PL241101B1 - Układ paliwowy silnika spalinowego - Google Patents

Abstract

Układ paliwowy silników spalinowych, zawierający zbiornik paliwowy, pompę niskiego ciśnienia, filtry, pompę wysokiego ciśnienia, przewody niskiego i wysokiego ciśnienia oraz wtryskiwacz, którego elementy pokryte są materiałem katalitycznym, charakteryzuje się tym, że zbiornik paliwowy (1) i/lub przewody niskiego ciśnienia (5) i/lub przewody wysokiego ciśnienia (6) pokryte są niskotemperaturowym materiałem katalitycznym. Korzystnie układ ma zasobnik pokryty i/lub wypełniony niskotemperaturowym materiałem katalitycznym oraz komorę (8), w której umieszczony jest niskotemperaturowy materiał katalityczny w postaci kulek, pociętego drutu. Komora (9) usytuowana jest w króćcu łączącym przewód wysokiego ciśnienia (6) z wtryskiwaczem (7) albo w korpusie wtryskiwacza (7) lub zasobniku. Niskotemperaturowym materiałem katalitycznym jest katalizator na osnowie miedzi: cynk - chrom - miedź, modyfikacja katalizatora miedziowego tlenkiem ceru CeO2, stop CuO/CeO2. Układ paliwowy silników spalinowych, zawierający zbiornik paliwowy, pompę niskiego ciśnienia, filtry, pompę wysokiego ciśnienia, przewody niskiego i wysokiego ciśnienia oraz wtryskiwacz, którego elementy pokryte są materiałem katalitycznym, charakteryzuje się tym, że ma komorę (9), w której umieszczony jest niskotemperaturowy materiał katalityczny w postaci kulek, pociętego drutu. Komora (9) usytuowana jest w króćcu łączącym przewód wysokiego ciśnienia (6) z wtryskiwaczem (7) lub w korpusie wtryskiwacza (7) lub w zasobniku.

Description

PL 241 101 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ paliwowy silnika spalinowego o zmniejszonym zużyciu paliwa oraz obniżonej toksyczności spalin. Może on być stosowany zarówno do silników spalinowych jak i innych urządzeń w których występuje rozpylanie i spalanie paliw płynnych.

Klasyczne układy paliwowe silników spalinowych składają się ze zbiornika paliwowego, pompy niskiego ciśnienia, filtrów, pompy wysokiego ciśnienia, przewodów niskiego i wysokiego ciśnienia oraz wtryskiwacza. W akumulatorowych układach wtryskowych stosowany jest zasobnik paliwa. Z opisów patentowych znane są wtryskiwacze stanowiące element układu paliwowego, których elementy pokryte są materiałem katalitycznym w celu zmniejszenia zużycia paliwa. Z opisu patentowego PL 205428 znany jest wtryskiwacz paliwa, który na powierzchni dolnej niepracującej części iglicy ma co najmniej dwa kanały w postaci linii śrubowej, przy czym na powierzchni dolnej niepracującej części iglicy naniesiony jest materiał katalityczny w postaci metalu z grupy platynowej. Z opisu PL 205429 znany jest wtryskiwacz paliwa, w którym powierzchnia dolnej niepracującej części iglicy posiada elementy zwiększające jej powierzchnie, w postaci kawałków pociętych drutów i pokryta jest materiałem katalitycznym, którym jest metal z grupy platynowej. Z opisu patentowego PL 220085 znany jest wtryskiwacz paliwa, w którym zastosowano element dodatkowy umieszczony pomiędzy iglicą a korpusem rozpylacza. Ten dodatkowy element w postaci cienkościennego cylindra lub w postaci sprężyny, spirali czy w postaci porowatej konstrukcji oraz niepracująca część iglicy pokryte są materiałem katalitycznym, przy czym powierzchnie iglicy i dodatkowego elementu mają chropowatą, śrubową lub fałdowaną powierzchnię umożliwiającą turbulizację przepływającego paliwa. Umiejscowienie materiału o działaniu katalitycznym na elementach rozpylacza paliwowego, które mają ograniczoną powierzchnię zmniejsza efektywność wykorzystania katalizatora. Należy też zwrócić uwagę i na to, że efektywność katalizatora jest uzależniona i od warunków temperaturowych i jest wyższa przy większych temperaturach. Ze względu na to, że największe temperatury elementów silników spalinowych (w zależności od warunków obciążenia temperatura ta sięga wartości 500K - Jan A. Wajand, Jan T. Wajand, Tłokowe Silniki Spalinowe, WNT, Warszawa, 2005) występują w komorze spalania, która stanowi objętość ograniczoną tuleją cylindrową, tłokiem i głowicą w której umiejscowiony jest rozpylacz wtryskiwacza paliwowego, zastosowanie materiałów katalitycznych w rozpylaczu jest uzasadnione właśnie zależnością efektywności katalizatora od temperatury, natomiast zakres tych temperatur implikuje zastosowanie ograniczonej ilości materiałów katalitycznych - niskotemperaturowych, przede wszystkim katalizatorów metalicznych z grupy platynowców - platyna, pallad, rod, iryd oraz katalizatorów na osnowie miedzi (cynk - chrom - miedź, modyfikacja katalizatora miedziowego tlenkiem ceru CeO2, stop CuO/CeO2). Naniesienie katalizatorów metali grupy platynowców na elementy rozpylacza paliwowego, i uzyskanie w ten sposób wstępnej obróbki paliwa, nie stanowi problemu natury technicznej - w tym celu mogą być zastosowane metody implantacji jonowej czy stopowania elektroiskrowego (Klyus O. Analiza procesu wstępnej obróbki paliw we wtryskiwaczach silników polskiej floty rybackiej. Logistyka, Radom, 2011). Natomiast katalizatory na osnowie miedzi nie nadają się do zastosowania bezpośrednio w korpusie rozpylacza ze względu na to, że sposób naniesienia katalizatora powinien uwzględnić jego trwałe połączenie z podłożem gdyż warunki dynamicznego przepływu paliwa wzdłuż powierzchni na których jest naniesiony katalizator charakteryzują się wysokim ciśnieniem.

Układ paliwowy silnika spalinowego, według wynalazku, składający się z podukładu niskiego ciśnienia zawierającego zbiornik paliwowy, pompę niskiego ciśnienia, filtry, przewody niskiego ciśnienia i podukładu wysokiego ciśnienia zawierającego pompę wysokiego ciśnienia, przewody niskiego i wysokiego ciśnienia oraz wtryskiwacz, którego iglica pokryta jest wysokotemperaturowym materiałem katalitycznym, charakteryzuje się tym, że ma komorę, w podukładzie niskiego ciśnienia, w której umieszczony jest niskotemperaturowy materiał katalityczny w postaci kulek, pociętego drutu. Komora usytuowana jest w króćcu łączącym przewód wysokiego ciśnienia z wtryskiwaczem albo w korpusie wtryskiwacza albo w zasobniku (w układach akumulatorowych). Korzystnie zbiornik paliwowy i/lub przewody niskiego ciśnienia i/lub przewody wysokiego ciśnienia pokryte są niskotemperaturowym materiałem katalitycznym. W przypadku układów typu akumulatorowego zasobnik jest pokryty niskotemperaturowym materiałem katalitycznym i/lub jest wypełniony niskotemperaturowym materiałem katalitycznym. Wypełnienie zasobnika ma zapewnić jak największą powierzchnię kontaktu paliwa z materiałem katalitycznym oraz nie może ograniczać nadmiernie przepływu paliwa, korzystnie ma postać kulek, ciętego drutu. Niskotemperaturowym materiałem katalitycznym jest katalizator na osnowie miedzi: cynk - chrom - miedź, modyfikacja katalizatora miedziowego tlenkiem ceru CeO2, stop CuO/CeO2.

PL 241 101 B1

Paliwa płynne składają się z grup węglowodorowych z których najliczniejszą stanową węglowodory parafinowe (CnH2n+2). Przy zastosowaniu kontaktu paliwa z materiałem katalitycznym zachodzą reakcje odwodornienia, w wyniku czego węglowodory grupy parafinowej przechodzą do grupy olefinowej (CnH2n) z wydzieleniem wolnego wodoru (H2). Oprócz tego katalizator umożliwia zmniejszenie energii aktywacji paliwa. W konsekwencji doprowadza to do zmniejszenia okresu opóźnienia samozapłonu, a więc obniżenia maksymalnych temperatur cyklu, zaś wolny wodór sprzyja pełniejszemu procesu wypalania paliwa w komorze spalania. To wszystko warunkuje obniżenie poziomu emisji związków toksycznych w gazach spalinowych (przede wszystkim tlenków azotu) oraz zwiększeniu sprawności obiegu termodynamicznego (zmniejszeniu zużycia paliwa).

Dzięki zwiększeniu powierzchni kontaktu paliwa z materiałem katalitycznym, zwiększa się efektywność oddziaływania katalizatora na paliwo powodując zmniejszenie energii aktywacji paliwa przed wtryskiwaczem oraz dodatkowe zmniejszenie energii aktywacji i uzyskanie reakcji odwodnienia bezpośrednio we wtryskiwaczu przed rozpylaniem paliwa do komory spalania.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu paliwowego, w którym komora usytuowana jest w króćcu łączącym przewód wysokiego ciśnienia z wtryskiwaczem, fig. 2 przedstawia schemat układu paliwowego, w którym komora usytuowana jest w korpusie wtryskiwacza, fig. 3 przedstawia schemat układu paliwowego, w którym komorę stanowi zasobnik paliwa.

P r z y k ł a d 1

Układ paliwowy silnika spalinowego składa się ze zbiornika paliwowego 1, pompy niskiego ciśnienia 2, filtra 3, pompy wysokiego ciśnienia 4, przewodów niskiego ciśnienia 5, przewodów wysokiego ciśnienia 6 oraz wtryskiwacza 7 połączonych ze sobą przez króciec 8. Wtryskiwacz 7 na powierzchni dolnej niepracującej części iglicy ma kanały w postaci linii śrubowej, przy czym na powierzchni dolnej niepracującej części iglicy naniesiony jest materiał katalityczny w postaci metalu z grupy platynowej.

Wnętrze zbiornika paliwowego 1, przewodów niskiego ciśnienia 5, przewodów wysokiego ciśnienia 6 pokryte jest materiałem katalitycznym na osnowie miedzi. Wtryskiwacz 7 ma komorę 9, w której umieszczony jest niskotemperaturowy materiał katalityczny na osnowie miedzi w postaci kulek. Komora 9 usytuowana jest w króćcu 8 łączącym przewód wysokiego ciśnienia 6 z wtryskiwaczem 7.

Podczas przepływu paliwa od zbiornika paliwa 1 do wtryskiwacza 7 paliwo ma kontakt z materiałem katalitycznym na osnowie miedzi w wyniku czego zmniejsza się energia aktywacji oraz odbywają się wstępne reakcje odwodornienia. Jest to pierwszy etap wstępnej obróbki paliwa. Następnie paliwo przechodzi przez kanały wtryskiwacza 7 i ma kontakt z materiałem katalitycznym w postaci metalu z grupy platynowej przed wtryśnięciem do komory spalania gdzie dodatkowo zmniejsza się jego energia aktywacji oraz odbywają się reakcje odwodornienia. Jest to drugi etap obróbki paliwa. W wyniku takich dwóch etapów obróbki paliwa zmniejsza się okres opóźnienia samozapłonu (przez zmniejszenie energii aktywacji), co powoduje zmniejszenie maksymalnych temperatur obiegu i obniżenie poziomu emisji związków toksycznych, a przez powstanie wolnego wodoru - proces spalania jest pełny i całkowity, co zmniejsza zużycie paliwa w silniku.

P r z y k ł a d 2

Układ jak w przykładzie 1, z tym, że ma komorę 9, w której umieszczony jest niskotemperaturowy materiał katalityczny na osnowie miedzi w postaci pociętego drutu. Komora 9 usytuowana jest w korpusie wtryskiwacza.

P r z y k ł a d 3

Układ paliwowy silnika spalinowego składa się ze zbiornika paliwowego 1, pompy niskiego ciśnienia 2, filtrów 3, pompy wysokiego ciśnienia 4, przewodów niskiego ciśnienia 5, przewodów wysokiego ciśnienia 6 oraz wtryskiwacza 7. Wtryskiwacz 7 na powierzchni dolnej niepracującej części iglicy ma kanały w postaci linii śrubowej, przy czym na powierzchni dolnej niepracującej części iglicy naniesiony jest materiał katalityczny w postaci metalu z grapy platynowej. Układ ma komorę 9, w której umieszczony jest niskotemperaturowy materiał katalityczny na osnowie miedzi w postaci kulek. Komora 9 usytuowana jest w króćcu łączącym przewód wysokiego ciśnienia 6 z wtryskiwaczem 7.

P r z y k ł a d 4

Układ jak w przykładzie 3, z tym, że ma zasobnik 10 wypełniony materiałem katalitycznym.

P r z y k ł a d 5

Układ jak w przykładzie 3, z tym. że ma zbiornik paliwowy 1 pokryty materiałem katalitycznym.

Claims (5)

1. PL 241 101 B1

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ paliwowy silników spalinowych składający się z podukładu niskiego ciśnienia zawierającego zbiornik paliwowy, pompę niskiego ciśnienia, filtry, przewody niskiego ciśnienia i podukładu wysokiego ciśnienia zawierającego, pompę wysokiego ciśnienia, przewody wysokiego ciśnienia oraz wtryskiwacz, którego iglica pokryta jest wysokotemperaturowym materiałem katalitycznym, znamienny tym, że ma komorę (9) w podukładzie niskiego ciśnienia, w której umieszczony jest niskotemperaturowy materiał katalityczny w postaci kulek, pociętego drutu.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że komora (9) usytuowana jest w króćcu łączącym przewód wysokiego ciśnienia (6) z wtryskiwaczem (7) lub w korpusie wtryskiwacza (7) lub w zasobniku (10).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik paliwowy (1) i/lub przewody niskiego ciśnienia (5) i/lub przewody wysokiego ciśnienia (6) pokryte są niskotemperaturowym materiałem katalitycznym.
4. 4. Układ według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ma zasobnik (10) pokryty i/lub wypełniony niskotemperaturowym materiałem katalitycznym.
5. 5. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że niskotemperaturowym materiałem katalitycznym jest katalizator na osnowie miedzi: cynk - chrom - miedź, modyfikacja, katalizatora miedziowego tlenkiem ceru CeO2, stop CuO/CuO2.