 104113 2. Yleisemmin määriteltynä lienee selvää, että käytettyjen koostumusten tulisi sisältää niin korkea prosenttimäärä ceriumia (Ce02) kuin voidaan saada aikaan helposti ja taloudellisesti. Tällöin on otettava kuitenkin huomioon käytännön vaikeudet, joita esiintyy erotettaessa erilaisia harvinaisten maametallien oksi-5 deja.

Periaatteessa ceriumpitoisuus seoksessa vaihtelee 30:stä - käytännöllisesti katsoen 100:an paino-%. Seuraavassa selitetään lähemmin kolme esimerkkiä edullisista koostumuksista.

10

Johtamalla pieni määrä seosta ilmanottoon vähennetään vahingollisia saasteita, etenkin CO-, C02-, HC- ja NOx-saasteita ja palaminen paranee niin, että saadaan aikaan vaikutus, jota voidaan verrata ohjattuun katalysaattoriin, mutta paljon pienemmin kustannuksin.

15

Keksinnön mukaisen laitteen eräs tärkeä etu on se, että se voidaan sovittaa jo olemassa oleviin autoihin, vaikka niitä käytettäisiin moottoreilla, joissa käytetään lyijytöntä polttoainetta. Laitetta voidaan tietenkin käyttää moottoreissa, joita käytetään jollakin muulia tavanomaisella polttomoottoreiden polttoaineel-20 la.

> Tyhjöputki voi olla moottorin imusarja. On kuitenkin myös mahdollista kytkeä imuputki suoraan polttokammioon. Tässä tapauksessa on järjestettävä sulku-venttiili sen varmistamiseksi, että säiliö on yhteydessä yksinomaan polttokam-25 mion kanssa moottorin imujakson aikana.

„ Keksinnön mukainen laite voi sopia samalla tavalla kipinäsytytteisiin tai puris- tussytytyksisiin moottoreihin kuin myös paikallispolttomoottoreihin.

t 30 Etenkin käytettäessä suurissa polttomoottoreissa, kuten veturin, laivan ja paikallismoottoreissa on edullista kuljettaa harvinaisen maametallin hiukkaset 4 104113 moottorikäyttöisillä kuljetuselimillä imuputken imuaukon läheisyyteen.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten keksinnön suoritusmuotojen oheisiin piirustuksiin, joissa 5 kuvio 1 on kaavio, joka esittää keksinnön mukaisen laitteen ensimmäistä suoritusmuotoa, joka on kytketty polttomoottorin imusarjaan, kuvio 2 on yksityiskohtaisempi leikkauskuva keksinnön eräästä toisesta Suonio tusmuodosta, kuvio 3 on perspektiivikuva kiinnittimestä kuvion 2 mukaisen laitteen asentamiseksi ajoneuvon tai vastaavaan moottoritilan kammion seinämään, ja 15 kuvio 4 on leikkauskuva vielä eräästä toisesta suoritusmuodosta.

Kuviossa 1 esitetyssä polttomoottorissa 1 on imusarja 2 ja pakosarja 3.

Säiliö 4 sisältää ilmaa läpäisevän täytteen 5, joka käsittää harvinaisen maame-20 tallin oksidin seosta kuitumaisessa tai jauhemuodossa. Täytteen yläpuolella olevassa tilassa 6 on vähintään yksi virtaussulku 7 ja se on yhteydessä imu-: putken 8 kautta imusarjaan 2. Putkessa 10, joka on kiinnitetty säiliöön ja jossa on alapää, joka ulottuu säiliön ja täytteen 5 sisäpuolelle, on suutin 9 putken sisäpäässä, joka on yhteydessä täytteen 5 kanssa säiliön 4 pohjan 25 lähellä, ja yläpää, jossa on aukko 11 atmosfääriin. Putkeen 10 on asennettu myötävirtaan aukosta 11 ilmasuodatin 13 ja kuristusläppä 12. Imuputken 8 kautta imetty atmosfäärinen ilma saapuu aukkoon 11 ja virtaa kuristusreiän 12, putken 10 ja suuttimen 9 kautta täytteeseen 5, kulkee täytteen ja virtaus-sulun 7 läpi, jossa ilma saa pyörteilevän liikkeen, niin että ilma ottaa vastaan 3 0 harvinaisen maametallin oksidin hiukkaset ja kuljettaa ne imuputken 8 läpi imusarjaan 2 ja tämän jälkeen polttomoottorin sylintereiden polttokammioihin.

5 104113 Säiliö 4 voidaan vaihtaa vasta täytettyyn säiliöön koneen käyttöjakson jälkeen, joka vastaa esim. 80.000 ajokilometriä. Vaihtoehtoisesti säiliö 4 voidaan panostaa uudelleen täyttöaukon kautta, jota ei ole esitetty.

5 Imusarjan 2 sijasta voidaan ilman kuljettamiseksi täytteen 5 läpi käyttää jotain muuta tyhjöputkea, joka on yhteydessä polttokammion kanssa, esimerkiksi kaasuttimen tyhjöputkea, polttoaineen ruiskutusjärjestelmän tyhjöputkea, ilma-polttoaineseoksen imuputkea jne.

10 Taloudellisen toiminnan mahdollistamiseksi on edullista, ettei mitään lisäenergiaa käytetä ilman kuljettamiseksi säiliön läpi ja polttokammioon, vaan käytetään virtausenergiaa, jota tuotetaan ja joka on käytettävissä joka tapauksessa polttomoottorissa.

15 Kuviossa 2 samoja osia tai osia, joilla on samanlainen vaikutus kuin kuviossa 1 esitetyillä osilla, on merkitty samoilla viitenumeroilla.

Putki 10 on asennettu alustaan 16 ja kiinnitetty siihen kierrekannella 14, joka muodostaa ilmasuodattimen kotelon suodatinmateriaalin 13 (suodatushiilira- 2 0 keiden) sulkemiseksi sisään yhdessä suodatinverkon 13a kanssa. Kierrekansi 14 kiristää putken 10 laipan 10a alustaa 16 vasten. Toisaalta alustan 16 ja : laipan 10a ja toisaalta kierrekannen 14 ja alustan väliin on sovitettu rengastii- visteet 30, 31. Kierrekannessa 14 oleva aukko 11 mahdollistaa yhteyden ympäristön atmosfäärin ja putken 10 sisätilan 10b välillä kuristusläpän 12 25 kautta, joka on puristussovltettu putken päähän ja jossa on kuristusreikä 12a, jonka läpimitta on esim. 0,5 mm. Kulutetun täytepanoksen vaihtelua ohjataan „ aukon 11 ja kuristusreiän 12a kautta imetyllä ilmavirralla.

• Alustan 16 yläpäässä on kierteitetty liitoskappale 17, jonka päälle on ruuvattu 3 0 kierteitetty muhvi 18 säliön 4 pohjapäässä. Alustan 16 liitoskappaleen 17 sisäpuolella olevaan umpireikään 16a on sovitettu sylinterimäiseksi muotoillun 6 104113 suodatinverkon 7 pohjapää 19, jolloin suodatinverkko 7 kulkee täytteen koko syvyyden tai paksuuden läpi. Suodatinverkko 7 valvoo ilman ja täytehiukkas-ten virtausta reiän 16a kautta alustassa 16 ja edelleen kahden suuttimen 9 kautta putkeen 10, joka on kytketty imu-ulkoneman 8a kautta imuputkeen 8, 5 joka voi tässä tapauksessa olla muodostettu joustavasta letkusta, jota ei ole esitetty. Siten käytettäessä painetta, joka on alhaisempi kuin atmosfäärinen paine, imu-ulkoneman 8a kautta imetään ilmaa, joka sisältää pienen määrän harvinaisen maametallin oksidin hiukkasia, säiliössä 4 olevasta täytteestä 5 suodatinverkon 7, umpireiän 16a, suutinten 9 ja putken sisätilan 10b kautta 10 imu-ulkonemaan 8a ja sieltä kuvion 1 mukaisesti imusarjaan 2 tai suoraan moottorin 1 polttokammioon.

Seuraavat analyysit esittävät keksinnössä täytteinä 5 käytettävien edullisten seosten kolmen esimerkin koostumuksia paino-%:eina.

15

Koostumus l ceriumoksidia 45,0 % lantaanioksidia 22,5 % 20 neodyymioksidia 17,9 % praseodyymioksidia 5,7 % toriumoksidia 0,25 % sulfaattia 803:na 1,5 % muita oksideja (Y023, Sc03) 2,9 % 25 fosfaattia P03:na 0,8 % kalkkia ja magnesiumoksidia 1,0 %

Koostumus 2 30 ceriumoksidia 90,0 % lantaanioksidia 2,0 % neodyymioksidia 1,3 % praseodyymioksidia 0,4 % muita harvinaisia maametalli-35 oksideja 1,0 % toriumoksidia 0,25 % rautaoksidia ja aluminium-oksidia 0,25 % kalkkia ja magnesiumoksidia 4,0 % 40 piidioksidia o,05 % fosfaattia 0,5 % sulfaattia 0,5 % 7 104113

Koostumus 3 ceriumoksidia 45,6 % 5 lantaanioksidia 22,8 % neodyymioksidia 16,2 % prassodyymioksidia 4,7 % muita harvinaisia maametalli-oksideja 5,7 % 10 toriumoksidia 0,2 % rautaoksidia ja aluminium-oksidia 1,0 % kalkkia ja magnesiumoksidia 0,2 % piidioksidia 0,1 % 15 fosfaattia 0,5 % sulfaattia 1-2,0 % sytytyksen häviö 0-1,0 %

Kuvio 3 esittää kiinnitintä 20 kuvion 2 mukaisen laitteen säädettävää ruuvilii- 2 0 täntää varten ruuvien 23 avulla (kuvio 2) auton moottoritilan seinämään (ei esitetty). Kiinnittimessä 20 on taivutettu tukiosa 22 alustan 16 pohjan tukemiseksi. Kaksi lovea 21, joilla on tavallisen ympyrän kaaren muoto, on mitoitettu ruuvien 23 läpikulun mahdollistamiseksi, jotka on ruuvattu alustan 16 pohjassa oleviin kierrereikiin. Lovet 21 mahdollistavat laitteen säädettävän asentami-25 sen haluttuihin alustan 16 ja siten putken 10 kiertoasentoihin imu-ulkoneman 8a saattamiseksi edullisimpaan asentoon sen kytkemiseksi imusarjaan 2.

Täytteen 5 määrä riippuu polttomoottorin koosta ja polttoaineen kulutuksesta. Kokeet ovat osoittaneet, että 1000 cm3:n bensiinimoottoriin tulisi panostaa n.

3 0 1,6 mg/kg halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi saasteiden vähentämiseksi riittävästi pakokaasusta. N. 800 km:n ajomatkan jälkeen laitteen edut ovat ilmeisiä eivätkä edut näyttäisi kasvavan.

Keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää etenkin ohjatun katalysaattorin si- ψ - 35 jasta polttomoottoreissa, joissa käytetään lyijytöntä polttoainetta, ja poltto- t moottoreissa, joissa ohjatun katalysaattorin käyttö olisi liian kallista.

Kuviossa 4 esitetty suoritusmuoto käsittää säiliön 104, jossa on kammio-osa 134, joka sisältää harvinaisen maametallin jauhetta, ilmasuodatinosan 136, 8 104113 joka sisältää suodatinmateriaalia 113 (esim. aktiivihiilirakeita) tai suodatinver-kon ja jossa on aukko 111 atmosfääriin, ja käyttöosan 138, jossa on voimansiirrolla 125 varustettu sähkömoottori 124. Ilmasuodatinosa 136 ja käyttöosa 138 on erotettu kumpikin kammio-osasta 134 väliseinämillä 130 ja vast. 132, 5 jotka käsittävät laakerit 128 keskiakselin 126 tukemiseksi, jota käytetään moottorilla 124. Osien 134, 136 ja 138 sisäpuoli on normaalisti atmosfäärisessä paineessa. Suodatinosa 136 on kytketty kammio-osaan 134 ilma-aukolla 112, joka voi olla peitetty kalvolla 112a, joka pakotetaan aukkoa 112 vasten kalvossa luontaisella jousivoimalla. Aukolla ja sen kanssa yhdessä toimi-10 valla kalvolla on kuristuslaitteen vaikutus.

Keskiakseliin 126 on kiinnitetty kiekko 120, jossa on säteittäinen osa 120a ja kartiomainen osa 120b. Kartiomaisen osan 120b ulkokehälle on järjestetty kuljetuselimet 122 lapioiden tai hampaiden muodossa kiekon 120 kehän 15 ympärille. Lapioiden tai hampaiden sijasta voidaan järjestää jotkin muut elimet, esimerkiksi karhennetut pinnat, joiden tarkoituksena on ottaa vastaa harvinaisen maametallioksidin hiukkaset täytteestä 105 silloin, kun kiekko 120 kulkee kammio-osan 134 läpi, jolloin se kuljettaa harvinaisen maametallia hiukkaset imusuuttimen 109 läheisyyteen, joka kulkee säiliön 104 seinämän 126 läpi ja 20 on yhteydessä imuputkiliittimeen 108a imuputkeen 108, esimerkin letkuun yhdistämistä varten, kuten on esitetty kuviossa 4.

«

Kun polttomoottori käynnistetään, moottori 124 aktivoidaan ja tällöin se pyörittää akselia 126 ja kiekkoa 120 alhaisella nopeudella (esim. 6 rpm). Kar-25 tiomainen osa 120b toimii siipenä tai lapiona, joka pakottaa materiaalin virtaamaan kiekon 120 sivuilta sen pohjalle kiekon 120 keskiosan alapuolella oleval-* le alueelle siten, että harvinaisen maametallin oksidin hiukkasia kuljetetaan aina kuljetuselimillä 122 kiekon 120 kehälle imusuuttimen 109 lähellä olevaan paikkaan, jossa hiukkaset otetaan vastaan imuvaikutuksen avulla imuputkessa * 30 108. Siten taataan aina harvinaisen maametallin hiukkasten luovuttaminen polttomoottorin polttokammioissa.

9 104113

Kuvion 4 mukaista suoritusmuotoa voidaan käyttää etenkin suurissa polttomoottoreissa, joita käytetään vetureissa, laivoissa tai voimalaitosten tai vastaavien kiinteissä moottoreissa.

Claims (13)

104113 10

1. Laite harvinaista maametallia, etenkin ceriumia sisältävän seoksen tai 5 koostumuksen ohjaamiseksi polttomoottorin polttokammioon, johon kuuluu säiliö (4), jossa on kuiva täyte (5), ja joka on yhteydessä aukon (11) kautta atmosfääriin ja imuyhteyden (8) kautta moottorin (1) polttokammioon, niin että atmosfäärin ilma joka virtaa säiliön läpi ottaa mukaansa ja kuljettaa harvinaisen maametallin partikkeleita täytteestä, tunnettu siitä, että täyte on ilmaa ίο läpäisevä ja koostuu kuiduista ja/tai hiukkasista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että atmosfääriin johtava aukko (11) on järjestetty putken (10) toiseen päähän, jossa on vähintään yksi suutin (9), joka on yhteydessä täytteeseen (5). 15

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että suuttimen (9) ja täytteen (5) väliselle virtaustielle on järjestetty suodatin (7).

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliön ja 20 imuputken (8) välinen yhteys on muodostettu putken (10) toisessa päässä olevan toisen aukon (kohdassa 8a) kautta.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että ilmasuodatin (13) on järjestetty putken (10) toiseen aukkoon (11) tai sen lähelle. 25 -i 6. Jonkin patenttivaatimuksista 2-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuristusläppä (12) on järjestetty putkeen (19) myötävirtaan ilmasuodattimesta j .· (13).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliö (4) on järjestetty poistettavasi auton moottoritilaan ja/tai siinä on tiiviisti suljettu täyttöaukko täytteen (5) uudistamiseksi. π 104113

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että täyte (5) on seos, jonka koostumus on seuraava paino-osina esitettynä: n. 50 % ceriumoksidia, 20 - 26 % lantaanioksidia, loppuosa: muita harvinaisia maametalleja ja/tai niiden oksideja. % 5

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että täyte (5) on seos, jonka koostumus on seuraava paino-osina esitettynä: 90. ceriumoksidia, loppuosa: muita harvinaisia maametalleja ja/tai niiden oksideja. 10

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1,7,8 tai 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliöön (104) on järjestetty pyörivästi kiekko (120), joka käsittää kuljetuselimet (120b, 122) harvinaisen maametallin hiukkasten kuljettamiseksi sen kehän ympärillä, jolloin kiekkoa (120) käytetään moottorilla (124), ja että 15 imuputken (108) imusuutin (109) on järjestetty säiliön (104) seinämään (126) kiekon kehän viereen.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiekko (120) on kiinnitetty akseliin (126), joka kulkee säiliön (104) läpi ja on tuettu 20 laakereihin (128), jotka on asennettu laakerisuojuksiin (130, 132). jotka muodostavat harvinaisen maametallin seosta tai koostumusta sisältävän säiliön ;:· sisäosan (134) sisäväliseinämät.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliö 25 (104) käsittää ilmasuodatinosan (136), joka sijaitsee toisen laakerisuojuksen (130) ulkosivulla ja jossa on aukko (111) atmosfääriin ja joka on kytketty sisäosaan (134) aukolla (112), joka voi olla kuristettu, ja käyttöosan (138) toisen laakerisuojuksen (132) ulkosivulla, joka osa sisältää moottorin (124) akselin • (126) käyttämiseksi. 30

13. Jonkin patenttivaatimuksista 10-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuljetuselimet (122) on muodostettu lapioina, hampaina tai vastaavina 12 104113 eliminä, jotka mahdollistavat harvinaisen maametallin hiukkasten vastaanottamisen silloin, kun kiekko (129) siirretään säiliön (134) läpi ja saatetaan asemaan imusuuttimen (109) viereen. • · ’ • · • ^ * 13 104113