PL179396B1 - S posób i urzadzenie do ograniczania emisji substancji toksycznych w silniku o spalaniu wewnetrznym PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób ograniczania emisji substancji toksycznych w silniku o spalaniu we- wnetrznym, znamienny tym, ze podczas pracy przy malej mocy, wylacza sie stero- wanie wtryskiwaczem (6) paliwa silniko- wego podczas napelniania komory (1) spalania i komore (1) spalania napelnia sie czystym powietrzem sprezonym o wyso- kiej temperaturze, a nastepnie, bezposred- nio po doprowadzeniu sprezonego powie- trza do komory (1) spalania wprowadza sie mala ilosc gazu dodatkowego, korzystnie powietrza pochodzacego ze zbiornika ze- wnetrznego, w którym gaz ten przecho- wuje sie pod bardzo wysokim cisnieniem w temperaturze otoczenia, przy czym gaz ten ogrzewa sie poprzez zetkniecie z masa goracego powietrza sprezonego zawartego w komorze (1) spalania, rozpreza sie ten gaz i zwieksza sie cisnienie panujace w komorze (1) spalania. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do ograniczania emisji substancji toksycznych w silniku o spalaniu wewnętrznym.

Wynalazek dotyczy w szczególności sposobu i urządzenia do ograniczania emisji substancji toksycznych w silnikach o cyklicznym spalaniu wewnętrznym, z niezależną komorą spalania i o stałej pojemności.

Znany jest, na przykład z francuskich zgłoszeń patentowych, numer 9501518 i 9502212, sposób ograniczania szkodliwej emisji w silniku o cyklicznym spalaniu wewnętrznym, oraz urządzenie do ograniczania emisji substancji toksycznych w silnikach o cyklicznym spalaniu wewnętrznym z niezależną komorą spalania o stałej pojemności, w którym komora sprężania, komora spalania i komora rozprężania są utworzone przez trzy części oddzielne i całkowicie niezależne, co umożliwia przystosowanie każdego z trzech elementów do funkcji, która jest mu przeznaczona, bez powstawania wzajemnej interferencji.

Spalanie odbywa się w niezależnej izolowanej komorze o stałej pojemności, dzięki czemu znacząco ogranicza się emisję substancji toksycznych. Komora spalania jest zasilana z pojemnika buforowego sprężonego powietrza, utrzymywanego pod stałym w przybliżeniu ciśnieniem, poprzez przewód, którego otwieraniem i zamykaniem steruje przepustnica. Silnik zawiera wtryskiwacz elektromechaniczny paliwa, przeznaczony do uzyskiwania mieszanki powietrze-paliwo bezpośrednio przed jej wprowadzeniem do komory spalania, zaś cylinder rozprężania jest zaopatrzony w tłok główny, połączony za pomocą korbowodu wałem korbowym, oraz w tłok wtórny, osadzony przeciwległe, którego ruch jest sterowany w taki sposób, iż towarzyszy on tłokowi głównemu na części jego ruchu w dół, aby umożliwić uzyskanie zgodności pomiędzy ciśnieniem początkowym rozprężania od otwarcia przez przepustnicę kanału, który łączy komorę spalania z komorą rozprężania, w minimalnej objętości, a kątami obrócenia wału korbowego i nachylenia korbowodu, które pozwalają na uzyskanie optymalnej średniej siły stycznej rozprężania. Z opisu zgłoszenia patentowego nr 9502212 znany jest także układ do kontroli rozprężania, który pozwala na uzyskiwanie zgodności pomiędzy maksymalnym ciśnieniem rozprężania a kątem obrócenia wału korbowego, co umożliwia powstawanie dużej siły stycznej, zwiększającej dodatkowo ogólną wydajność tego typu silnika.

Jednakże podczas działania w strefie miejskiej, chociaż zmniejszone w bardzo dużym stopniu, pozostają nadal emisje substancji zanieczyszczających.

Sposób ograniczania emisji substancji toksycznych w silniku o spalaniu wewnętrznym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że podczas pracy przy małej mocy, wyłącza się sterowanie wtryskiwaczem paliwa silnikowego podczas napełniania komory spalania i komorę spalania napełnia się czystym powietrzem sprężonym o wysokiej temperaturze, a następnie, bezpośrednio po doprowadzeniu sprężonego powietrza do komory spalania wprowadza się małą ilość gazu dodatkowego, korzystnie powietrza pochodzącego ze zbiornika zewnętrznego, w którym gaz ten przechowuje się pod bardzo wysokim ciśnieniem w temperaturze otoczenia, przy czym gaz ten ogrzewa się poprzez zetknięcie z masą gorącego powietrza sprężonego zawartego w komorze spalania, rozpręża się ten gaz i zwiększa się ciśnienie panujące w komorze spalania.

Szczególnie korzystny jest, jeśli napełnia się niezależną, izolowaną komorę spalania o stałej pojemności i komorę tę napełnia się w każdym cyklu czystym, sprężonym powietrzem o wysokiej temperaturze, pochodzącym ze sprężarki silnika, a następnie do komory spalania o stałej pojemności wprowadza się małą ilość gazu dodatkowego, korzystnie powietrza pochodzącego ze zbiornika zewnętrznego, w którym gaz ten przechowuje się pod bardzo wysokim ciśnieniem w temperaturze otoczenia, przy czym gaz ten rozpręża się do ciśnienia nieco większego od ciśnienia panującego w komorze spalania.

Podczas zwalniań lub hamowań pojazdu, a także przy pracy z dużą mocą, uruchamia się dodatkową sprężarkę wysokociśnieniową, przy czym, przy pracy z dużą mocą steruje się wtryskiwaczem paliwa silnikowego.

Sposób można stosować do konwencjonalnych silników spalinowych i wówczas do komory spalania wprowadza się gorące powietrze sprężone bez paliwa, otrzymane po cyklu sprężania, a następnie do tej komory spalania wprowadza się małą ilość gazu dodatkowego, korzystnie powietrza, pochodzącego ze zbiornika zewnętrznego, w którym gaz ten jest przechowywany pod bardzo wysokim ciśnieniem w temperaturze otoczenia, ogrzewa się ten gaz w zetknięciu z masą gorącego powietrza, zawartą w komorze spalania, rozszerza się ten gaz i zwiększa się ciśnienie, panujące w komorze spalania.

Urządzenie do ograniczania emisji substancji toksycznych w silniku o spalaniu wewnętrznym, z niezależną komorą spalania o stałej pojemności, w którym komora spalania jest połączona, poprzez przewód wyposażony w przepustnicę, z pojemnikiem buforowym sprężonego powietrza, utrzymywanego pod stałym w przybliżeniu ciśnieniem, przy czym silnik zawiera wtryskiwacz elektromechaniczny paliwa, przeznaczony do uzyskiwania mieszanki powietrze-paliwo bezpośrednio przed jej wprowadzeniem do komory spalania, zaś cylinder rozprężania jest zaopatrzony w tłok główny, połączony za pomocą korbowodu z wałem korbowym, oraz w tłok wtórny, osadzony przeciwległe, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do komory spalania przyłączony jest wtryskiwacz elektromechaniczny powietrza, który poprzez zawór redukcyjny jest połączony ze zbiornikiem sprężonego powietrza pod bardzo wysokim ciśnieniem, przy czym zarówno wtryskiwacz paliwa jak i wtryskiwacz są połączone z układami sterującymi, wyłączającymi wtryskiwacz paliwa i uruchamiającymi wtrysldwacz powietrza przy malej mocy silnika.

Zbiornik do przechowywania dodatkowego powietrza sprężonego zawiera otwór do napełniania z zaworem zwrotnym.

Zbiornik zawiera pomocniczy otwór do napełniania, połączony ze sprężarką wysokociśnieniową, która jest korzystnie połączona ze sprzęgłem.

Sposób i urządzenie według wynalazku pozwalają na całkowite wyeliminowanie emisji gazów zanieczyszczających, zwłaszcza w ruchu miejskim, a jednocześnie silnik wymaga niewielkiej mocy.

Podczas działania przy małej mocy wtryskiwacz paliwa silnikowego nie jest już sterowany. W tym przypadku wprowadza się do komory spalania po doprowadzeniu do tej ostatniej sprężonego powietrza bez paliwa, pochodzącego ze sprężarki silnika, małą ilość dodatkowego powietrza, pochodzącego z zewnętrznego zbiornika, w którym przechowywane jest powietrze lub dowolny inny gaz pod bardzo wysokim ciśnieniem. Tę małą ilość sprężonego powietrza, o temperaturze otoczenia, ogrzewa się poprzez jej zetknięcie z masą gorącego powietrza, zawartą w komorze spalania, rozszerza się i zwiększa w wyraźny sposób ciśnienie, panujące w komorze spalania, aby pozwolić na dostarczenie podczas rozprężania pracy napędowej o mocy, dostatecznej do napędzania pojazdu w ruchu miejskim. Regulacja ilości wtryskiwanego powietrza dodatkowego będzie wpływać na dostarczaną moc.

Silnik jest wyposażony w sprężarkę wysokociśnieniową, która jest sprzęgana podczas zwalniań lub podczas działania przy dużej mocy, w celu umożliwienia ponownego naładowania sprężonym powietrzem o bardzo wysokim ciśnieniu zbiornika zewnętrznego, pozwalając w ten sposób na poprawę niezależności przy działaniu bez emisji szkodliwych substancji.

Silnik może zatem pracować przy małych mocach, w strefie miejskiej, bez emisji gazów zanieczyszczających oraz natychmiast - na żądanie - może wytwarzać moce, kompatybilne z normalnym użytkowaniem na drodze, gdy tylko będzie sterowany wtrysk paliwa i gdy przestanie być sterowany wtryskiwacz powietrza dodatkowego.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia w przekroju poprzecznym przykład wykonania wynalazku, zastosowany do silnika spalinowego z niezależną komorą spalania o stałej pojemności w górnym punkcie martwym tłoka głównego przy końcu wydechu, fig. 2 przedstawia ten sam silnik na początku rozprężania, fig. 3 przedstawia schemat instalacji urządzenia według wynalazku w pojeździć.

Figury 1 i 2 przedstawiają urządzenie według wynalazku, zastosowane w silniku o cyklicznym spalaniu wewnętrznym, z niezależną komorą spalania o stałej pojemności, w którym komora 1 spalania jest zasilana z pojemnika buforowego 2 sprężonego powietrza, utrzymywanego pod stałym w przybliżeniu ciśnieniem, zasilanego samemu przez sprężarkę poprzez przewód 3. Przewód 4, którego otwieraniem i zamykaniem steruje przepustnica 5, łączy pojemnik buforowy 2 z niezależną komorą 1 spalania i zawiera wtryskiwacz 6 paliwa silnikowego, przeznaczony do uzyskiwania mieszanki powietrze-paliwo bezpośrednio przed jej wprowadzeniem do komory 1 spalania, gdzie następuje jej zapłon.

Cylinder rozprężania 7 jest wyposażony w tłok główny 8, połączony za pośrednictwem korbowodu 9 z wałem korbowym 10, oraz w przeciwległy tłok wtórny 11, którego ruch jest tu sterowany przez krzywkę 12, napędzaną przez wał korbowy 10, w taki sposób, iż towarzyszy on tłokowi głównemu 8 na części jego ruchu w dół, aby umożliwić uzyskanie zgodności pomiędzy ciśnieniem początku rozprężania - od otwarcia przez przepustnicę 15 kanału 14, który łączy komorę 1 spalania z komorą 16 rozprężania - w minimalnej objętości a kątami obrócenia wału korbowego i nachylenia korbowodu, które pozwalają otrzymać optymalną średnią siłę styczną podczas rozprężania.

Wtryskiwacz 22 dodatkowego sprężonego powietrza jest wstawiony do komory 1 spalania i jest zasilany poprzez zawór redukcyjny ze zbiornika 23 w postaci butli na sprężone powietrze lub dowolny inny kompatybilny gaz pod wysokim ciśnieniem.

Podczas działania przy małej mocy, gdy silnik jest w górnym punkcie martwym cylindra rozprężania (fig. 1), komora 1 spalania zostaje izolowana i mieści masę gorącego sprężonego powietrza, czystego, bez paliwa, przy czym wtryskiwacz 6 paliwa jest wyłączony. Wtryskiwacz 22 powietrza dodatkowego jest otwarty i wprowadza do komory małą ilość masy powietrza dodatkowego, pochodzącego z butli, czyli zbiornika 23 do jego przechowywania pod wysokim ciśnieniem, rozprężoną do ciśnienia, nieco większego od ciśnienia, panującego w komorze 1 spalania. Ta masa powietrza dodatkowego ogrzewa się w zetknięciu z powietrzem sprężonym, zawartym w komorze, rozszerza się i zwiększa ciśnienie początkowe. Po otwarciu kanału 14 (fig.2), powietrze rozprężając się w komorze 16 rozprężania wykonuje pracę. Dzięki dużej wydajności przedstawionego zespołu silnikowego ilość dodatkowego powietrza jest bardzo mała i rzutuje na dostarczaną moc.

Środki do wtryskiwania dodatkowego powietrza do komory spalania mogą być różne, przy czym zalecany jest wtryskiwacz elektromechaniczny, taki jak wtryskiwacz paliwa, który może być łatwiej sterowany, zwłaszcza na początku, przez zainstalowany układ elektroniczny.

Figura 3 przedstawia schemat instalacji urządzenia w pojeździe. Zbiornik 23A do przechowywania dodatkowego powietrza sprężonego pod wysokim ciśnieniem jest zaopatrzony w otwór 24 do napełniania z zaworem zwrotnym, a także w pomocniczy otwór 25 do napełnienia, zasilany przez zainstalowaną na pojeździe małą sprężarkę wysokociśnieniową 26, która jest uruchamiana przez sprzęgło 27 podczas zwalniań i hamowań, zapewniając w ten sposób doskonały hamulec silnikowy, a także podczas ruchu na drodze przy dużej mocy.

Konstrukcja zbiornika, wtryskiwacza powietrza, sprężarki wysokociśnieniowej, jej sprzęgania, zaworów do napełniania i innych zaworów zwrotnych może zmieniać się, nie zmieniając przy tym istoty wynalazku, który nie ogranicza się bynajmniej do opisanych

179 396 i przedstawionych na rysunku przykładów wykonania i jest podatny na liczne warianty wykonawcze, dostępne fachowcowi, w zależności od zamierzonych zastosowań, bez wykraczania poza jego istotę.

Ponadto, ilość wtryskiwanego powietrza dodatkowego, środki wtryskujące, sposób przechowywania sprężonego powietrza, użyty gaz, środki do napełniania zbiornika przechowującego za pomocą znajdującej się na pojeździe sprężarki, działającej podczas zwalniania i hamowania lub w ruchu na drodze i/lub za pomocą pompy w specjalnie wyposażonych stacjach obsługi, bądź też przez wymianę butli magazynującej, mogą zmieniać się, bez żadnego wpływu na istotę wynalazku.

Wynalazek stosuje się w szczególności do silników o cyklicznym spalaniu wewnętrznym, z niezależną komorą spalania o stałej pojemności, zwłaszcza w ruchu miejskim w pojeździe drogowym, a także w przypadku dowolnego innego zastosowania silnika. Znajduje on również zastosowanie w konwencjonalnych silnikach spalinowych.

179 396

A

F1Ł.3

179 396

FIG, 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ograniczania emisji substancji toksycznych w silniku o spalaniu wewnętrznym, znamienny tym, że podczas pracy przy małej mocy, wyłącza się sterowanie wtryskiwaczem (6) paliwa silnikowego podczas napełniania komory (1) spalania i komorę (1) spalania napełnia się czystym powietrzem sprężonym o wysokiej temperaturze, a następnie, bezpośrednio po doprowadzeniu sprężonego powietrza do komory (1) spalania wprowadza się małą ilość gazu dodatkowego, korzystnie powietrza pochodzącego ze zbiornika zewnętrznego, w którym gaz ten przechowuje się pod bardzo wysokim ciśnieniem w temperaturze otoczenia, przy czym gaz ten ogrzewa się poprzez zetknięcie z masą gorącego powietrza sprężonego zawartego w komorze (1) spalania, rozpręża się ten gaz i zwiększa się ciśnienie panujące w komorze (1) spalania.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że napełnia się niezależną, izolowaną komorę (1) spalania o stałej pojemności i komorę tę napełnia się w każdym cyklu czystym, sprężonym powietrzem o wysokiej temperaturze, pochodzącym ze sprężarki silnika, a następnie do komory (1) spalania o stałej pojemności wprowadza się małą ilość gazu dodatkowego, korzystnie powietrza pochodzącego ze zbiornika zewnętrznego, w którym gaz ten przechowuje się pod bardzo wysokim ciśnieniem w temperaturze otoczenia, przy czym gaz ten rozpręża się do ciśnienia nieco większego od ciśnienia panującego w komorze (1) spalania, a następnie gaz ten ogrzewa się poprzez zetknięcie z masą gorącego powietrza sprężonego zawartego w komorze (1) spalania, rozpręża się ten gaz i zwiększa się ciśnienie panujące w komorze (1) spalania.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że podczas zwalniań lub hamowań pojazdu, a także przy pracy z dużą mocą, uruchamia się dodatkową sprężarkę wysokociśnieniową (26), przy czym, przy pracy z dużą mocą steruje się wtryskiwaczem (6) paliwa silnikowego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do komory (1) spalania wprowadza się gorące powietrze sprężone bez paliwa, otrzymane po cyklu sprężania, a następnie do tej komory (1) spalania wprowadza się małą ilość gazu dodatkowego, korzystnie powietrza, pochodzącego ze zbiornika zewnętrznego, w którym gaz ten jest przechowywany pod bardzo wysokim ciśnieniem w temperaturze otoczenia, ogrzewa się ten gaz w zetknięciu z masą gorącego powietrza, zawartą w komorze (1) spalania, rozszerza się ten gaz i zwiększa się ciśnienie, panujące w komorze (1) spalania.
5. 5. Urządzenie do ograniczania emisji substancji toksycznych w silniku o spalaniu wewnętrznym, z niezależną komorą spalania o stałej pojemności, w którym komora spalania jest połączona, poprzez przewód wyposażony w przepustnicę, z pojemnikiem buforowym sprężonego powietrza, utrzymywanego pod stałym w przybliżeniu ciśnieniem, przy czym silnik zawiera wtryskiwacz elektromechaniczny paliwa, zaś cylinder rozprężania jest zaopatrzony w tłok główny, połączony za pomocą korbowodu z wałem korbowym, oraz w tłok wtórny, osadzony przeciwległe, znamienne tym, że do komory (1) spalania przyłączony jest wtryskiwacz (22) elektromechaniczny powietrza, który poprzez zawór redukcyjny jest połączony ze zbiornikiem (23, 23A) sprężonego powietrza pod bardzo wysokim ciśnieniem, przy czym zarówno wtryskiwacz (6) paliwa jak i wtryskiwacz (22) są połączone z układami sterującymi, wyłączającymi wtryskiwacz (6) paliwa i uruchamiającymi wtryskiwacz (22) powietrza przy małej mocy silnika.

   179 396
6. 6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że zbiornik (23, 23A) do przechowywania dodatkowego powietrza sprężonego zawiera otwór (24) do napełniania z zaworem zwrotnym.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że zbiornik (23, 23A) zawiera pomocniczy otwór (25) do napełniania, połączony ze sprężarką wysokociśnieniową (26), która jest korzystnie połączona ze sprzęgłem (27).

   * * *