NO179718B - Anordning for innföring av partikler av en sjelden jordart i et forbrenningskammer - Google Patents

Abstract

En innretning for innføring av en liten mengde av en blanding eller sammensetning av sjeldne jordarter i forbrenningskammeret i en forbrenningsmotor (1) omfatter en beholder (4) som inneholder en tørr, luftgjennomtrengelig fylling (5) av fibrer og/eller et pulver som inneholder sjeldne jordarter, hvor beholderen (4) via en åpning (11) kommuniserer med atmosfæren, og via en sugeledning (8) kommuniserer med en vakuumledning (2) som er forbundet med motorens (1) forbrenningskammer.

Description

Oppfinnelsen angår en anordning ved en forbrenningsmotor, for innføring av en liten mengde av en blanding eller sammensetning som inneholder en sjelden jordart, særlig med cerium, i motorens forbrenningskammer, i hvilken en beholder som inneholder en tørr fylling av en sjelden jordart, står i forbindelse med atmosfæren via en åpning og med motorens forbrenningskammer via en sugeforbindelse, slik at atmosfærisk luft som strømmer gjennom beholderen, opptar og transporterer sjeldne jordartpartikler fra fyllingen.

En slik anordning er kjent fra EP-A-0 329 828. I den kjente anordning transporteres metallpartikler av en sjelden jordart ved hjelp av atmosfærisk luft inn i luftinntaksmanifolden i en forbrenningsmotor hvor den atmosfæriske luft fuktes ved hjelp av vann fra en beholder. Den kjente anordning arbeider ikke effektivt når det ikke finnes noe vann i den fuktende beholder. I den kjente anordning må således vann påfylles regelmessig i beholderen, hvilket imidlertid ofte ikke gjøres i praksis.

Fra NO 141 698 (svarer til DE-OS 2 551 315) er det videre kjent en innretning for å unngå forurensning av atmosfæren av eksosgassene fra forbrenningsmotorer. I denne innretning tilføres vanndamp til motorens forbrenningskammer via et ceriumgitter. Vannet må oppvarmes for å produsere vanndampen for transport av ceriumpartikler som tas fra gitteret, inn i forbrenningskammeret. Problemet er også her at vann må påfylles regelmessig for å frembringe vanndampen.

Formålet med oppfinnelsen er å forbedre effektiviteten av en anordning av den angitte type uten å benytte noe vann. Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at beholderens fylling er luftgjennomtrengelig og er i form av fibrer og/eller pulver.

Med anordningen ifølge oppfinnelsen oppnås at en blanding eller sammensetning av en sjelden jordart kan innføres kontinuerlig i små mengder i forbrenningskammeret i en forbrenningsmotor under en lang driftsperiode uten eller med et minimum av vedlikehold og påfyllingsarbeid.

Åpningen til atmosfæren er fortrinnsvis dannet av den ene ende av et rør som står i forbindelse med fyllingen via minst én åpning, hvor et luftfilter kan være anordnet i røret nær

åpningen, og hvor en struper er anordnet nedstrøms av luftfilteret inne i røret.

I en anordning ifølge oppfinnelsen blir et trykk under atmosfæretrykket forårsaket i røret ved hjelp av suge- eller vakuumledningen. Derved suges luft fra beholderen via åpningen, hvilket befordrer en liten mengde partikler av fyllingen via røret og vakuumledningen inn i forbrenningskammeret.

Et filter, som kan være anordnet i strømningsbanen mellom åpningen og fyllingen, virker som en strømningsbarriere for å findele partiklene som skal suges inn i røret, og for derved å fastlegge en forstørret overflate, - den filteroverflate som vender mot fyllingen - for innsuging av partiklene i røret. Dette unngår utilbørlig lokalisering og fare for tilstopping. Filteret er fortrinnsvis utformet som en filterskjerm i en sylindrisk form som er anordnet på tvers av røret og med sin ene ende eller "fot" står i forbindelse med åpningen i røret.

Beholderen kan være dimensjonert for en fylling som er tilstrekkelig for forbrenningsmotorens hele levetid. Da plassen i moderne biler er begrenset, kan det også være installert en beholder som er dimensjonert for en fylling som er tilstrekkelig for en begrenset driftstid, f.eks. svarende til en kjørestrekning på 80.000 km for en passasjerbil.

Beholderen kan være utskiftbart anordnet i motorrommet på en bil for å utskiftes med en ny beholder i det sistnevnte tilfelle. Beholderen kan også ha en påfyllingsåpning for fornyelse av fyllingen.

Anordningen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å tilføye en liten mengde av en blanding eller sammensetning av en sjelden jordart i tørr tilstand til luftinntaket i en forbrenningsmotor, idet man unngår medbringelse og påfylling av et løsningsmiddel, og dermed unngår nødvendigheten av regelmessig påfylling av løsningsmiddel etter korte tidsperioder, og/eller ytterligere plass som er nødvendig for en løsningsmiddelbeholder i en bil.

Som nevnt, er fyllingen i fiber- og/eller pulverform. Følgende to synspunkter bør bestemme valget av den fylling som skal benyttes i oppfinnelsen: 1. Partikkelstørrelsen av materialene ligger i området fra 0,25 mm (60 mesh) ned til så lite som 0,5 pm, idet en størrelse på 0,048 mm (300 mesh) representerer en fore-trukket størrelse. 2. i enda mer generelle vendinger må man være klar over at de benyttede sammensetninger bør inneholde en prosent-andel av cerium (Ce02) som er så høy som hva som lett-vint og økonomisk kan oppnås, dette selvsagt med hen-blikk på de praktiske vanskeligheter som er forbundet med separasjon av de forskjellige sjeldne jordartoksider.

Ceriuminnholdet i vektprosent i blandingen varierer hovedsakelig fra 30% opp til praktisk talt 100%. Tre eksempler på foretrukne sammensetninger er gitt i den etterfølgende, nærmere beskrivelse.

Ved å innføre en liten mengde av blandingen i luftinntaket, reduseres de skadelige forurensninger, spesielt reduseres forurensningene av CO, C02, HC og N0X, og forbrenningen forbedres slik at det oppnås en virkning som kan sammenliknes med virknin-gen av en styrt, katalytisk omformer, men til en mye lavere pris.

Det er en vesentlig fordel ved en anordning ifølge oppfinnelsen at den kan monteres i eksisterende biler, selv når de drives av motorer som benytter blyfritt brennstoff. Anordningen kan selvsagt benyttes i motorer som drives av hvilke som helst andre konvensjonelle brennstoffer for forbrenningsmotorer.

Vakuumledningen kan være motorens inntaksmanifold. Det er imidlertid også mulig å forbinde sugeledningen direkte med forbrenningskammeret. I dette tilfelle må det være anordnet en tilbakeslagsventil for å sikre at beholderen kommuniserer med forbrenningskammeret bare under motorens inntaksperiode.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan likeledes anvendes i gnisttennings- eller kompresjonstenningsmotorer, og også i stasjonære forbrenningsmotorer.

Særlig ved anvendelser for store forbrenningsmotorer, såsom lokomotiv- og skipsmotorer eller stasjonære motorer, foretrekkes det å transportere de sjeldne jordartpartikler ved hjelp av en motordrevet transportanordning i nærheten av suge-ledningens sugeåpning.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene som viser utførelser av oppfinnelsen, og der fig. 1 er et riss som viser en første utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen forbundet med inntaksmanifolden til en forbrenningsmotor, fig. 2 viser et mer detaljert snittriss av en annen utførelse ifølge oppfinnelsen, fig. 3 viser et perspektivriss av en monteringsbrakett for montering av anordningen på fig. 2 på husveggen i et motorrom i et kjøretøy eller liknende, og fig. 4 viser et snittriss av enda en annen utførelse.

På fig. 1 har en f orbrenningsmotor 1 en inntaksmanif old 2 og en utløpsmanifold 3.

En beholder 4 inneholder en luftgjennomtrengelig fylling 5 av en blanding av sjeldne jordartoksider i fiber- eller pulverform. Et rom 6 over fyllingen i beholderen har minst én strømningsbarriere 7 og står via en sugeledning 8 i forbindelse med luftinntaksmanifolden eller luftinntaksgrenrøret 2. Et rør 10, som er festet til beholderen og har en nedre ende som strekker seg inne i beholderen og fyllingen 5, har en åpning 9 ved den innvendige ende av røret som står i forbindelse med fyllingen 5 nær bunnen av beholderen 4, og en øvre ende med en åpning 11 mot atmosfæren. Nedstrøms av åpningen 11 er et luftfilter 13 og en struper 12 innbygget i røret 10. Atmosfærisk luft som suges via sugeledningen 8, går inn gjennom åpningen 11 og strømmer via strupeboringen 12, røret 10 og åpningen 9 inn i fyllingen 5, passerer den nevnte fylling og strømningsbarrieren 7, hvor en turbulent bevegelse bibringes luften slik at partiklene av sjeldne jordartoksider tas opp av luften og transporteres gjennom sugeledningen 8 inn i luftinntaksmanifolden 2 og deretter inn i forbrenningskamrene i forbrenningsmotorens sylindere. Beholderen 4 kan utskiftes med en nypåfylt beholder etter en driftsperiode for motoren som svarer til f.eks. 80 000 km. Alternativt kan beholderen fylles på nytt gjennom en ikke vist påfyllingsåpning.

I stedet for luftinntaksmanifolden 2 kan hvilken som helst annen vakuumledning som står i forbindelse med forbrenningskammeret, velges for transport av luft gjennom fyllingen 5, for eksempel vakuumledningen til en forgasser, en vakuumledning i et brennstoffinnsprøytingssystem, en inntaksledning for en

blanding av luft og brennstoff, etc.

For å muliggjøre økonomisk drift, foretrekkes det at ingen ytterligere energi benyttes for transporten av luft gjennom beholderen og inn i f orbrenningskammeret, men at den strømnings-energi som likevel produseres og er tilgjengelig i en forbrenningsmotor, benyttes.

På fig. 2 er like deler eller deler som har en liknende virkning som de på fig. 1, betegnet med samme henvisningstall.

Et rør 10 er innført i en bunndel 16 og festet til denne ved hjelp av en kapselmutter 14 som danner et luftfilterhus for inneslutning av et filtermateriale 13 (filterkarbonkorn) i samvirke med en filterskjerm 13a. Skrulokket 14 fastklemmer en flens 10a på røret 10 mot bunndelen 16. Mellom bunndelen 16 og flensen 10a på den ene side og kapselmutteren 14 og bunndelen 16 på den annen side er det innført ringformede tetninger 30, 31. En åpning 11 i kapselmutteren 14 tilveiebringer kommunikasjon mellom den omgivende atmosfære og et indre rom 10b i røret 10 via en struper 12 som er presspasset inn i enden av røret og har en strupeboring 12a hvis diameter er f.eks. 0,5 mm. Variasjon i fyllingsladning som forbrukes, styres av den luftstrøm som suges gjennom åpningen 11 og strupeboringen 12a.

På sin øvre ende har basisdelen 16 et gjenget koplingsstykke 17 på hvilket et gjenget boss 18 på beholderens 4 bunnende er påskrudd. I en blindboring 16a inne i bunndelens 16 koplingsstykke 17 er den nedre ende 19 av en sylindrisk formet filterskjerm 7 innført, idet filterskjermen 7 passerer gjennom den totale dybde eller tykkelse av fyllingen 5. Filterskjermen 7 styrer strømmen av luft og fyllingspartikler gjennom boringen 16a i bunndelen 16 og videre gjennom to åpninger 9 inn i røret 10 som via et sugefremspring 8a er koplet til sugeledningen 8 som i dette tilfelle kan være dannet av en ikke vist, fleksibel slange. Ved anvendelse av et trykk som er lavere enn atmosfæretrykket, vil således luft som inneholder en liten mengde partikler av sjeldne jordartoksider, via sugefremspringet 8a bli sugd fra fyllingen 5 i beholderen 4 gjennom filterskjermen 7, blindborin-gen 16a, åpningene 9 og rørets innerrom 10b inn i sugef remsprin-get 8a, og derfra ifølge fig. 1 inn i inntaksmanifolden 2 eller direkte inn i motorens 1 forbrenningskammer.

Følgende analyser gir vektsammensetningene av tre eksempler på foretrukne blandinger for benyttelse som fyllinger 5 i oppfinnelsen.

Fig. 3 viser en monteringsbrakett 20 for stillskruetil-kopling av anordningen på fig. 2 ved hjelp av skruer 23 (fig. 2) på en vegg (ikke vist) i motorrommet i en bil. Monterings-braketten 20 har et forkrøppet støtteparti 22 for å understøtte bunnen av bunndelen eller fundamentet 16. To slisser 21 som har form av en bue av en felles sirkel, er dimensjonert for å tillate passering av skruer 23 som er innskrudd i gjengede boringer i bunnen av bunndelen 16. Slissene 21 tillater stillbar montering av anordningen i ønskede dreiestillinger av bunndelen 16 og dermed av røret 10, for å bringe sugefremspringet 8a i den mest gunstige stilling for tilkopling til inntaksmanifolden 2.

Mengden av fyllingen 5 er avhengig av forbrenningsmotorens størrelse og brennstoff-forbruk. Eksperimenter har vist at det i en bensinmotor på 1000 cm<3> bør være påfylt ca. 1,6 mg/km for å oppnå den ønskede virkning med tilstrekkelig reduksjon av forurensningene fra avløpsgassen. Etter en kjørestrekning på ca. 800 km er fordelene med anordningen åpenbare og ingen økning av fordeler synes å opptre.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan spesielt anvendes i stedet for en styrt katalytisk omformer i forbrenningsmotorer som benytter blyholdig brennstoff, og i forbrenningsmotorer hvor bruken av en styrt katalytisk omformer ville være altfor kostbart.

Den på fig. 4 viste utførelse omfatter en beholder 104 som har en husdel 134 som inneholder en fylling 5 av et pulver av sjeldne jordarter, en luftfilterdel 136 som inneholder et filtermateriale 113 (f.eks. aktivkullkorn) eller filterduk, og som har en åpning 111 til atmosfæren, og en drivdel 138 som rommer en elektrisk motor 124 med en overføring 125. Luftfilter-delen 136 og drivdelen 138 er hver atskilt fra husdelen 134 ved hjelp av skillevegger 130 hhv. 132 som omfatter lagre 128 for opplagring av en sentral aksel 126 som drives av motoren 124. Innersidene av delene 134, 136 og 138 står normalt under atmosfæretrykk. Filterdelen 136 er forbundet med husdelen 134 ved en luft åpning 112 som kan være dekket av en membran 112a som presses mot åpningen 112 ved hjelp av fjærkraft som er iboende i membranen. Åpningen og den samvirkende membran virker som en

strupeanordning.

På den sentrale aksel 126 er det festet et hjul 120 som har en radial del 120a og en konisk del 120b. Ved den ytre omkrets av den koniske del 120b er transportanordninger 122 i form av skovler eller tenner anordnet rundt omkretsen av hjulet 120. I stedet for skovler eller tenner kan det være anordnet hvilke som helst andre anordninger, for eksempel oppskrubbede overflater, som er i stand til å ta opp sjeldne jordartpartikler fra fyllingen 105 når hjulet 120 beveger seg gjennom husdelen 134, og dermed transporterer de sjeldne jordartpartikler i nærheten av en sugeåpning 109 som passer gjennom beholderens 104 vegg 126 og står i forbindelse med et sugelednings-koplingsstykke 108a for kommunikasjon med en sugeledning 108, for eksempel en slange som vist på fig. 4.

Når forbrenningsmotoren startes, vil motoren 124 bli aktivert og dermed roterer akselen 126 og hjulet 120 med lav hastighet (f.eks. 6 rpm). Den koniske del 120b virker som en vinge eller skovl som tvinger materialet til å strømme fra sidene av hjulet 120 til dettes bunn i et område under den sentrale del av hjulet 120, slik at sjeldne jordartpartikler alltid transporteres av transportanordningen 122 på hjulets 120 omkrets til et sted nær sugeåpningen 109 hvor partiklene tas opp ved hjelp av sugevirkningen inne i sugeledningen 108. Det sikres således under alle omstendigheter at sjeldne jordartpartikler avgis inne i forbrenningsmotorens forbrenningskamre.

Utførelsen på fig. 4 er særlig effektiv i store forbrenningsmotorer slik de benyttes i lokomotiver og skip og som stasjonære motorer for kraftanlegg eller liknende.

Claims (13)

1. Anordning ved en forbrenningsmotor, for innføring av en liten mengde av en blanding eller sammensetning som inneholder en sjelden jordart, særlig med cerium, i motorens forbrenningskammer, i hvilken en beholder (4; 104) som inneholder en tørr fylling (5; 105) av en sjelden jordart, står i forbindelse

med atmosfæren via en åpning (11; 111) og med motorens (1) forbrenningskammer via en sugeforbindelse (8; 108), slik at atmosfærisk luft som strømmer gjennom beholderen, opptar og transporterer sjeldne jordartpartikler fra fyllingen, KARAKTERISERT VED at fyllingen er luftgjennomtrengelig og er i form av fibrer og/eller pulver.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at åpningen (11) til atmosfæren er anordnet ved den ene ende av et rør (10) som har minst én åpning (9) som står i forbindelse med fyllingen (5).

3. Anordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at et filter (7) er anordnet i strømningsbanen mellom åpningen (9) og fyllingen (5).

4. Anordning ifølge krav 2 eller 3, KARAKTERISERT VED at kommunikasjonen mellom beholderen og sugeforbindelsen (8) er tilveiebrakt via en ytterligere åpning (ved 8a) ved rørets (10) andre ende.

5. Anordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at et luftfilter (13) er anordnet i eller nær rørets (10) ene åpning (11).

6. Anordning ifølge ett av kravene 2-5, KARAKTERISERT VED at en struper (12) er anordnet nedstrøms av luftfilteret (13) i røret (10).

7. Anordning ifølge ett av kravene 1-6, KARAKTERISERT VED at beholderen (4) er utskiftbart anordnet i motorrommet på en bil og/eller har en på tettende måte lukket påfyllingsåpning for fornyelse av fyllingen (5).

8. Anordning ifølge ett av kravene 1-7, KARAKTERISERT VED at fyllingen (5) er en blanding mellom følgende vektdeler: ca. 50% ceriumoksid, 20 til 26% lantanoksid, og resten bestående av andre sjeldne jordarter og/eller oksider av disse.

9. Anordning ifølge ett av kravene 1-7, KARAKTERISERT VED at fyllingen (5) er en blanding av følgende vektdeler: 90% ceriumoksid og resten bestående av andre sjeldne jordarter og/eller oksider av disse.

10. Anordning ifølge ett av kravene 1, 7, 8 eller 9, KARAKTERISERT VED at det inne i beholderen (104) er roterbart anordnet et hjul (120) omfattende en transportanordning (120b, 122) for transport av sjeldne jordartpartikler rundt hjulets omkrets, idet hjulet (120) er drevet av en motor (124), og at en sugeåpning (109) av sugeforbindelsen (108) er anordnet i beholderens (104) vegg (126) nær hjulets omkrets.

11. Anordning ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at hjulet (120) er festet på en aksel (126) som passerer gjennom beholderen (104) og er opplagret i lagre (128) som er montert i lagerskjermer (130, 132) som danner indre skillevegger av en innerdel (134) av beholderen som rommer blandingen eller sammensetningen av sjeldne jordarter.

12. Anordning ifølge krav 10 eller 11, KARAKTERISERT VED at beholderen (104) omfatter en luftfilterdel (136) som er beliggende på yttersiden av den ene (130) av de nevnte lagerskjermer, og som har den nevnte åpning (111) til atmosfæren og er forbundet med innerdelen (134) ved en åpning (112) som kan være strupt, og en drivdel (138) som er beliggende på yttersiden av den andre (132) av lagerskj ermene og som rommer den nevnte motor (124) for drivakselen (126).

13. Anordning ifølge ett av kravene 10-12, KARAKTERISERT VED at transportanordningene (122) er formet som skovler, tenner eller liknende anordninger som tillater opp-takelse av en liten mengde av sjeldne jordartpartikler når hjulet (120) beveges gjennom beholderen (134), og å bringe den til en stilling nær den nevnte sugeåpning (109).