NO141698B - Fremgangsmaate og innretning for aa unngaa forurensning av atmosfaeren av eksosgassene til forbrenningsmotorer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å unngå forurensning av atmosfæren av eksosgassene til forbrenningsmotorer, omfattende at vanndamp innføres i en luftinntaksmanifold på motoren og at det i forbrenningskammeret til motoren innmates en resulterende blanding av luft, vanndamp og brennstoff.

Eksosforurensningsproblemet er blitt meget viktig i våre dager, og et stort antall forsøk er blitt gjort for å redu-sere eller eliminere skadelige gasser som føres ut i atmosfæren fra eksossystemene på forbrenningsmotorer eller kjøretøyer osv.

Mange fremgangsmåter og innretninger er allerede kjent som har til hensikt å rense utløpsgassene til forbrenningsmotorer. Disse innretninger er imidlertid ikke fullt ut til-fredsstillende, da de på den ene side ofte er for kompliserte, dyre og utilstrekkelig pålitelige, og på den annen side ikke tillater at nitrogenoksyder, karbonmonoksyd og andre skadelige gasser unngås fullstendig i eksosgassene.

Dessuten er de fleste av disse kjente innretninger beregnet på å eliminere eller dekomponere skadelige gasser, men hindrer ikke deres dannelse.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å unngå ulempene ved de kjente innretninger ved hjelp av en fremgangsmåte og en innretning som er så enkel som mulig, billig og på-litelig .

Dette oppnås ved en fremgangsmåte for å unngå forurensning av atmosfæren med eksosgasser fra forbrenningsmotorer, omfattende at vanndamp innføres i en luftinntaksmanifold på motoren og at det i forbrenningskammeret til motoren innmates en resulterende blanding av luft, vanndamp og brennstoff, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at vanndampen føres i kontakt med et element som innbefatter cerium eller germanium like før eller like etter innføringen av vanndampen i luftinntaksmanifolden for å hindre at det i forbrenningskammeret dannes skadelige gasser, såsom karbonmonoksyd og nitrogenoksyder.

Ifølge et videre trekk ved oppfinnelsen skal strøm-ningshastigheten for dampen som tilsettes til luftinntaksmanifolden være avhengig av strømningshastigheten for luften som tilsettes til motorens sylindre.

Det er blitt observert at det er et fullstnedig fra-vær av nitrogenoksyd og karbonoksyd i eksosgassene som føres ut i atmosfæren når vanndamp innføres f. eks. i inntaksmanifolden og føres forbi en forbindelse som omfatter cerium eller germanium før vanndampen trenger inn i motorens sylindre hvor for-brenningen og derfor dannelsen av nitrogenoksyder, karbonmonoksyd, utbrente hydrokarboner og svoveldioksyd finner sted.

Således elimineres den største risiko for forurensning av atmosfæren av skadelige gasser på en ekstremt enkel måte og med billige midler.

En tilleggsfordel ved oppfinnelsen er at forbrenn-ingen av en brenselsblanding finner sted mer effektivt, at det iakttas en mindre, men reell reduksjon i brenselsforbruk, at samtidig dannelsen av karbonutfellinger eller sot unngås og at den energi som avgis av motoren blir noe øket.

Ifølge et videre trekk ved fremgangsmåen ifølge oppfinnelsen føres dampen forbi et element som inneholder mellom 0,5 og 100 % cerium, og fortrinnsvis mellom 36 og 40 % cerium, eller innehold er mellom 48 og 50 % germanium.

Oppfinnelsen vedrører også en innretning for gjennom-føring av fremgangsmåten, omfattende en dampkilde og en ledning for innføring av en damp i en luftinntaksmanifold på motoren, hvilken innretning er kjennetegnet ved at den omfatter et element som består av cerium eller germanium og som er plassert ved gjennomgangskanalen for dampen.

Ifølge et videre trekk ved innretningen ifølge oppfinnelsen er elementet et gitter som er anordnet på tvers i luftinntaksmanifolden eller et belegg som dekker den indre vegg på inntaksmanifolden over en del av dens lengde eller en tvunnet wire som er plassert i ledningen.

Dampinnførselsledningen åpner hensiktsmessig til luftinntaksmanifolden gjennom en dyse eller injektor som er rettet i samme retning som strømmen som tilsettes til motorens sylindre.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares ved hjelp av et utførelseseksempel som er fremstilt på tegnin-gen, som skjematisk viser: fig. 1 et skjematisk delriss av en forbrenningsmotors inntaksmanifold utstyrt med en innretning ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 et detaljriss av innføringsinnretningen for damp i innretningen på fig. 1.

fig. 3, 4 og 5 diagrammer som illustrerer påvirknin-gen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på energien til en forbrenningsmotor, dens spesifikke forbruk og i prosent innholdet av skadelige gasser i eksosgassene.

Fig. 1 viser anvendelsen av fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen på inntakssystemet til en forbrenningsmotor, f. eks. en bilmotor.

Inntakssystemet omfatter på kjent måte en ledning 1 hvis indre vegg er utstyrt med en venturidel 2 og som danner innløpet for inntaksmanifolden 3 til forbrenningsmotoren. Inn-løpet til ledningen 1 er utstyrt med et luftfilter 4 på toppen, og motorens lufttilførsel går gjennom dette luftfilter til ledningen 2 og strømmer i retningen som er angitt med pilen 5.

En forgasser 6 som på vanlig måte tilføres flytende brensel, såsom bensin, er anordnet i umiddelbar nærhet til ledningen 1 og fører inn i venturidelen 2 flytende brensel som er forstøvet til fine dråper ved hjelp av et forstøvningsmedium (ikke vist). Pilen 7 angir inntaket av forstøvet brensel i venturidelen 2 til ledningen 1.

Inntakssystemet omfatter også en gasstruper 8 som er anordnet nedstrøms for venturidelen 2 og tillater strømmen av lufttilførsel og forstøvet brenselsblanding mot sylindrene å bli innstilt.

Ifølge oppfinnelsen omfatter' inntakssystemet også en innretning 9 for innføring av vanndamp i venturidelen 2, som er angitt med pilen 10, eller oppstrøms for denne, som angitt ved 22. Et gitter eller et annet element 11 av cerium eller av en forbindelse som omfatter cerium er anordnet nedstrøms for venturidelen 2, f. eks. ved innløpet til inntaksmanifolden 3, slik at blandingen av tilført luft, forstøvet brennstoff og damp som suges inn i inntaksmanifolden 3 passerer gjennom gitteret 11.

Det er anordnet innretninger for å tillate innføring av vanndamp i venturidelen 2 eller i luftfilteret 4 i avhengig-het av hastigheten for motoren, f. eks. på samme måte som forgasseren 6 tillater brennstoffinntaket i venturidelen 2 å bli innstilt.

På fig. 2 er det vist en utførelse av innretningene for damptilførsel til ledningen 2.

Disse innretninger omfatter i det vesentlige en av-tettbart lukket vanntank 13 som er forbundet med et dykkerrør 14 som er utstyrt med en hane 15, idet det indre rom til en varmeveksler 16 befinner seg i kontakt med eksosrøret eller rø-rene 17 til motoren. Varmeveksleren 16 er utstyrt med et luft-innløp 18 og et damputløpsrør 19 som åpner til det indre rom for luftinntaksmanifolden 1 gjennom en dyse eller en injektor 21 som rager inn i manifolden i lengderetning og i luftstrøm-ningsretning 5.

Innretningen virker på følgende måte:

Anordningen av den lukkede tank 13 over varmeveksleren 16 sikrer et i det vesentlige konstant nivå av vann i veks-leren og en automatisk erstatning av vannmengden som omdannes til damp gjennom varmeveksleren med eksosgassene som føres i røret 17. Anordningen i lengderetning av dysen eller injektoren 21 i luftinntaksmanifolden sikrer at hastigheten for damp-strømmen som tilføres til manifolden som et resultat av suget av luftstrømmen er avhengig av strømningshastigheten for luft som tilføres til sylindrene og resulterer således i en automatisk kontrollregulering av dampmengden som tilføres til manifolden i samsvar med de forskjellige driftshastigheter for motoren.

Dampstrømmen kan til å begynne med innstilles ved egnet valg av dimensjonene for røret 19 og injektoren 21 eller ved hjelp av en ventil 20 som er anordnet på røret 19 oppstrøms for luftinntaksmanifoldens innløp.

Den tilførte luft, det forstøvede brennstoff og dampen som innføres i venturidelen 2 blir suget inn i inntaksmanifolden 3 og strømmer således gjennom gitteret 11 av cerium eller germanium. Denne blanding blir deretter fordelt i de forskjellige sylindre for å bli forbrent på vanlig måte, og forbrenningsgassene som brembringes deretter føres ut i atmosfæren av eksossysternet for motoren.

Det skal bemerkes at innretningen 9 som tillater damp å bli innført i motoren kan forbindes direkte gjennom luftfilteret 4 ved hjelp av en ledning 22, som vist med stiplede linjer på fig. 1, idet dette system benyttes isteden for ledningen 10 som åpner i venturidelen 2.

Isteden for et gitter 11 kan det også benyttes en tvunnet wire eller tråd av cerium eller som inneholder cerium, som vil være anordnet enten i ledningen 10 eller i ledningen 22, og som lett kan erstattes når den blir slitt.

Cerium- eller germaniumgitteret kan også erstattes av et belegg eller et lag av cerium eller germanium eller en forbindelse som inneholder cerium eller germanium på veggene til ledningen.

Man har imidlertid funnet at cerium eller germanium bare meget langsomt forbrukes under drift av motoren.

Det er også iakttatt at det samme resultat ble oppnådd ved anvendelsen av germanium isteden for cerium. I et-hvert tilfelle kan det benyttes enten rent cerium eller rent germanium eller en forbindelse eller en legering som inneholder fra 0,5 - 100 % cerium, og fortrinnsvis mellom 36 og 4 0 % cerium, eller en forbindelse eller en legering som inneholder 45 - 80 % germanium, idet resten av legeringen eller forbindelsen utgjøres f. eks. av jern.

Resultatene som oppnås ved fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen er skjematisk vist på fig. 3, 4 og 5 i sammenligning med de resultater som oppnås ved de kjente innretninger. På alle tre figurer er de kurver som blir oppnådd i en motor utstyrt med innretningen ifølge oppfinnelsen, vist med uttrukne linjer, mens kurvene som ble oppnådd med en motor av kjent type og som ikke var utstyrt med innretningen ifølge oppfinnelsen er vist med stiplede linjer. Fig. 3 viser hestekrefter som ytes av en motor som en funksjon av dens turtall (i omdreininger pr. minutt). Fig. 4 viser det spesifikke forbruk (i gram) som funksjon av motorens turtall (i omdreininger pr. minutt).

Til sist viser fig. 5 prosentinnholdet av karbonmonoksyd i motorens eksosgasser som en funksjon av turtallet for motoren (i omdreininger pr. minutt), idet innholdet bestem-mes ved analysering av eksosgassene ved hjelp av gasskromato-grafi. Det er funnet at det i en forbrenningsmotor som ikke er utstyrt med innretningen ifølge oppfinnelsen er prosentinnholdet av karbonmonoksyd mellom 4 og 5,5 % avhengig av turtalet for motoren, mens absolutt ikke noe karbonmonoksydinnhold. fin-nes i tilfelle av en motor utstyrt med innretningen ifølge oppfinnelsen. Likeledes er det funnet at prosentinnholdet av følgende gasser: ubrent hydrokarbon, NO + N0x, SO2, som vanligvis inneholdes mellom 1 og 3 %, er tilnærmet null i tilfelle av en forbrenningsmotor utstyrt med innretningen ifølge oppfinnelsen .

Cerium eller germanium som vanndampen føres gjennom bevirker en dekomponering av dampen med det resultat at det oppnås hydrogen, og det kan antas at dette hydrogen innbefatter nascerende eller atomisk hydrogen. Dette resulterer i en for-hindring i dannelsen eller forårsaker dekomponeringen av foru-rensende forbindelser, såsom nitrogenoksyder, karbonmonoksyd, ubrente hydrokarboner og svoveldioksyd, som vanligvis er til-stede i forbrenningsgassene som tømmes ut i atmosfæren.

Fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen kan benyttes til forbrenningsmotorer med forgasser eller med direkte innsprøytning for diselmotorer, turbinmotorer og turbo-j etmotorer.

Til slutt har man funnet at de beste resultater blir oppnådd hvis tomgangsnålen til forgasseren er innstilt slik at den danner en fattig brennstoffblanding og innstillingen av kraftdysen forblir normal. Det er således ikke en utarming av brennstoffblandingen, men en anriking av denne som resulterer i en bedre forgasning og forbrenning ikke bare ved normale turtall for motoren, men også ved tomgangshastig het til tross for en fattig tomgangsinnstilling, og denne fordel er umulig å opp-nå uten innretningen ifølge oppfinnelsen.

Selvfølgelig er oppfinnelsen ikke på noen måte be-grenset til utførelsesformen som er beskrevet og illustrert, men bare utgjør eksempler. Spesielt omfatter den alt teknisk utstyr for de innretninger som er beskrevet og illustrert såvel som kombinasjoner av disse såfremt disse ligger innenfor opp-finnelsens ramme.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å unngå forurensning av atmosfæren av eksosgassene til forbrenningsmotorer, omfattende at vanndamp innføres i en luftinntaksmanifold på motoren og at det i forbrenningskammeret til motoren innmates en resulterende blanding av luft, vanndamp og brennstoff, karakterisert ved at vanndampen føres i kontakt med et element som innbefatter cerium eller germanium like før eller like etter innfør-ingen av vanndampen i luftinntaksmanifolden for å hindre at det i forbrenningskammeret dannes skadelige gasser, såsom karbonmonoksyd og nitrogenoksyder.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strømningshastigheten for dampen som tilsettes til luftinntaksmanifolden avhenger av strømningshastigheten for luften som tilsettes til motorens sylindre.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og/eller 2, karakterisert ved at dampen føres forbi et element som omfatter mellom 0,5 og' 100 % cerium, og fortrinnsvis mellom 36 og 40 % cerium, eller mellom 45 og 80 % germanium, idet den gjenblivende del er et inert substrat.

4. Innretning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge ett eller flere av de foranstående krav, omfattende en dampkilde (9) og en ledning (10, 11) for innføring av en damp i en luftinntaksmanifold (1) på motoren, karakterisert ved at den omfatter et element (11) som består av cerium eller germanium og som er plassert ved gjennomgangskanalen for dampen.

5. Innretning ifølge krav 4,karakterisert v e d at elementet er et gitter (11) som er anordnet på tvers i luftinntaksmanifolden (1) eller et belegg som dekker den indre vegg på inntaksmanifolden (1) over en del av dens lengde eller en tvunnet wire som er plassert i ledningen.

6. Innretning ifølge krav 4 og/eller 5, karakterisert ved at dampinnførselsledningen åpner til luftinntaksmanifolden (1) gjennom en dyse eller injektor (21) som er rettet i samme retning som strømmen som tilsettes til motorens sylindre.