PL168260B1 - Urzadzenie do wprowadzania mieszanki substancji zawierajacej lantanowce PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do wprowadzania mie- szanki substancji zawierajacej lantanowce, zwlaszcza cer, do komory spalania silnika spa- linowego, zawierajacego pojemnik polaczony z atmosfera, znamienne tym, ze pojemnik (4), zawierajacy suchy, przepuszczalny dla powie- trza wsad (5) zlozony z lantanowców w postaci wlókien i/lub proszku, jest polaczony z atmo- sfera za pomoca otworu (11) usytuowanego w rurze (10), a za posrednictwem kanalu ssacego (8) z kanalem podcisnieniowym (2) albo bez- posrednio z komora spalania silnika (1). Fig 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wprowadzania mieszanki substancji zawierającej lantanowce do komory spalania, zwłaszcza do komory spalania silnika spalinowego z zapłonem iskrowym albo samoczynnym.

Urządzenie tego typu jest znane z opisu patentowego nr DE-A 29 32 603. W znanym urządzeniu mieszanka metali ziem rzadkich rozpylona w roztworze wodnym jest podawana na wlot kolektora wlotowego silnika spalinowego.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia o prostej konstrukcji i budowie, umożliwiającego nieprzerwane doprowadzania do komory spalania silnika spalinowego niewielkich ilości mieszanki albo składnika zawierającego lantanowce, przez dłuższy czas eksploatacji bez konieczności, albo z minimalną potrzebą, wykonywania prac konserwacyjnych lub uzupełniania składników.

Urządzenie do wprowadzania mieszanki substancji zawierającej lantanowce, zwłaszcza cer, do komory spalania silnika spalinowego, zawierające pojemnik połączony z atmosferą, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że pojemnik zawierający suchy, przepuszczalny dla powietrza wsad złożony z lantanowców w postaci włókien i/lub proszku, jest połączony z atmosferą za pomocą otworu usytuowanego w rurze, a za pośrednictwem kanału ssącego z kanałem podciśnieniowym albo bezpośrednio z komorą spalania silnika.

Korzystnie w rurze jest umieszczony co najmniej jeden otwór prowadzący do wsadu.

Korzystnie na drodze przepływu pomiędzy otworem a wsadem znajduje się filtr.

Korzystnie pojemnik jest połączony z kanałem ssącym za pośrednictwem otworu umieszczonego w końcówce ssącej na drugim końcu rury.

Korzystnie w otworze rury albo w jego pobliżu jest umieszczony filtr powietrza.

Korzystnie za filtrem powietrza w rurze znajduje się przepustnica.

Korzystnie pojemnik posiada szczelnie zamknięty otwór wsypowy do odnawiania zapasu wsadu.

Urządzenie do wprowadzania mieszanki substancji zawierającej lantanowce zwłaszcza cer, do komory spalania silnika spalinowego zawierające pojemnik połączony z atmosferą, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze w pojemniku zawierającym suchy, przepuszczalny dla powietrza wsad, złożony z lantanowców, w postaci włókien i/lub proszku, jest osadzone obrotowo koło, napędzane silnikiem posiadające stożkową część, zaopatrzoną w elementy transportujące, przenoszące cząstki lantanowców na obwód koła, w pobliżu którego w ściance pojemnika jest umieszczony otwór ssący rury ssącej.

Korzystnie koło jest osadzone na wale, przechodzącym przez pojemnik i osadzonym w łożyskach, zamontowanych w wewnętrznych ściankach działowych komory wewnętrznej pojemnika.

Korzystnie pojemnik składa się z komory filtra powietrza, komory wewnętrznej i komory napędu, przy czym komora wewnętrzna oddzielona ściankami działowymi od pozostałych dwóch komór, jest połączona z komorą filtra powietrza posiadającą wlotowy otwór, za pośrednictwem otworu usytuowanego w pierwszej ściance działowej, w którym to otworze jest umieszczona membrana stanowiąca przepustnicę, zaś komora napędu jest umieszczona po zewnętrznej stronie drugiej ścianki działowej, a w komorze umieszczony jest silnik napędzający wał.

Korzystnie elementy transportujące stanowią łopatki albo zęby.

Korzystnie wsad stanowi mieszankę substancji o następującym składzie wagowym: 50% tlenku cerowego, od 20% do 26% tlenku lantanowego, pozostałą część stanowią inne lantanowce i/lub ich tlenki.

Korzystnie wsad stanowi mieszankę substancji o następującym składzie wagowym: 90% tlenku cerowego, a pozostałą część stanowią inne lantanowce i/lub ich tlenki.

W rurze urządzenia według wynalazku powstaje ciśnienie niższe od atmosferycznego, indukowane za pomocą przewodu podciśnieniowego. Dzięki takiemu rozwiązaniu dysza zasysa z pojemnika powietrze, które porywa niewielkie ilości cząstek mieszanki wsadowej i przenosi je rurą oraz przewodem podciśnieniowym do komory spalania

Filtr, który jest umieszczony w przepływie pomiędzy dyszą a mieszanką wsadową, działa jak bariera przepływowa dla drobnych cząstek, które mają być zassane do rury i dlatego jego

168 260 większa powierzchnia - zwrócona w kierunku mieszanki wsadowej - zasysa cząstki do rury. Zapobiega to niewłaściwej lokalizacji i eliminuje ryzyko zatkania przewodów.

Wymiary pojemnika na mieszankę wsadową mogą być tak dobrane, żeby jej zapas wystarczył na cały okres eksploatacji silnika spalinowego. W związku z ograniczoną ilością miejsca w nowoczesnych samochodach istnieje również możliwość instalowania pojemników o wymiarach dobranych do ilości mieszanki wsadowej wystarczającej na ograniczony czas eksploatacji, np. odpowiadający przebiegowi 80 000 km dla samochodów osobowych.

W tym ostatnim przypadku pojemnik można instalować w komorze silnikowej samochodów w sposób umożliwiający jego wymianę na inny, z nowym zapasem mieszanki wsadowej.

Urządzenie według wynalazku umożliwia wprowadzanie niewielkich ilości suchej mieszanki albo substancji zawierającej lantanowce do wlotu powietrza silnika spalinowego, dzięki czemu wyeliminowano przewód i uzupełnianie zapasu odpowiedniego rozpuszczalnika, a tym samym konieczność regularnego uzupełniania zapasu rozpuszczalnika w krótkich odstępach czasu i/lub rezerwowanie dodatkowego miejsca potrzebnego na zbiornik z rozpuszczalnikiem w samochodzie. Mieszanka wsadowa ma postać, korzystnie, włókien i/lub proszku. Przy wyborze mieszanek wsadowych do urządzenia według niniejszego wynalazku należy kierować się następującymi dwoma zasadami:

1. Wymiary cząstek materiałów powinny zawierać się w przedziale od 0,25 mm (nr sita 60) aż do 0,5 mikrometra, przy czym korzystnym wymiarem jest 0,048 mm (nr sita 300).

2. Stosowane mieszanki powinny zawierać cer (CeO2) w takiej proporcji procentowej, którą można łatwo uzyskać i która jest uzasadniona ekonomicznie, mając oczywiście na uwadze trudności praktyczne związane z pozyskiwaniem różnych tlenków lantanowców.

W zasadzie udział wagowy ceru w mieszance wsadowej zmienia się od 30% do praktycznie 100%. W poniższym opisie zamieszczono trzy przykłady zalecanych składów procentowych mieszanek.

Dzięki wprowadzeniu niewielkich ilości mieszanki wsadowej do wlotu powietrza następuje zmniejszenie ilości szkodliwych zanieczyszczeń, zwłaszcza CO, CO2, HC i Nox oraz poprawa spalania, wskutek czego uzyskuje się efekt porównywalny z uzyskiwaniem za pomocą przetworników katalitycznych, ale znacznie mniejszym kosztem.

Ważną zaletą urządzenia według niniejszego wynalazku jest możliwość jego montażu na istniejących samochodach, nawet w przypadku gdy nie są napędzane silnikami na paliwo bezołowiowe. Oczywiście urządzenie to może być stosowane w silnikach napędzanych dowolnym konwencjonalnym paliwem do silników spalinowych.

Przewodem podciśnieniowym może być kolektor wlotowy silnika. Jednakże istnieje również możliwość bezpośredniego połączenia przewodu ssącego z komorą spalania. W takim przypadku należy zastosować zawór zwrotny, którego zadaniem jest otwieranie połączenia pojemnika z komorą spalania wyłącznie podczas suwu ssania silnika.

Urządzenie według wynalazku może być używane zarówno w silnikach z zapłonem iskrowym jak i samoczynnym, a także w stacjonarnych silnikach spalinowych.

Zwłaszcza w przypadku jego używania w silnikach z dużą komorą spalania, np. w silnikach lokomotyw, okrętowych lub stacjonarnych, zaleca się przenoszenie cząstek lantanowców za pomocą urządzeń transportujących napędzanych silnikami usytuowanymi w pobliżu otworu ssącego przewodu ssącego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pokazujący rozwiązanie pierwszego przykładu wykonania urządzenia, według wynalazku, połączonego z kolektorem wlotowym silnika spalinowego; fig. 2 przekrój poprzeczny drugiego przykładu wykonania urządzenia, według wynalazku, z pokazanymi szczegółami; fig. 3 - rzut perspektywiczny wspornika montażowego do mocowania urządzenia z fig. 2 na ściance karoserii w komorze silnikowej pojazdu albo podobnego obiektu; a fig. 4 - przekrój poprzeczny przez jeszcze inny przykład wykonania urządzenia według wynalazku.

Na figurze 1 w silniku spalinowym 1 znajduje się kolektor wlotowy 2 i kolektor wylotowy 3.

W pojemniku 4 znajduje się przepuszczalny dla powietrza wsad 5 składający się z mieszanki tlenków lantanowców w postaci włókien albo proszku. W znajdującej się w pojem168 260 niku 4 ponad wsadem 5 przestrzeni 6 usytuowana jest co najmniej jedna przegroda 7. Przestrzeń 6 jest połączona przewodem ssącym 8 z kolektorem wlotowym 2 powietrza. Do pojemnika 4 przymocowana jest rura 10. Jej dolny koniec wchodzi do środka pojemnika 4, do wsadu 5. W znajdującym się wewnątrz pojemnika 4 końcu rury 10, jest otwór 9 prowadzący do wsadu 5 umieszczony w pobliżu dna pojemnika 4. W górnym końcu rury 10 znajduje się otwór 11 prowadzący do atmosfery. Poniżej otworu 11 zainstalowano w rurze 10 filtr powietrza 13 i przepustnicę 12. Zasysane przewodem ssącym 8 powietrze atmosferyczne wpływa otworem 11 i płynie przez otwór w przepustnicy 12, rurą 10 i otworem 9 do wsadu 5, przechodzi przez wsad i opływa przegrodę 7, powodującą zaburzenie przepływu w taki sposób, że powietrze porywa cząstki tlenków lantanowców i przenosi je przewodem ssącym 8 do kolektora wlotowego 2, a następnie do komór spalania w postaci cylindrów silnika spalinowego. Pojemnik 4 można wymieniać na świeżo napełniony po upływie okresu eksploatacji silnika odpowiadającego przebiegowi, np. 80 000 km. Alternatywnym rozwiązaniem jest napełnianie pojemnika 4 przez specjalny otwór, nie pokazany.

Do wymuszania przepływu powietrza przez wsad 5 można wykorzystać, zamiast kolektora wlotowego, dowolny inny przewód podciśnieniowy połączony z komorą spalania, np. przewód ssący gaźnika, przewód ssący układu wtryskowego paliwa, przewód ssący mieszanki paliwowo-powietrznej etc.

W celu zapewnienia ekonomiczności działania układu zaleca się wymuszanie przepływu powietrza przez pojemnik, a następnie do komory spalania, za pomocą energii przepływu wytwarzanej i dostępnej w jakikolwiek sposób w silniku spalinowym, bez korzystania z dodatkowych źródeł energii.

Na figurze 2 takie same części albo części o podobnych funkcjach do elementów z fig. 1 oznaczono takimi samymi numerami.

Rura 10 jest wstawiona w podstawę 16 i przymocowana do niej za pomocą nakrętki 14 stanowiącej obudowę filtra powietrza, otaczającą wkład filtrujący 13 (węgiel w postaci granulatu) wraz z siatką filtrującą 13a. Nakrętka 14 zaciska kołnierz 10a rury 10 na podstawie 16. Pomiędzy podstawą 16 i kołnierzem Da z jednej strony, a nakrętką 14 i podstawą 16 z drugiej strony, znajdują się pierścienie uszczelniające 30, 31. Otwór 11 w nakrętce 14 zapewnia połączenie atmosfery otoczenia z przestrzenią wewnętrzną 1 Ob w rurze 10 za pośrednictwem wtłoczonej w końcówkę rury przepustnicy 12, posiadającej otwór 12a o średnicy np. 0,5 mm. Zmianę zużycia wsadu reguluje się za pomocą zasysanego przez otwór 11 powietrza i średnicy otworu 12a w przepustnicy 12.

W górnym końcu podstawy 16 znajduje się gwintowany łącznik 17, na który nakręcana jest gwintowana końcówka 18, umieszczona w dennej części pojemnika 4. W nieprzelotowym otworze 16a wewnątrz gwintowanego łącznika 17 podstawy 16 osadzony jest dolny koniec 19 cylindrycznej siatki filtrującej 7, umieszczonej na całej głębokości wsadu 5. Siatka filtrująca 7 reguluje przepływ powietrza i cząstek wsadu przez otwór 16a w podstawie 16, a następnie przez końcówkę ssącą 8a do. przewodu ssącego 8 (nie pokazany), który w tym przypadku może być przewodem elastycznym. A zatem po powstaniu w końcówce 8a ciśnienia niższego od ciśnienia atmosferycznego, następuje zassanie z wsadu 5 w pojemniku 4, poprzez siatkę filtrującą 7, otwór nieprzelotowy 16a, otwór 9 i przestrzeń wewnętrzną 1 Ob rury 10, powietrza zawierającego niewielką ilość cząstek tlenków lantanowców, które wpływają następnie do końcówki ssącej 8a, a stamtąd, jak widać na fig. 1, do kolektora wlotowego 2 albo bezpośrednio do komory spalania silnika 1.

Poniżej przedstawiono składy wagowe trzech przykładowych mieszanin zalecanych jako wsady 5 według wynalazku.

Mieszanka 1
tlenek cerowy	45,0%
tlenek lantanowy	22,5%
tlenek neodymowy	17,9%
tlenek praezodymowy	5,7%
tlenek torowy	0,25%

168 260 siarczan w postaci SO3 1,5% inne tlenki (YO23¹, ScO^) 2,0% fosforan w postaci PO3 0,8% wapno i magnez 1,0%

Mieszanka 2 tlenek cerowy 90,0% tlenek lantanowy 2,0 % tlenek neodymowy 1,3% tlenek praezodymowy 0,4% inne tlenki pierwiastków ziem rzadkich 1,0% tlenek torowy 0,25% tlenek żelazowy i glinowy 0,25% wapno i tlenek magnezowy 4,0% dwutlenek krzemu 0,05% fosforan 0,5% siarczan 0,5%

Mieszanka 3 tlenek cerowy 45,6% tlenek lantanowy 22,8% tlenek neodymowy 16,2% tlenek praezodymowy 4,7% inne tlenki pierwiastków ziem rzadkich 5,7«% tlenek torowy 0,2% tlenek żelazowy i glinowy 1,0% wapno 1 tlenek magnezowy 0,2% dwutlenek krzemu 0 ,1% fosforan 0,5% siarczan 1 - 2,0% strata prażenia 0-1,0%

Na figurze 3 pokazano wspornik montażowy 20 do regulowanego przykręcania urządzenia z fig. 2 za pomocą śrub 23 (fig. 2) do ścianki (nie pokazana) w komorze silnikowej samochodu Wspornik montażowy 20 posiada odgiętą część montażową 22 przeznaczoną do mocowania podstawy 16. W części montażowej 22 znajdują się dwie szczeliny 21 w kształcie łuków kołowych o wymiarach umożliwiających przechodzenie przez nie śrub 23, wkręcanych w gwintowane otwory w dnie podstawy 16. Szczeliny 21 umożliwiają odpowiednie usytuowanie kątowe urządzenia względem podstawy 16 podczas montażu, a tym samym względem rury 10, co pozwala na umieszczenie końcówki ssącej 8a w najbardziej korzystnym położeniu względem kolektora wlotowego 2.

Ilość wsadu 5 zależy od wielkości silnika spalinowego i jego zużycia paliwa. Przeprowadzone doświadzenia wykazały, że w silniku benzynowym o pojemności 1000 cm odpowiedni efekt zmniejszenia ilości zanieczyszczeń w gazach wydechowych uzyskuje się przy zużyciu wsadu 1,6 mg/km. Po przejechaniu około 800 km widać korzyści ze stosowania urządzenia i nie obserwuje się żadnego zwiększenia ilości zanieczyszczeń.

Urządzenie według wynalazku może być używane, zwłaszcza zamiast regulowanego przetwornika katalitycznego w silnikach spalinowych na paliwo ołowiowe oraz w silnikach spalinowych, w których zastosowanie regulowanych przetworników katalitycznych jest zbyt drogie.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 4 urządzenie składa się z pojemnika 104, złożonego z komory głównej 134, w której znajduje się wsad 105 w postaci proszku złożonego z lantanowców, komory 136 filtra powietrza, w którym znajduje się materiał filtrujący 113 (np. granulat węgla drzewnego) albo siatka filtrująca oraz otwór 111 do atmosfery oraz komora 138,

168 260 stanowiąca obudowę silnika elektrycznego 124 i napędu 125 Komora 136 filtra powietrznego i komora 138 są oddzielone od komory głównej 134 ściankami działowymi 130 i 132, w których znajdują się łożyska 128 wału 126, napędzanego silnikiem 124. Wewnątrz komór 134, 136 i 138 zazwyczaj panuje ciśnienie atmosferyczne. Komora 136 filtra jest połączona z komorą główną 134 otworami powietrznymi 112, które mogą być przykryte membraną 112a, dociskaną dzięki własnej, sprężystości do otworu 112. Otwór 112 i współdziałająca z nim membrana 112a pełnią rolę przepustnicy.

Nawale 126 osadzone jest koło 120, posiadające część promieniową 120a i część stożkową 120b. Na zewnętrznym obwodzie części stożkowej 120b znajdują się elementy transportujące 122, mające postać łopatek albo zębów. Zamiast łopatek albo zębów można zastosować dowolne inne rozwiązanie, np. karbowaną powierzchnię, umożliwiające porywanie cząstek lantanowców ze wsadu 105 podczas ruchu wspomnianego koła 120 wewnątrz komory głównej 134, a tym samym przenoszenie cząstek lantanowców w pobliże otworu ssącego 109, przechodzącego przez ściankę 126a pojemnika 104 i łączącego się z końcówką przewodu ssącego 108a na przewodzie ssącym 108, np. wężem, jak pokazano na fig.4.

Po uruchomieniu silnika spalinowego, silnik 124 zostanie włączony i zacznie obracać wałem 126 i kołem 120 z małą prędkością obrotową (np. 6 obrotów na minutę). Stożkowa część 120b działa jak skrzydełko albo łopatka wymuszająca przepływ materiału z bocznych części koła 120 ku dołowi, w rejon znajdujący się podjego częścią środkową, w taki sposób, ze cząstki lantanowców są zawsze przenoszone w kierunku elementów transportujących 122 umieszczonych na obwodzie koła 120 do położenia znajdującego się w pobliżu otworu ssącego 109, gdzie są porywane dzięki efektowi ssania występującemu w przewodzie ssącym 108. Zatem, bez względu na okoliczności, zagwarantowany jest przepływ cząstek lantanowców do komór spalania silnika spalinowego.

Urządzenie w przykładzie wykonania pokazanym na fig. 4 jest szczególnie przydatne w dużych silnikach spalinowych, takich jakie są używane w lokomotywach, na statkach oraz jako silniki stacjonarne w elektrowniach lub podobnych instalacjach.

Fig.4

122

104

168 260

Fig. 1

Fig.3

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 1,50 zł

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wprowadzania mieszanki substancji zawierającej lantanowce, zwłaszcza cer, do komory spalania silnika spalinowego, zawierającego pojemnik połączony z atmosferą, znamienne tym, że pojemnik (4), zawierający suchy, przepuszczalny dla powietrza wsad (5) złozony z lantanowców w postaci włókien i/lub proszku, jest połączony z atmosferą za pomocą otworu (11) usytuowanego w rurze (10), a za pośrednictwem kanału ssącego (8) z kanałem podciśnieniowym (2) albo bezpośrednio z komorą spalania silnika (1).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w rurze (10) jest umieszczony co najmniej jeden otwór (9) prowadzący do wsadu (5).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że na drodze przepływu pomiędzy otworem (9) a wsadem (5) znajduje się filtr (7).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że pojemnik (4) jest połączony z kanałem ssącym (8) za pośrednictwem otworu umieszczonego w końcówce ssącej (8a) na drugim końcu rury (10).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w otworze (11) rury (10) albo w jego pobliżu jest umieszczony filtr powietrza (13).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, ze za filtrem powietrza (13) w rurze (10) znajduje się przepustnica (12).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że pojemnik (4) posiada szczelnie zamknięty otwór wsypowy do odnawiania zapasu wsadu (5).
8. 8. Urządzenie do wprowadzania mieszanki substancji zawierającej lantanowce zwłaszcza cer, do komory spalania silnika spalinowego zawierające pojemnik połączony z atmosferą, znamienne tym, że w pojemniku (104) zawierającym suchy, przepuszczalny dla powietrza wsad (5), złożony z lantanowców, w postaci włókien i/lub proszku, jest osadzone obrotowo koło (120), napędzane silnikiem (24), posiadające stożkową część (20b), zaopatrzoną w elementy transportujące (122), przenoszące cząstki lantanowców na obwód koła (120), w pobliżu którego w ściance (126a) pojemnika (104) jest umieszczony otwór ssący (109) rury ssącej (108).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że koło (120) jest osadzone na wale (126), przechodzącym przez pojemnik (104) i osadzonym w łożyskach (128), zamontowanych w wewnętrznych ściankach działowych (130, 132) komory wewnętrznej (134) pojemnika (104).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że pojemnik (104) składa się z komory (136) filtra powietrza, komory wewnętrznej (134) i komory napędu (138), przy czym komora wewnętrzna (134) oddzielona ściankami działowymi (130, 132) od pozostałych dwóch komór (136), (138) jest połączona z komorą (136) filtra powietrza posiadającą wlotowy otwór (111), za pośrednictwem otworu (112) usytuowanego w pierwszej ściance działowej (130), w którym to otworze (112) jest umieszczona membrana (112a) stanowiąca przepustnicę, zaś komora napędu (138) jest umieszczona po zewnętrznej stronie drugiej ścianki działowej (132), a w komorze (138) umieszczony jest silnik (124) napędzający wał (126).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że elementy transportujące (122) stanowią łopatki albo zęby.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 1 albo 8, znamienne tym, ze wsad (5) stanowi mieszankę substancji o następującym składzie wagowym: 50% tlenku cerowego, od 20% do 26% tlenku lantanowego, pozostałą część stanowią inne lantanowce i/lub ich tlenki.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 1 albo 8, znamienne tym, że wsad (5) stanowi mieszankę substancji o następującym składzie wagowym: 90% tlenku cerowego, a pozostałą część stanowią inne lantanowce i/lub ich tlenki.

    iji if? ifi

    168 260