RO134399A2

RO134399A2 - Procedeu de aditivare a procesului de combustie la motoarele cu aprindere prin scânteie, compoziţie, dispozitiv şi metodă pentru aplicarea procedeului

Info

Publication number: RO134399A2
Application number: ROA201900049A
Authority: RO
Inventors: Mihai Suta
Original assignee: Mihai Suta
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-08-28
Also published as: RO134399B1; WO2020159392A1

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de aditivare a procesului de combustie, la motoarele cu aprindere prin scânteie, obţinută prin introducerea de aditivi în aerul de ardere sau în amestecul carburant, la compoziţii de aditivare, la dispozitive de aditivare, precum şi la o metodă de realizare a acestor dispozitive. Procedeul conform invenţiei constă în absorbirea şi aditivarea unei fracţiuni de aer de ardere cu aditivi, toate fiind în stare de oxidare maximă şi conţinând în moleculă oxigen singlet, aditivarea fiind realizată trecând fracţiunea de aer printr-un recipient care conţine aditivul, apoi aerul aditivat se reintroduce în galeria de admisie a motorului, de unde este absorbit în cilindrii motorului, fracţiunea de aer aditivat este captată prin intermediul unui ştuţ de aspiraţie cu suprafaţa secţiunii de 0,5...1,5% din suprafaţa secţiunii de absorbţie a aerului, iar aditivarea acesteia se realizează cu o cantitate de aditiv de 10...10raportat la masa totală a aeruluide combustie. Compoziţia conform invenţiei este constituită din unul sau mai mulţi aditivi şi apă demineralizată într-o proporţie de 2...5% aditiv solid/1 l de apă. Dispozitivul conform invenţiei este alcătuit dintr-un recipient (1) din oţel sau din material plastic rezistent la temperaturi de peste 130°C, care include nişte plăci de pâslă impregnate cu aditivul, având la unul dintre capete o priză (2) de aspiraţie, şi la celălalt capăt o ieşire (3) cu un furtun (4) de vacuum ataşat la galeria de admisie a motorului (5). Metoda de impregnare conform invenţiei constă în impregnarea aditivilorîn fibrele de lână ale plăcilor de pâslă, presate la o densitate de 40...150 kg/mc, şi ţinute în imersie în soluţie apoasă de 2...5% săruri în apă demineralizată timp de 100...300 h, la o temperatură de 15...25°C, şi se usucă timp de 300...600 h la 15...25°C.

Description

PROCEDEU DE ADITIVARE A PROCESULUI DE COMBUSTIE LA MOTOARELE CU

APRINDERE PRIN SCÂNTEIE, COMPOZIȚIE, DISPOZITIV SI METODA PENTRU APLICAREA PROCEDEULUI

Invenția se refera la un procedeu de aditivare a procesului de combustie la motoarele cu aprindere prin scânteie, MAS, aditivare obținută prin introducerea de aditivi in aerul de ardere, sau in amestecul carburant din galeria de admisie, indiferent de tipul combustibilului utilizat. Totodată, invenția prezintă compozitii de aditivare, dispozitive de aditivare destinate aplicării procedeului, precum si o metodă de realizare a dispozitivelor necesare aplicării procedeului.

Motoarele cu ardere interna sunt cunoscute ca o sursa majora de poluare, atat cu gaze cu efect de sera (CO₂), cat si cu oxid de carbon (CO), oxizi de sulf (SOx), de azot (NOx), hidrocarburi incomplet oxidate (HC), compuși organici volatili (COV) si particule solide sau cvasisolide (PM), formate in jurul sulfului, in jurul unor metale tranzitionale, conținute rezidual in combustibili, sau in jurul unor particule ajunse in procesul de ardere din aerul atmosferic aspirat.

Totodată, după intervale de utilizare mai îndelungate, motoarele isi pierd o parte din performantele inițiale privind puterea si culplul motor disponibile, datorita înrăutățirii transferului de căldură, iar unele subansamble se deteriorează, datorita variațiilor de temperatura la care sunt supuse in timpul exploatării si datorita coroziunii (galeria de evacuare, eșapamentul, catalizatorii). De asemenea, sistemele de recirculare a gazelor (supapa EGR) se colmateaza progresiv, pana la infundarea completa. O contribuție importanta la producerea acestor neajunsuri o are întreținerea deficitara, dar si variația compoziției combustibililor, de la un teritoriu la altul, sau chiar de la o alimentare la alta de la aceeași statie de alimentare.

O parte însemnata a emisiilor poluante, in special SOx, NOx, HC si COV, sunt emise in atmosfera in timpul pornirii la rece, pana când se ating temperaturile necesare intrării in acțiune a catalizatorului. După unele studii aceste emisii reprezintă cca. 10 + 12% din totalul emisiilor poluante generate de motoarele MAS. O alta sursa de creștere a emisiilor poluante, in special CO, NOx si HC, este reprezentata de perioadele de accelerare si decelerare. Daca pentru un drum pe autostrada accelerările si decelerarile sunt mai rare, acestea devin preponderente intr-un trafic aglomerat pe șoselele clasice si, mai ales, in aglomerările urbane.

a 2019 00049

30/01/2019

Ciclul de funcționare la MAS presupune generarea de centri principali de aprindere, generati de către scânteile provenite de la bujie, apoi se generează centri de aprindere secundari, adica se initiaza si se propaga combustia (frontul de flacara). Proporția de combustibil din cilindru, care ajunge sa fie complet oxidata, depinde si de viteza de propagare a acestor centri de aprindere care, la rândul ei, este dependenta de compoziția combustibilului intrat in ciclu; timpul disponibil pentru combustie este, de asemenea limitat si scade mult la turatii ridicate; combustibilul livrat spre combustie variaza continuu, in funcție de sarcina motorului, iar aerul de combustie este alocat aproximativ invers proporțional cu sarcina motorului. Procesul ar trebui să decurgă astfel incat, pe parcursul unui ciclu de combustie, sa se obțină o transformare cat mai avansata in energie termica a cantitatii de combustibil introdusa in cilindru, înainte ca frontul de flacara sa ajunga la peretele cilindrului, iar la evacuare sa ajunga o cat mai mica parte de combustibil neconsumat.

Totuși, indiferent de numărul supapelor, de arhitecturi sofisticate ale camerei de ardere si a sistemelor de distribuție, combustibilul alocat unui ciclu motor nu este consumat integral, iar reacțiile de ardere se opresc la peretele cilindrului, asa numita “stingere a flăcării la perete”. Evacuarea gazelor arse, împreuna cu particulele nearse ramase in urma opririi reacției de ardere, in amestec cu o fracție din aerul proaspăt adaugat in timpul cat ambele supape de admisie si de evacuare sunt deschise, conduce la pierderi de căldură si la reacții de formare si reformare a unor poluanti. Mai mult decât atat, moleculele nearse, in amestec cu o oarecare cantitate de aer (aspirata in intervalul de timp in care sunt deschise ambele supape), vor continua reacțiile de combustie in galeria de evacuare, degajând căldură care se va pierde, iar pe mașura ce temperatura procesului de combustie scade, se creeaza condițiile reformării unor compuși poluanti (HC, SOx, CO, PM); o parte, reziduala, din moleculele combustibile insuficient oxidate se vor depune pe traseul de evacuare si pe traseele de recirculare a gazelor arse.

Prin mijloacele moderne de gestiune a combustiei se poate controla la un nivel rezonabil rezultatul arderii (poluantii), la turatii si sarcini reduse si medii, dar mai puțin la relanti si in cazul turatiior mari si a sarcinilor ridicate, adica la reprize sau la viteze mari. Pentru sarcini parțiale si turatii medii, atat consumul specific de combustibil, implicit emisia de gaze cu efect de sera, cat si emisiile poluante generate de combustie se pot menține in limite rezonabile. însă, in cazul funcționarii la relanti si reprize scurte de accelerare (cazul circulației in marile aglomerării urbane) sau la sarcini mari, de exemplula urcarea unei a 2019 00049

30/01/2019 / pante, accelerări puternice si/sau turatii ridicate, consumul specific creste, iar emisiile poluante devin mai puțin controlabile.

In cazul injecției directe de benzina problemele apar, in primul rând la relanti, dar si in cazul sarcinilor mari, necesare la depășiri sau la urcarea unor pante mai pronunțate. La MAS moderne, la care se aplica tehnologia de injecție directa, s-a adoptat sistemul „startstop”, care oprește motorul la staționare si il reporneste la apasarea pedalei de accelerație, din cauza dificultății de gestionare a combustiei la relanti.

Asa cum se cunoaște, supapa de recirculare a gazelor arse (EGR), care are un rol determinant in reducerea emisiei poluanti, se închide in cazul in care motorului i se cere cuplu mărit, cum se intampla in cazul urcării pantelor, in cazul depășirilor, dar si in situația circulației urbane, cu multe demaraje si reprize. Din aceasta cauza emisia de poluanti creste, iar infestarea atmosferei este resimțita mai puternic, mai ales in marile aglomerări urbane.

In afara de emisia de gaze cu efect de sera (CO₂), care depinde direct de consumul specific de combustibil al autovehiculului, emisiile poluante raman o problema deschisa, iar gasirea soluțiilor tehnice pentru reducerea acestora este un subiect de preocupare, atat pentru organismele de reglementare, cat si pentru cei implicati in construirea, întreținerea si exploatarea motoarelor cu ardere interna.

De-a lungul timpului au fost propuse multe tehnologii pentru reducerea emisiilor poluante si a emisiei de CO₂. '

Sunt cunoscute soluții de reducere a concentrației poluantilor evacuati in atmosfera, care se refera, aproape exclusiv, la tratarea emisiilor deja produse in urma procesului de combustie, sau la pretratarea (aditivarea) combustibililor, in combinație cu posttratarea gazelor rezultate din ardere. Dăm numai câteva exemple, astfel:

CA 2103647 - 23.03.1999 - D. Linder, E. Lox, B. Engler - propune un sistem nou de catalizatori la evacuare, in special pentru intervalul de timp necesar încălzirii motoarelor, adica incearca remedierea unor efecte, fara a interveni asupra cauzelor formarii poluantilor.

US 3696795 -10.10.1972 - R. Smith, D.A. Furlong - propune injectarea de apa si oxigen in camera de ardere, un sistem care presupune costuri importante de instalare si exploatare, cel puțin prin necesitatea producerii si utilizării oxigenului.

US 5930992A - 1995 - Thomas Esoh, Martin Pischinger, Wolfganh Salber - FEV Europepropune reducerea emisiilor in timpul încălzirii motorului, prin alimentarea, in timpul a 2019 00049

30/01/2019 încălzirii, a doar o parte dintre cilindri motorului. Dezvantajele sunt costul ridicat al modificărilor aduse motorului, iar cantitatea de căldură, necesara încălzirii catalizatorului, este, practic, aceeași, deci chiar daca se reduc emisiile in unitatea de timp, cantitatea totala de emisii, generate in timpul încălzirii motorului, scade prea puțin.

U.S. 5293741A - 1991- Kenji Kashiyama, Ken Umehara- Mazda Motor Corp. Propune creșterea excesului de aer in timpul încălzirii motorului. Dezavantajele propunerii tin de modificări costisitoare aduse motorului, dar nerezolvand încălzirea catalizatorului intr-un timp mai scurt, adica nu pare a influenta semnificativ cantitatea de emisii evacuate înainte de intrarea in funcțiune a catalizatorului.

US 7828862 - 09.11.2010 - Wal Yin Leung - propune un aditiv complex, cu rezultate notabile pentru consumul specific al motoarelor, reducere de emisii de aproximativ 50% ' pentru principalii poluanti si un consum de aditiv de circa 1 g/litru combustibil. Din descriere rezulta ca aditivii propuși au un cost ridicat, iar proporția de aditivi este mare.

US 94587612 - 04.10.2014 - Guinther Gregory H. - Afton Chemicals - propune o metoda generica de introducere a aproape oricărui fel de aditiv pe calea aerului de combustie, aditivii utilizati avand aproape orice stare de agregare, clamand efecte in sistemul de lubrifiere, de curatare a depunerilor de pe toate suprafețele metalice care vin in contact cu combustibilii si cu produsii de combustie, dar gestiunea proceselor de aditivare, necesar a fi corelata cu sarcina motorului, este prevăzută ca fiind foarte complicata, adaugand la si modificând direct sistemele electronice de gestiune a motorului. Fata de consumurile de aditivi aratate rn exemplele prezentate in descriere, rezultatele obținute (cel puțin in ceea ce privește creșterea eficientei motorului) sunt destul de modeste, iar efectele privind emisia de poluanti nu sunt prezentate.

Cu referire numai la motoare se observă că, în general, aproape toate soluțiile tehnice propuse spre aplicare se îndreaptă spre corectarea rezultatelor combustiei si au ca dezavantaje comune dependenta de compoziția combustibililor utilizati si de regimurile de exploatare a motorului.

In cazurile in care se propun noi combustibili, costurile de aplicare ar fi foarte ridicate, din cauza necesitați! de schimbare a tehnologiilor de rafinare. In plus, multe dintre soluțiile tehnice propuse nu se pot aplica la motoarele care sunt actualmente in exploatare, decât cu costuri suplimentare prohibitive.

In cazul in care procesele de rafinare ar putea conduce la o compoziție strict controlata a combustibililor, aceeași pe toate piețele de desfacere, constructorii de motoare

Λ a 2019 00049

30/01/2019

ar putea atinge performante superioare din punct de vedere a nivelului emisiilor poluante, iar calitatea atmosferei ar tinde spre un optim acceptabil. Chiar si in acest caz, procesele de combustie depind, in suficienta măsură, de compoziția aerului necesar arderii, care prezintă variatii mari, in funcție de zona geografica (zone cu pulberi in suspensie), pH (de exemplu aerul salin de pe litoralul marilor si oceanelor), presiune atmosferica (variatii meteorologice, altitudine) si de concentrația de oxigen si ozon.

Problemele legate de reducerea emisiilor poluante si a emisiei de gaze cu efect de sera sunt si in atentia celor implicati in proiectarea, construcția si exploatarea sistemelor de ardere industriale, in focare, la arderea combustibililor lichizi si gazoși (nu ne referim aici la combustibili solizi).

Astfel, în descrierea de brevet RO 00122782 - 14.06.2007 - M. Suta - se propune un procedeu de reducere a emisiilor poluante si a emisiilor de gaze cu efect de sera, rezultate din arderea combustibililor, in sistemele de ardere industriale.

Soluția prezintă rezultate foarte bune in aplicare, cu multe aplicatii pe trei continente, pe toti combustibilii utilizati in mod curent, solizi, lichizi sau gazoși, si este aplicata sub marca ECOBIK®. Se folosesc soluții apoase de aditivi (1 - 2%) pentru producerea de aerosoli, care sunt injectați la presiune joasa (0,01 - 0,2 bar) in aerul de ardere al cazanelor sau cuptoarelor industriale. Sunt folosite metode de injecție activa a aerosolilor, prin generare de aerosoli cu aer comprimat sau prin injecții proporționale, utilzand micropompe electrice. De notat ca aplicațiile se refera la instalatii de ardere care consuma de la sute de kilograme, pana la zeci de tone de combustibil pentru o ora de funcționare.

Aplicat inițial cu scopul reducerii consumurilor de combustibil la instalațiile de ardere industriale, procedeul a relevat influente benefice importante asupra emisiilor. Ca exemplu, in anul 2003 s-au efectuat măsurători comparative, oficiale, la o rafinărie (3.000.000 t titei/an), in urma carora a rezultat o reducere cu peste 80% a concentrației emisiilor de SOx si peste 25% a celor de Nox, emise la toate sistemele de ardere ale rafinăriei.

După monitorizări pe parcursul a zeci de ani, la mai multi beneficiari, s-a constatat, statistic, un consum de aditivi de cel mult 1 ng de aditiv pentru kilogramul de combustibil convențional, (un kg de combustibil convențional înseamnă 7000 kcal, adica aproximativ aceeași cantitate de căldură care se gaseste intr-un litru de benzina uzuala). In mod curent, consumul s-a situat sub 100 pg/kg_cc.

a 2019 00049

30/01/2019

Se pune problema folosirii unor aditivi - inclusiv a unora dintre aditivii folositi in descrierea RO 00122782 - la arderea combustibililor in cilindrii motoarelor, dar, evident, fara a se utiliza generatoare de aerosol, sau injecții proporționale, care sunt adecvate doar pentru instalatii de ardere statice, echipamentele fiind utile doar in cazul unor sarcini termice constante in intervale de timp mai lungi.

Problema tehnica pe care prezenta invenție isi propune sa o rezolve este înlăturarea unor neajunsuri ale soluțiilor amintite si gasirea unei soluții care să permită asigurarea furnizării de aditivi, proporțional cu cantitatea variabilă de combustibil care intra in ciclul de combustie, adica cu variația sarcinii motorului, in regim de răspuns aproape instantaneu. Este necesar, in același timp, sa se tina seama de variația caracteristicilor fizico chimice ale aerului de combustie, acesta prezentând diverse concentratii de vapori de apa si temperaturi diferite, intr-un timp scurt.

Procedeul conform invenției elimină dezavantajele citate mai sus si rezolva problema tehnică propusă prin faptul că introduce intr-o fracție de aer de combustie o cantitate de aditiv in proporție de 10'¹⁶ pana la 10’¹², raportat la masa aerului de combustie. In volum, aerul aditivat este in proporție de 0,2 până la max. 1,0% din aerul de combustie.

Aditivul utilizat poate fi de tipul celor menționați in descrierea de brevet RO 00122782 sau de un tip asemanator. în general, este vorba de săruri de metale tranzitionale, in stare de oxidare maxima si care conțin in molecula oxigen singlet (săruri de amoniu, sau săruri de metale alcaline si alcalino-pamantoase ale izopoliacizilor si heteropoliacizilor de vanadium, molibden si wolfram, sau peroxicromati, ca săruri de sodiu, potasiu, litiu sau amoniu).

Fracția de aer de combustie aditivat ajunge in procesul de combustie aspirata, datorita depresiunii din galeria de admisie; aerul aditivat provine dintr-un dispozitiv in care se gaseste aditivul sub forma de particule solide, retinut in structura unor placi din pasla din lana naturala, care umplu incinta dispozitivului; aerul care este apirat in dispozitiv provine din atmosfera, separat de aerul principal de combustie, sau ca fracție a acestuia, in cazul in care exista depresiune suficienta înainte de clapeta de admisie a aerului. Dispozitivul poate fi plasat in habitaclul motorului sau in vecinătatea acestuia (in special in cazul motoarelor staționare).

a 2019 00049

30/01/2019

Avantajele aplicării procedeului care face obiectul prezentei descrieri sunt:

se poate aplica pe orice fel de motor MAS, atat la cele aflate deja in exploatare, cat si la cele noi, atat la automobile, cat si la motoare staționare, care funcționează cu combustibili lichizi sau gazosi;

oxidarea avansata, in cilidrii motorului, a moleculelor ciclice si policiclice, care se vor descompune si nu vor mai ajunge sa fie evacuate in atmosfera (benzen, toluen, hidrocarburi aromate policiclice, particule cu conținut de carbon in stare cvasisolida si altele). O parte, reziduala, dintre aceste molecule se vor descompune si in galeria de evacuare, ajungând in număr mult mai redus la catalizator sau la filtrul de particule (la motoarele unde acest filtru exista);

reducerea proporției de particule nearse sau incomplet oxidate, ușurând si optimizând prin aceasta funcționarea catalizatorului si a supapelor EGR;

crearea continua, in procesul de combustie, a unor elemente reducatoare, care vor reduce starea de oxidare a centrilor de formare a moleculelor care constituie emisiile poluante - sulf, alte nemetale, metale tranzitionale - provenite din combustibili sau din aerul de combustie;

eliminarea pana la 100% a emisiei de SOx (chiar si la motorul rece);

inhibarea parțiala a oxidarii azotului, reducandu-se prin aceasta proporția de NOx ajunsa la evacuare (reducere 30 + 80% la sarcina constanta);

reducerea concentrației'emisiilor de hidrocarburi nearse HC (reducere pana la 100% la sarcina constanta);

curatarea depunerilor de pe sistemul de evacuare si menținerea acestor suprafețe metalice in stare curata;

reducerea consumului specific de combustibil, in special la turatii ridicate si sarcini mari (de la 4 + 6% la mers constant, cu sarcina redusa a motorului - viteza constanta 50, 70, 90 Km/h, si chiar peste 20% la accelerări si sarcini ridicate - panta, depășiri, viteza mare pe autostrada);

creșterea puterii produse de către motor cu 4 + 10% (fata de momentul aplicării procedeului);

creșterea cuplului motor cu 4 + 12% (fata de momentul aplicării procedeului);

diminuarea coroziunii acide a sistemelor de evacuare a gazelor arse;

prelungirea duratei de utilizare a uleiului motor;

a 2019 00049

30/01/2019 ameliorarea combustiei la relanti si la sarcini ridicate ale motorului, adica reducerea importanta a concentrației de HC, CO, SOx, NOx si particule si imbunatatirea coeficientului de exces de aer;

imbunatatirea coeficientului de exces de aer, in toate regimurile de funcționare;

încălzirea mai rapida a motorului si, implicit, a catalizatorului, adica un nivel de poluare mai redus in timpul încălzirii motorului.

Se dau, în continuare, mai multe exemplede realizare a invenției, în legătură si cu figurile 1 la 3 care reprezintă:

Fig. 1. - prezentare schematică a modului de legare a unui dispozitiv, ce include un singur tip de aditivant, la galeria de admisie a motorului.

Fig. 2. - prezentare schematică a modului de legare a unui dispozitiv, ce include două tipuri de aditivant, la galeria de admisie a motorului.

Fig. 3. - prezentare schematică a unei porțiuni dintr-un fir de lână ce urmează a fi impregnat cu soluția de aditiv.

O diferența importanta fata de arderea combustibililor in instalatii de ardere industriale, este variația cvasipermanenta a sarcinii termice, motoarele lucrând, apropape continuu, in reprize de accelerare si apoi decelerare, ceea ce necesita asigurarea furnizării de aditivi, proporțional cu cantitatea variabila de combiistibil care intra in ciclul de combustie, adica cu variația sarcinii motorului; este necesar, in același timp, sa se tina seama de variația caracteristicilor fizico chimice ale aerului de combustie, acesta prezentând diverse concentratii de vapori de apa si temperaturi diferite. Apare ca evidenta soluția de introducere a aditivilor in combustibil si exista multe produse pe piața, comercializate in special in stafiile de alimentare cu carburanți, care se introduc, in anumite proporții in carburant, unele dintre acestea avand rezultate benefice, in special pentru imbunatatirea motricitatii vehiculelor. Reglementările recente au impus insa, reducerea proporției celor mai multi dintre acești aditivi la maximum 1 mg/l, ceea ce pune probleme de omogenizare in întreaga masa a combustibilului din rezervor. Alti aditivi nu sunt miscibili in combustibili sau ar necesita tehnologii deosebite pentru omogenizarea in combustibili. Aceasta metoda de aditivare nu poate fi apicata in cazul utilizării combustibililor gazosi.

a 2019 00049

30/01/2019

Pentru a se putea obține optimizarea reacțiilor de ardere din cilindrii motoarelor cu ardere interna, atat a celor aflate in exploatare, cat si a celor care urmeaza a fi produse, indiferent de tipul combustibiluilui, este necesar sa se mareasca viteza de reacție in procesele de combustie si sa se reducă proporția de nearse evacuate, prin creșterea vitezei de apariție si a numărului de centri secundari de aprindere, astfel incat o proporție mult mai mica din combustibil va fi evacuata in stare incomplet transformata in căldura, inhibând, in același timp posibilitățile de formare in procesul de combustie a moleculelor emisiilor poluante, printr-un procedeu de aditivare a procesului de combustie.

Aditivii sunt utilizati doar pentru inițializarea unor lanțuri de reacție, iar după acest moment al inițializării aditivii se vor descompune; din acesta cauza, cantitatea specifica de aditiv necesara este foarte mica - pico(nano)grame/litru combustibil.

La MAS, unde arderea este quasistoichiometrica (cel puțin la relanti si la sarcini parțiale constante), se folosește o injecție pasiva; prin injecție pasiva înțelegem ca dispozitivul care conține aditivii, descriși in prezenta invenție, este conectat la un stut de aspirație de pe galeria de admisie, cu suprafața secțiunii de 0,5 pana la 1,5% din suprafața secțiunii de absorbție a aerului (suprafața secțiunii de trecere a clapetei de admisie), invers proporțional cu modulul depresiunii din galeria de admisie, masurata la relanti. Suctiunea din galeria de admisie va crea depresiune in dispozitiv, care va absorbi aer atmosferic; aerul va fi fortat de către depresiunea existenta sa strabata pasla cu aditivi conținuta in dispozitiv si va antrena molecule de aditiv spre galeria de admisie.

Parametrii aerului disponibil pentru combustie variaza continuu, după cum automobilul străbate diverse zone, unde aerul poate fi mai mult sau mai puțin umed, la o temperatura si presiune atmosferica diferite, densitatea aerului depinzând si de altitudinea la care funcționează motorul.

Aditivii sunt conținuți intr-un dispozitiv de dimensiuni reduse, care conține un element filtrant, realizat din pasla din fibre din lana naturala, fibre in ale căror cuticule (fig. 3) se gaseste aditivul, introdus print-un proces lent de umectare in soluție apoasa de aditiv(150 + 500 ore) si apoi supus unui proces de uscare controlata, la temperatura de 15 + 25°C. Cea mai mare parte din aditiv va fi reținuta in cuticulele fibrei de lana si in impaslitura de fibre presate. Aditivii, fiind săruri de metale tranzitionale, solubile in apa, vor îmbiba firele de a 2019 00049

30/01/2019 /7, lana, iar după evaporarea apei, acestea vor retine particulele de săruri, in stare solida. După ce procesul de uscare se încheie, cuticulele se închid, “sigilând” particulele de aditiv; aceeași contracție are loc in întreaga masa a paslei naturale, “sigilând” si cantitatea de particule solide ramase intre fibre.

Exemplu de dispozitiv pentru alicarea invenției (fig. 1): este un recipient simplu (1), din otel sau din material sintetic cu proprietăți mecanice adecvate si rezistent la temperatura de peste la 130°C, cu dimensiuni corespunzatore cu capacitatea cilindrica a motorului, avand in general volumul de la 100 cm³ la 500 cm³, recipient care se constituie ca o carcasa de filtru, avand o priza de aspirație (2) si o ieșire (3) pentru un furtun de vacuum (4). Furtunul de vacuum este atașat la galeria de admisie a motorului (5). In cazul in care se folosesc doi aditivi, se poate proceda ca in figura 2, atasandu-se doua prize de aspirație, iar prin ieșirea către galeria de admisie a motorului va ieși amestecul celor doi aditivi.

Recipientul (1) conține un set de placi de pasla de lana naturala, in ale căror fibre sunt particule foarte fine de aditiv, in stare solida. Intrarea aerului atmosferic este prevăzută la priza (prizele) de aspirație (2), iar refularea către galeria de admisie preia aerul aditivat care a parcurs filtrele de pasla active; pasla discurilor cu aditiv constituie un filtru foarte bun pentru aerul aspirat, iar umiditatea naturala a aerului va prelua moleculele de aditiv, pe care le va introduce in galeria de admisie (5) prin furtunul de vacuum (4). De exemplu, la motoare de 1,31, pana la 2,0 litri, recipientul folosit poate avea capacitatea de aproximativ 200 cmc.

Metoda pentru prepararea piacllor de pasla este următoarea: Aditivii sunt impregnati in fibrele de lana, prin imersie in soluție apoasa, preferabil de 2 - 5% (săruri solubile in apa demineralizata) a plăcilor de pasla presate la o densitate de 40-150 kg/mc; densitatea paslei este proporționala cu modulul depresiunii disponibile la.intrarea in galeria de admisie. La utilizarea plăcilor de pasla prefabricate, dar netratate cu aditivi se va avea in vedere faptul ca pasla fiind neomogena, capacitatea de absorbție a apei diferă de la o placa la alta. Din aceasta cauza, se testează capacitatea de absorbție a apei in plăcile de pasla prevăzute pentru umplerea dispozitivului, prin imersia acestora in apa demineralizata, după ce pasla uscata a fost, in prealabil, cantarita. Se scot plăcile, se scurg, pana ce nu mai apar picaturi, apoi se cântăresc; diferența fata de masa plăcilor uscate reprezintă capacitatea de absorbție a apei si reprezintă cantitatea de soluție pe care o vor absorbi. Se prepara soluția de aditiv - in general 2 - 5%, conținând cantitatea de aditiv solid dizolvat, si io a 2019 00049

30/01/2019 se introduc plăcile de pasla in aceasta. Soluția va fi complet absorbita (100 ⁺ 200 ore, la temperatura de 5 + 20°C), iar după uscare, aditivul solid va fi retinut de către cuticulele firelor de lana si in interspatiile foarte fine dintre fibrele de lana ale paslei. Cantitatea de aditiv reținuta de către placa de pasla este măsurabila prin cântărire, după uscare; se va avea in vedere cantitatea totala de aditiv solid, conținuta in dispozitiv, de 2 - 3 g/litru de capacitate cilindrica a motorului. Uscarea este lenta si este nevoie de 300 + 600 de ore, la temperatura de 15 + 25°C (a se evita expunerea la radiația solara).

în legătură cu aditivii folositi mai putem adăuga următoarele:

Ansamblul de placi de pasla, incarcat cu aditiv are durata de exploatare aproximativ dubla fata de cea a filtrului de aer principal al motorului. Plăcile trebuie schimbate însă, in primul rând, din cauza infestării cu particulele reziduale din aerul atmosferic aspirat, deoarece consumul de aditiv este mai mic de 1 ng/litru combustibil. Din experiența de mai mult de doi ani, pe diferite tipuri de motoare si in toate condițiile atmosferice avute la dispoziție, s-a constatat ca rezultatele optime sunt asigurate, pentru un set de pasla aditivata, pentru cel puțin 20000 Km, excepție facand exploatarea motorului in zonele cu aer salin sau in condițiile de aer atmosferic cu conținut ridicat de pulberi, unde perioada optima de exploatare scade cu 30 + 50%.

Aditivii folositi sunt săruri de metale tranzitionale in stare de oxidare maxima, care au in molecula un oxigen singlet. Lista prezentata este deschisa, fiind posibil a fi utilizate si alte săruri, cu proprietățile de mai sus, ca săruri de potasiu, litiu sau amoniu - de exemplu: ortovanadati - MeVO·*; pirovanadati - MeV₂O₇; paramolibdenati - MeMo₇O₂4; molibdenati MeMo₄; metawolframati - MeW4O₁₃; bicromati - MeCr2O_7; permanganati - MeMnO₄.

Sărurile de potasiu au aplicare universala, acționând echilibrat pentru susținerea proceselor de combustie si reducerii emisiilor NOx, SOx, HC, COV, PM.

Sărurile de amoniu au acțiune mai pregnanta asupra emisiei de NOx si COV si sunt de ales la aplicațiile pe motoare care funcționează cu combustibili inferiori, sau reziduali.

Sărurile de litiu actioneaza preponderent asupra CO, accelerând transformarea moleculelor biatomice - CO - in molecule triatomice - CO2.

Schematic, structura firului de lana se prezintă in felul următor, fig. 3:

Un strat exterior, cuticula, ce are rolul de a proteja straturile interne, care se deschide in prezenta a apei si se închide in stare uscata; cortexul si un strat mijlociu, care reprezintă cea mai rezistentă componentă a firului de păr animal; medula, stratul intern.

/7 a 2019 00049

30/01/2019

Introducerea in pasla a aditivului se bazeaza pe proprietățile specifice ale firului de lana, care are capacitatea de a absorbi cantitati importante de apa, inclusiv in cuticule, care se deschid progresiv la umectare si se închid după evaporarea apei. Proporția de particule, care sunt reținute intre fibre, nu poate fi antrenata de către fluxul de aer supus aditivarii, datorita barierei formate de fibrele de lina intretesute.

Aerul de combustie, aspirat de către motor va “spala” firele de lana care conțin sărurile in stare solida si, datorita vaporilor de apa conținuți de aer, va deschide parțial cuticulele firelor de lana, vaporii de apa vor prelua molecule de aditiv, pe care le vor antrena spre galeria de admisie. Cantitatea de aditiv vehiculata către cilindru este cvasiproportionala cu sarcina motorului si invers proporțional cu umiditatea aerului care străbate filtrul cu aditivi, deoarece la creșterea umidității relative a aerului, cuticulele se desfac, determinând reducerea suprafeței secțiunii de trecere a aerului; aceasta înseamnă ca debitul de aer aditivat la ieșire se va reduce, proporțional cu creșterea umidității, dar conținând aproximativ aceeași proporție de aditiv, raportat la masa de aer dirijata spre cilindri, necesara sarcinii motorului din momentul respectiv.

Aditivii vor intra in galeria de admisie a motorului, unde, pana la accesul in cilindru, se omogenizează in volumul total al aerului de combustie, sau al amestecului combustibil; după intrarea in cilindru, la atingerea unor temperaturi de peste 400°C, moleculele de aditiv devin active, formând acizii peroxosulfuric si peroxobisulfuric (pe baza reacției cu ionul SO3²·), si eliberând ioni de oxigen liberi, care vor deveni inițiatori de lanțuri de reacție si vor acționa prin multiplicarea vitezei de apariție de centri secundari de aprindere. Acești inițiatori vor reacționa cu substanțele aromatice policiclice din combustibil; de aici vor rezulta peroxizi organici, peroxiacîzi si superoxizi ai metalelor alcaline si alcalinopamantoase, care vor deveni, la rândul lor, promotori ai reacțiilor următoare, reacții pentru care vor fi inițiatori.

Toți acești promotori de reacție au in molecula un oxigen singlet, care are afinitate maxima pentru carbonul singlet din moleculele hidrocarburilor aromatice policiclice, adica acele hidrocarburi care la funcționarea fara aditivi se regăsesc, in buna parte, la evacuare, si care sunt responsabile pentru arderea incompleta, pentru formarea particulelor care se acumulează in filtre si pe suprafețele catalizatorilor si care se depun pe suprafețele metalice ale traseului de evacuare a gazelor arse. Din reacția dintre promotori si aromaticele policiclice va apare ionul hidrura H; care prin ciocniri eficace va ceda un »2019 00049

30/01/2019 electron atomilor centrali din compușii oxigenati ai metalelor si nemetalelor din incinta de ardere, sau dintre cei deja depuși pe suprafețele metalice din incinta de ardere sau pe galeria de evacuare si eșapament. Acești atomi centrali, primind electroni, isi vor reduce starea de oxidare, pas cu pas (ciocnire după ciocnire), pana la zero, pierzandu-si capacitatea de a forma molecule complexe. Particulele metalice (conținute rezidual in combustibil - „trace elements”), ajunse in stare de oxidare minima, se vor depune pe suprafețele metalice ale traseului de evacuare a gazelor arse, la temperaturi sub 600°C constituindu-se, treptat, intr-o pelicula protectoare fata de atacuri acide.

Este foarte important de subliniat necesitatea existentei in stare perfect etanșa a întregului traseu al gazelor arse, altfel, aerul fals care ar ajunge in sistemul de evacuare, va creea condiții de reformare a moleculelor poluantilor.

Aditivii introduși in combustie vor suferi aceleași transformări, atomul central reducandu-si starea de oxidare, pe seama aceluiași ion hidrura, produs in procesul de ardere.

Cateva teste, efectuate pe parcursul a mai mult de 2 ani de zile, cu dispozitive de aditivare a aerului de combustie sub marca EKOBIK® (abreviat in tabele ca EKB), au condus la rezultate foarte bune, atat din punct de vedere al îmbunătățirii performantelor motoarelor, cat Si al reducerii emisiei de poluanti:

Motoarele pe care s-a aplicat, pana in prezent, procedeul, sunt următoarele:

Producător	Capacitate	Tip motor	Parcurs la montaj	An fabricație
Renault	1,61 - 16v		85.000 km	2009
Citroen	1,61 - 16v	VTI	90.000 km	2008
Citroen	1,61-16v	VTH	85.000 km	2007
Nissan	1,51-16v	QG15	75.000 km	2006
Subaru	2,0 - 16v	EJ20	330.000 km	2005
Mitsubishi	2,0- 8v	4G63	2.200.000 km	1991 (carburator)
GM	1,6 - 16v	356	160.000 km	2006
Fiat	1,4 - 16v	188A5	130.000 km	1998
VW	2,0-16v	AZM	156.000 km	2001
Honda	1,8-16v	VTEC	95.000 km	2008

a 2019 00049

30/01/2019

Teste dinamometru MUSTANG MD-AWD-500 si DASH COMMAND Software.

	Putere	Cuplu
	CP	Nm
AUTO	An	Norma	Km	Nominal	Clasic (la montaj)	EKOBIK	Clasic (la montaj)	EKOBIK
Nubira (GM)	2006	E3	160.000	103	97	106	129	135
Forester (Subaru)	2005	E3	330.000	125	107	123	157	172
Logan (Renault)	2009	E4	85.000	104	94	98	137	142
1300 (Mitsubishi)	1991	NE	2.200.000	90	82	97	135	168
Nissan	2006	E3	75.000	98	97	101	127	135

TEST ACCELERARE 30 + 110 Km/h

Subaru Forester - motor EJ-20 - 2,0! - 125 HP

Consum orar	Consum instantaneu
l/h	1/100 km
Clasic	EKOBIK	Diferența	%	Clasic	EKOBIK	Diferența	%
29,81	21,55	8,26	27,71	43,11	31,63	11,48	26,63

a 2019 00049

30/01/2019

Teste drum - determinarea influentei asupra consumului de combustibil

SUBARU FORESETER - Dash Command - 05.12.2017 - autostrada

Viteza constant a	Turație	Consum	Putere calculata (consumata)
km/h	r/m	1/100 Km	CP
		Clasic	EKOBI K	Diferența	%	Clasic	EKOBI K	Diferența	%
100	2600	8,3	7,9	0,4	4,82	45	40	5	11,1 1
130	3400	9,9	8,7	1,2	12,1 2	53	48	5	9,43
140	4100	12,8	10,9	1,9	14,8 4	58	53	5	8,62
150	4800	15	12,5	2,5	16,6 7	78	65	13	16,6 7
160	5500	19	16,5	2,5	13,1 6	110	83	27	24,5 5

DAEWOO NUBIRA SX - traseu București - Cărei - București = 1300 km - 2016/2018. S-au efectuat 6 drumuri clasic + 6 cu ΕΚΒ 02B - turatii peste 3500 r/m. A fost comparata media consumurilor in toate condițiile atmosferice.

	Clasic	EKB	Diferența	%
Fara AC	12,5	1°	2,5	20,00
AC	• 14	11,5	2,5	17,86
Media	13,25	10,75	2,50	18,93

a 2019 00049

30/01/2019

SUBARU FORESTER - traseu - București - Budapesta - Klagenfurt - Villach - retur București 2700 km - decembrie/ianuarie. 3 drumuri clasic +1 drum cu EKB - 02 B.

	Clasic	EKB	Diferența	%
Fara AC	12,3	10,5	1,8	14,63

SUBARU FORESTER - traseu - București - Marsilia - retur București - 5000 km august/septembrie. 1 drum clasic +1 drum cu EKB - 02 B.

	Clasic	EKB	Diferența	%
AC	13,5	10,9	2,6	19,26

Teste emisii (procedura ITP - la relanti si la 2500 r/min)

	CO	NO
[mg/Nmc]	[mg/Nmc]
Clasic	EKB	Diferente	reducere %	Clasic	EKB	Diferente	reducere %
Nubira	2800	10	2790	99,64	90	20	120	77,78
Forester	2424	15	2409	99,38	45	10	35	77,78
Logan	3430	20	3410	99,42	-	-
L300 (carburator)	2400	10	2390	99,58	95	62	33	34,74
Nissan	200	0	200	100,00	-	-	-	-
Citroen	30	10	20	66,67	-		-	-

	NOx	SOx	HC
[mg/Nmc]	[mg/Nmc]	ppm
Clasic	EKB	Diferente	reducere %	Clasic	EKB	Diferente	reducere %	Clasic	EKB	Diferente	reducere %
Nubira	119	35	84	70,59	20	0	20	100·	80	1	79	98,75
Forester	70	15	55	78,57	15	0	0	100	92	2	90	97,83
Logan	-	-		-	-	-	-	-	263	7	91	97,34
L300 carburator	126	92	34	26,98	55	0	0	100	158	15	92	90,51
Nissan	-		-	-	-	-	-	-	61	0	93	100,00
Citroen	-	-	-	-	-	-	-	·-	368	9	359	97,55

a 2019 00049

30/01/2019

S-a testat acțiunea aditivilor pe motorul rece, înainte ca temperatura catalizatorului sa ajunga la temperatura de regim de funcționare. S-a obtinut o reducere a CO si SOx de peste 90% si a NOx de 10%; excesul de aer a coborât de la 1,03 pana la 1,01.

Consumul de aditivi:

După experiența a peste 150.000 de km (însumat, pe mai multe mașini testate) s-a constatat ca aditivii au ramas, practic, neconsumati, dar o buna parte din cantitatea inițiala s-a alterat, pierzandu-si calitatile inițiale, ionul de metal tranzitional reducandu-sl starea de oxidare, in special la aplicațiile care au circula in zona litorala, unde aerul este salin.

In urma aprecierilor cantitative, pe care le-am putut evalua cu mijloacele avute la dispoziție, a rezultat un consum de aditivi de mai puțin de 1 ng/litru de benzina (mult mai mic decât 100 pg/litru).

Fig. 1

Fig.2

Fig.3

a 2019 00049

30/01/2019

Bibliografie:

Berthold Grunwald - “ Teoria, calculul si construcția motoarelor pentru autovehiculele rutiere” -1980

C.D. Nenitescu - “Chimie Generala -1979

D. Sandulescu, A. Hanes, M. Keul, E. Mierotu, M. Zaharia - “Manualul inginerului chimist” 1972

V. Constantinescu - “Prevenirea uzurii motoarelor de automobile” - 1987

L. Ntziachristos - “Exhaust Heavy Metals From Fuels” - 2010

A. Ulrich, A. Wichser, A. Hess, N. Heeb, L. Emmenegger, J. Czerwinski, M. Kasper, J. Mooney, A. Mayer - “Partide and Metal Emissions of Diesel and Gasoline Engines in Europe-2012

M. Winter, E. Slento - “Heavy Metals Emissions For Danish Road Transport” - 2010

W. Souter - “Nanoparticles as Fuel Additives” - 2012

N. Asandei, A. Grigoriu - Chimia si structura fibrelor -1983 a 2019 00049

30/01/2019

PROCEDEU DE OPTIMIZARE A PROCESULUI DE COMBUSTIE LA MOTOARELE CU APRINDERE PRIN SCÂNTEIE, COMPOZIȚIE, DISPOZITIV SI METODA PENTRU APLICAREA PROCEDEULUI

Claims

Revendicări

1. Procedeu de aditivare a procesului de combustie la motoarele cu aprindere prin scânteie, obtinuta prin aditivarea aerului de ardere, sau amestecului carburant din galeria de admisie, caracterizat prin aceea ca, se absoarbe o fracțiune de aer de ardere; se aditiveaza aceasta fracțiune cu un un aditiv format din săruri de metale tranzitionale, in stare de oxidare maxima si care conțin in molecula oxigen singlet, proporțional cu sarcina motorului, si invers proporțional cu umiditatea aerului; aditivarea se realizează prin trecerea prin trecerea unei fracțiuni de aer prin interiorul unui recipient ce include aditivul; se introduce această fracțiune de aer aditivat în galeria de admisie a motorului datorita depresiunii ce se creaza în interiorul galeriei pe timpul funcționarii motorului iar aici se amesteca cu aerul sau amestecul carburant, aflat în galerie de unde, în continuare ,este absorbit în cilindrii motorului.
2. Procedeu conform cu revendicarea 1, caracterizat prin aceea că, aditivii folositi sunt ortovanadati si pirovanadati ai metalelor alcaline si alcalino-pamantiase, săruri de metale alcaline si alcalino-pamantoase ale izopoliacizilor si heteropoliacizilor de vanadium, molibden si wolfram, sau peroxicromati, ca săruri de potasiu, litiu sau amoniu
3. Procedeu conform cu revendicarea 1, caracterizat prin; aceea că, fracțiunea de aer aditivat este admisă prin intermediul unui stut de aspirație cu suprafața secțiunii de 0,5 pana la 1,5% din suprafața secțiunii de absorbție a aerului, sau mai exact spus din suprafața secțiunii de trecere a clapetei de admisie, iar aditivarea ei se realizează cu o cantitate de aditiv in proporție de 10‘¹⁶ pana la 10'¹², raportat la masa totala a aerului de combustie sau, altfel spus, în volum aerul aditivat este in proporție de 0,2 până la max. 1,0% din aerul de combustie.
4. Compoziție pentru aplicarea procedeului din revendicarea 1, caracterizata prin aceea ca este constituită din unul sau mai multi dintre aditivii menționați în revendicarea 2 si apă demineralizată, proporția de aditiv solid în litrul de apă demineralizată fiind, in general, de 2 pana la 5% în greutate.

a 2019 00049

30/01/2019
5. Dispozitiv pentru aditivarea aerului de combustie, conform cu revendicarea 1, caracterizat prin aceea ca, într-una din variante, când este construit pentru înglobarea în el a unui singur aditiv, este alcătuit dintr-un recipient (1), ce include niște placi de pasla impregnate cu aditivul, sau pur si simplu, niște pasla presata impregnata, recipient ce poate fi realizat din otel, sau din material sintetic cu proprietăți mecanice adecvate pentru a rezista la temperatura de peste la 130°C, cu dimensiuni corespunzatore cu capacitatea cilindrica a motorului, avand în general, volumul de la 100 cm³ la 500 cm³, recipient care se constituie ca o carcasa de filtru, avand, la unul din capete o priza de aspirație (2), iar la celălalt capăt, o ieșire (3) pentru un furtun de vacuum (4) ce este atașat la galeria de admisie a unui motorului (5); în cazul in care se folosesc doi aditivi, se vor dispune doua prize de aspirație, câte una la fiecare capăt iar, central, se de va dispune ieșirea către galeria de admisie a motorului.
6. Metodă pentru impregnarea plăcilor de pasla, în vederea realizării procedeului conform cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că, aditivii sunt impregnati in fibrele de lana ale paslei, prin imersie in soluție apoasa de 2 - 5% (săruri solubile in apa demineralizata) a plăcilor de pasla presate la o densitate de 40 - 150 kg/mc; pasla se pastreaza in soluție timp de 100 + 300 ore, la temperatura de 15 + 25°C, apoi se usucă, timp de 300 + 600 de ore la 15 + 25°C.