HU205794B

HU205794B - Method for improving the combustion process of internal combustion engines

Info

Publication number: HU205794B
Application number: HU891050A
Authority: HU
Inventors: John Olsson; Bertil Ollson; Gunnar Ollson; Arne Lindstroem
Original assignee: John Olsson; Bertil Ollson; Gunnar Ollson; Arne Lindstroem
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1992-06-29
Also published as: PL277467A1; SK56489A3; ATE112363T1; SE8800291D0; DK178290D0; SE8800291L; EP0397759B1; HU891050D0; PT89552A; FI903710A0; BR8907212A; PL159888B1; US5105772A; DD283445A5; AU3035989A; CZ280479B6; JP2875318B2; AU634957B2; DE68918582T2; DE68918582D1

Description

(57) KIVONAT

A találmány tárgya eljárás belső égésű motorok égési folyamatának tökéletesítésére és a kipufogógázok káros komponenseinek csökkentésére, amelynél az égéstérbe peroxid, illetve peroxo vegyületet tartalmazó folyadék kompozíciót adagolunk. A találmány lényege, hogy a folyadék kompozíciót befecskendezéssel úgy adagoljuk az égéstérbe, hogy annak egy részét a kipufogószelepen (17) keresztül átengedjük, amikor a motor a kipufogóütemről átvált a feltöltési ütemre, és a kipufogócsőben (16), illetve adott esetben katalizátorban javított utóégetést végzünk. (2. ábra)

HU 205 794 B

A leírás terjedelme: 5 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 206794 Β

A találmány tárgya eljárás, amely belső égésű moto- ~ rok égési folyamatának tokéltesítésére, illetve alkalmas a kipufogógázok kár osTíomponenseinek csökkentésére. Az eljárás során az égéstérbe peroxid, illetve peroxo vegyületeket tartalmazó folyadékkompozíciót 5 adagolnak.

Mint ismeretes, a gépjárművek egyre növekvő számakülönösképpen asűríínlakott városokban egyre nagyobb mennyiségű kipufogógázt eredmények, ezek a kipufogógázok viszont az emberi és állati egészségre, 10 valamint általában az élő környezetre ártalmas komponenseket tartalmaznak. Ezek az ártalmas komponensek, így például a szénoxidok, szénhidrogének és nitrogénoxidok okozói a kömyezetévedelmi problémáknak. A környezetszennyezés, azaz a káros füstgá- 15 zemisszió okozója a tökéletlen égési folyamat a belső égésűmotoroknál.

Különböző módszereketalkalmaznak jelenlegis azzal a céllal, hogy ezeket a káros komponenseket csökkentsék a kipufogógázokban. A legismertebb ezek kö- 20 zül is a katalizátorok alkalmazása, amelynek révén az égéstéren kívül a kipufogógázokat utóégetésnek vetik alá.

A dízelmotorok kipufogógázaival kapcsolatban egy sormegoldandó problámávalkell számolni. Ezekegyi- 26 ke a koromképződés, a másik viszont az égés közbeni nitrogénoxidok képződése. Katalizátorok alkalmazásával a gyakorlati tapasztalatok szerint a széndioxid, szénmonoxid és szénhidrogén kibocsátás csökkenthető. Enneksorán ugyan nehézséget jelent, hogy a CO és 30 HC széndioxiddá és szénné oxidálása mellett bizonyos mennyiségű nitrogén is oxidálódik nitrogénoxiddá (NOx). “ ‘

Ennek oka az, hogy a dízelmotor eleve nagy légfelesleggel dolgozik. 35

További problémaként jelentkezik, hogy a koromképződés egy bizonyos üzemidő után megakadályozza a katalizátorműködését. A koromképződés némiképp csökkenthető azáltal, ha a dízelolaj üzemanyagot legalább részben etanollal helyettesítik A nitro- 40 génoxxdokkal kapcsolatban említett problémák viszontváltozatlanulmegmaradnak.

A jelen találmánnyal célunk a fenti hiányosság kiküszöbölése, azaz olyan tökéletesített égés létrehozása belsőégésű motoroknál, amellyel a kipufogógázok ká- 45 ros komponensei csökkenthetők, ezáltal a koromképződés és a nitrogénoxidok csökkenthetők mind a motorban, mind pedig a katalizátorban, még akkor is, ha a motor dízelüzemű.

A kitűzött feladatot a találmány szerint a bevezető- 50 ben leírt eljárásnál azzal oldottuk meg a találmány szerint, hogy a folyadék kompozíciót befecskendezéssel úgy adagoljuk az égéstérbe, hogy annak egy részét a kipufogóütemről átvált a feltöltési ütemre, és a kipufogócsőben, illetve adott esetben a katalizátorban ja- 55 vítottutóégetéstvégzünk.

A találmány további jellemzője szerint célszerű, ha a folyadék kompozíciót a motor égésterében, illetve annak közelében elrendezett beömlőtorkú tápvezetéken keresztül adagoljuk be, továbbá ezt a tápvezetéket 60 egy másik tápvezeték belsejében rendezzük elé, amelyen keresztül az első tápvezetékbeömlőtorkánál uralkodó nyomástól eltérő nyomású közeget adagolunk be, amivel a folyadék kompozíciót porlasztjuk és magával ragadtatjuk.

Célszerűen a folyadék kompozíciót porlasztással juttatjuk be az égéstérbe, valamint a feltöltési ütem legalább egy részében nyitott kipufogószelep közvetlenközeiébe irányítjuk.

A folyadék kompozícióhoz előnyösen legalább 0,001% peroxid, illetve peroxo vegyületet használunk, de adott esetben ez az értéktartomány lehet előnyösen 0,1-35,0% közötti értékű.

A találmány további előnyös foganatosítási módjánál a folyadék kompozícióhoz legfeljebb 99%-ban használhatunk 1-8 szénatomos alifás alkoholt, ennek 1 mennyisége előnyösen 10-95% közötti értékű lehet. É

Ilyen alkoholként célszerűen etanolt alkalmazunk. *

A találmány további jellemzője szerint a hagyományos üzemanyagot legalább részben helyettesíthetjük magával afolyadékkompozícióval.

Végül a folyadék kompozícióhoz nagyrészt választhatunk alkoholt, főleg etanolt.

A találmányt részletesebben a csatolt rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti eljárás foganatosítására való belső égésű motor példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. Arajzon:

- az 1. ábra dízelmotor hengerfejének függőleges metszete a beömlőszelep síkjában;

- a 2. ábra az 1. ábrán H-H vonal mentén vett lépcsős metszet.

Amint a rajzon feltüntettük, az ábrázolt dízelmotornak 11 hengerfeje van, amelynek csatornaként kialakított beömlését 12-vel jelöltük. A12 beömlés 13 égéstérbe torkollik és ebben a torkolatban 14 beomlőszelep van elrendezve, amely 15 szelepülékkel van ellátva. Akipufogócsövet 16-al jelöltük, amely önmagában ismertmódon 17 kipufogószeleppel van ellátva (2. ábra).

Az ábrázolt dízelmotor üzemanyagbefecskendező 18 fűvókávalvan ellátva. Azábrázoltpéldkéntikiviteli ‘ alaknál az üzemanyagot 19 előkamrába fecskendez- .

zük, amely a hidegindítás megkönnyításáre 20 izzítógyertyával van felszerelve. Adott esetben tennészetesen az üzemanyag adott esetben közvetlenül is fecskendezhető a 13 égéstérbe.

A12 beömlés csatornájában 21 tápvezeték van elrendezve a találmány szerint, amelyen keresztül a találmány szerinti folyadék kompozíciót adagoljuk be.

Ez a folyadék kompozíció peroxid, illetve peroxo vegyületeket, vizet és adott esetben az alábbiakban ismertetésre kerülő más adalékokat, illetve komponenseket tartalmaz.

Arajzon jól kivehető, hogy a 21 tápvezeték megfelelő hézaggal van elrendezve egy másik, 22 tápvezeték belsejében. A 22 tápvezetéken keresztül olyan közeget adagolhatunk be, amelynek nyomása különbözik a 21 tápvezeték 23-al jelölt beömlőtorkánál kilépő folyadék kompozíció nyomásától. A 23 beömlőtorok a 14 beömlőszelep közvetlen közelében van a jelen esetben

HU 205 794 Β 2 ^{azonban adott a} ^^^yqz^el^uJSceresztül beadagolt közel lehet gáz hákuazaiiapotu, például atmoszférikus nyomású levegő, amely esetben á 22 tápvezeték közlekedhet a 5 külső atmoszférával. Ez a közég lehet azonban a motor kipufogógáza is., amelyet ilyenkor nyomás alatt adagoluhk jje, a ^'tápvezetéken keresztül. Továbbá, olyan megoldás is lehetséges, áünelyael a nyomás alatti gaz r&^n^^egqyq^gln^z, amelyet turbófeltöltő, vagy 10 ^-á^íiá^plLíPq^óldassal a betáplált folyadék kompozíció finom porlasztását érjük él. A 21 és 22 tápvezetékek kiömlései különböző módokon rendezhetők el, (például amint azt a 8.604.448-4 tsz. SE szabadalmi 15 leírás ismerteti, ami megfelel' a PCT/SE87/00477 sz. nemzetközi szabad^mijbejelentés leírásának). így tehát a 21 tápvezeték 23.beömlőtorka a 22 tápvezeték beömlő evégéhez képést axiális irányban viszonylag eltolhatóan rendezheto el. így a 23 beömlőtorok a 22 20 tápvezetéken belül, vagy kívül is elrendezhető. A folyadékot, illetve a folyadékcsppeket a 22 tápvezetékben áramló közeg fogja azután finoman szétporlaszta- , ni.

Olyan elrendezés is lehetséges, amelynél a 21 és 22 25 tápvezetékeknek közös kiömlőnyílásuk van, ahol a 21 tápvezeték kiömlőhyílásának átmérője kisebb, mint a 22Tápvezetéké, fez áLözös kiömlés adott esetben bővíthető,, hogy a szűk csatorna után vezesse az áramot, miközben hatasóskeveredés érhető el a folyadék kom- 30 pozíció és á gáznemű közeg között.

Amennyiben járulékos üzemanyagot is be akarunk adagolni, például etanolt, erre a célra a 22 tápvezetéken belül, de a 21 tápvezetéken kívül további tápvezetékről gondoskodhatunk (külön nem ábrázoltuk). 35

A folyadék kompozíció beadagolás és szabályozása külön nem ábrázolt adagolószerkezettel történik. Mivel a folyadékot általában nyomás nélkül adagoljuk be, és bizonyos esetekben igen kis mennyiségekben, a gázáram igen lényeges a folyadék porlasztása szem- 40 pontjából. Természetesen a 22 tápvezetéken belül adott esetben több 21 tápvezeték is elrendezhető minden egyes hengernél. Olyan változat is lehetséges, amelynél a tüzelőanyagot (például alkoholt) összekeverjük a beadagolt folyadék kompozícióval. 45

A folyadék kompozíció változtatható, de az tartalmaz 0,001-80%, előnyösen 0,1 -35% peroxid, vagy peroxo vegyületet, előnyösen hidrogén-peroxidot. Tartamazhat továbbá legfeljebb 5% olajat korróziógátló adalékkal. A fennmaradó rész állhat vízből és/vagy 1 - 50 8 szénatomos alifás alkoholból, például etanolból. Előnyösen a folyadék kompozíció 10-95%-a alkohol.

A peroxid, illetve peroxo vegyület adagolórendszerének elrendezésénél fontos, hogy elkerüljük a hosszú szállítási távolságokat és a közös fémrészeket. Mivel 55 Igen körülményes nagynyomású rendszereket fémek használata nélkül tervezni, az adagolórendszeméi célszerű a nagy üzemi nyomásokat mellőzni, hiszen azok amúgyis az instabil komponensek nemkívánatos felbomlását okozhatják. 60

A találmány szerint fontos szempont továbbá, hogy a folyadék kompozíciót olyan szögben fecskendezzük a 13 égéstérbe, hogy az lehetőleg ne érintkezhessen a 24 hengerfallal. Ha ugyanis a folyadék érintkezésbe kerülne a 24 hengerfallal, fennállna annak veszélye, hogy a folyadék elveszti eredeti tulajdonságait. A másik hátrányos következmény lehet, hogy a folyadék lejut a forgáttyúsház olajterébe. Eközben a folyadék nedvesíti a hengerfalat, apai fokozott kopáshoz és fokozott olajfogyasztáshoz vezet.

A folyadék kompozíciónak a fentiekben ismertetett befecskendezése révén a folyadék egy része a szelepnyitási átfedés közben a 16 kipufogócsőbe jut. Ez azzal az előnnyel jár, hogy ezáltal a 16 kipufogócsőben javított füstgáz-utóégetést érhetünk el. Abban az esetben, ha katalizátorral van felszerelve a belsőégésű motor, a katalizátorban való utóégetés lényegesen tökéletesebb lehet a találmány szerinti eljárás alkalmazásával, vagyis jelentősen javítható a katalizátor hatásfoka. A14 beömlőszelep és a 17 kipufogószelep közötti átfedés! hossz megválasztásával növelhető, vagy csökkenthető a folyadék kompozíciónak az a részaránya, amely átjut a 17 kipufogószelepen. Ez tehát eleve megválasztható az új konstrukcióknál, vagy ha a meglevő motoroknál a szelepeket vezérlő bügyköstengelyt újra cseréljük. Ez elérhető azonban azzal is, ha megváltoztatjuk a távközt a 23 beömlőtorok és a 17 kipufogószelep között. Minél nagyobb ez a távköz, annál kisebb mennyiség fog átjutni a folyadék kompozícióból a 17 kipufogószelepen.

A bevezetőben már utaltunk azokra a problémákra, amelyek a katalizátorral felszerelt dízelmotoroknál jelenleg jelentkeznek. Ezek a problémák a koromképződés és a nitrogénoxidok képződése. Ezek a problémák teljes egészében megoldhatók a találmány szerinti eljárás révén a peroxid, vagy peroxo vegyületet tartalmazó folyadék kompozíció javasolt beadagolásával.

Ilyen irányú kísérleteket is végezhetünk (a norvégiai STATENS TEKNOLOGISKA INSTlTUT-nál VOLVO PENTAMD1 típusú dízelmozörral).

A kísérletek egyik csoportjánál nem alkalmazhatunk katalizátort (1. teszt), a kísérletek másik csoportjánál viszont katalizátort alkalmaztunk folyadékbefecskendezéssel, amely tartalmazott peroxidokat (2. teszt). A 2. tesztnél a folyadék kompozíció 10%-ban 7%-os hígítású hidrogénperoxidot, valamint 90%-ban etanolt tartalmazott. A dízeolaj nagyobb részét ez esetben magával a folyadék kompozícióval helyettesítjük.

A kapott eredmények a következők voltak:

CO CO₂ HC NOx korom

(ppm)	(%)	(ppm)	(ppm)	(Bosch)
1. teszt
2600	8.5	200	1400	4,2
2.teszt
15	10.4	150	400	0.25

Megjegyezzük, hogy a dízelmotor nagy légfelesleg3

HU 205794 Β gél és magas égési hőmérsékleteken működik. Ennek dacára a nótrogénöxid emisszió ját jelentős mértékben sikerült csökkenteni.

A folyadék kompozíciónak a hagyományos tüzelőanyaghoz viszonyított aránya 10 és 100% közötti le- 5 hét. Ez utóbbi esetben a folyadék kompozíció nagyrészt alkoholból állhat, amely Otto-motorban koromképződés nélkül elégethető.

A jelen találmány természetesen nem korlátozódik dízelmotorokra. A találmány szerinti eljárás bármi- 10 Iyen típusú belső égésű motorhoz hasonló előnyökkel alkalmazható, beleér téve a benzinüzemű motorokat is.

Claims

SZABADALMIIGÉNYPONTOK

1. Eljárás belső égésű motorok égési folyamatának tökéletesítésére és a kipufogógázok káros komponenseinek csökkentésére, amelynél az égéstérbe peroxid, illetve peroxo vegyületet tartalmazó folyadék kompozíciót adagolunk, azzal jellemezve, hogy a folyadék 20 kompozíciót befecskendezéssel úgy adagoljuk az égéstérbe (13), hogy annak egy részét a kipufogószelepen (17) keresztül átengedjük, amikor a motor a kipufogóütemről átvált'a feltöltési ütemre, és a kipufogócsőben (16), illetve adott esetben katalizátorban javított utó- 25 égetéstvégzünk.
2. Az I. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy áfolyadék kompozíciót a motor égésterében (13), illetve annak közelében elrendezett beömlőtorkú (23) tápvezetéken (21) keresztül adagoljuk be, továbbá a 30 tápvezetéket (21) másik tápvezeték (22) belsejében rendezzük el, amelyen keresztülazelső tápvezeték (21) beömlőtorkánál (23) uralkodó nyomástól eltérő nyomású közeget adagolunk be, ezáltal a folyadék kompozíciót porlasztjuk és továbbítjuk.
3. Az 1., vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyadék kompozíciót porlasztjuk az égéstérbe (13), valamint a feltöltési ütem legalább egy részében nyitott kipufogószelep (17) közvetlen közelébe irányítjuk.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyiké szerintieljárás,* azzal jellemezve, hogy a folyadékkompozícióhoz legalább 0,001% peroxid, illetve peroxo vegyületet használunk.
5. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogyafolyadékkompozíciőhoz0,l-35%peroxid, illetve peroxo vegyületet alkalmazunk.
6. A 4., vagy 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyadék kompozícióhoz legfeljebb 99%-ban 1-8 szénatomos alifás alkoholthasználunk.
7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyadék kompozícióhoz 10-95%-ban alkoholt használunk.
8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jel l emezve, hogy alkoholként etanolt alkalmazunk.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyadék kompozícióval legalább részben hagyományos üzemanyagot helyettesítjük.
10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyadék kompozícióhoz nagyrészt alkoholt, főleg etanolt alkalmazunk.

HU 205794 Β