SK56489A3 - Method of combustion in the internal combustion engines - Google Patents

Description

SPÔSOB SPAĽOVANIA V SPAĽOVACÍCH MOTOROCH

Oblasť-vynálezu

Vynález sa týka spôsobu zlepšenia spaľovania v spaľovacích motoroch a zníženia obsahu škodlivín vo výfukových plynoch tak, že sa do spaľovacej komory privádza kvapalná zmes obsahujúca peroxid alebo peroxo zlúčeninu.

Doterajší stav techniky

Zvýšený počet vozidiel hlavne v mestských aglomeráciách zväčšuje množstvo výfukových plynov a vytvára zdravotné a ekologické problémy. Škodlivinami, ktoré zapríčiňujú hlavné problémy, sú oxidy uhlíka, uhľovodíky a oxiay ausíka. Základnou príčinou škodlivých výfukových plynov je nedokonalé horenie. Na zníženie obsahu týchto škodlivín vo výfukových plynoch sa používajú rôzne technológie, z ktorých najznámejšie je použitie katalyzátorov, ktoré využívajú horenie výfukových plynov mimo skutočný spaľovací proces v motore.

Pokiaľ ide o výfukové plyny zo vznetových motorov, existuje na riešenie rad problémov. Jedným z nich je tvorenie sadzí, iným je tvorba oxidov dusíka v priebehu spaľovania. Emisiu oxidov uhlíka a uhľovodíkov možno znížiť použitím katalyzačných zariadení. Nastávajúcim problémom pritom je, že okrem oxidácie CO a HC na CO2 a vodu oxiduje určité množstvo dusíka na oxid dusíka NO_X. Dôvodom je, že vznetový motor nevyhnutne pracuje s prebytkom vzduchu. Iným problémom je, že sadze po určitej dobe bránia funkcii katalyzátora. Tvorba sadzí môže byť znížená čiastočne alebo úplne nahradením paliva pre vznetové motory etylalkoholom. Problémy s oxidom dusíka však trvajú.

Podstata vynálezu

Úlohou predloženého vynálezu je dosiahnuť zlepšené horenie, a tým zníženie emisií zo spaľovacích motorov znížením obsahu sadzí a oxidov dusíka ako u motora, tak v katalyzačnom zariadení, a to i v prípade vznetového motor#. Toto bolo dosiahnuté spôsobom zlepšenia spaľovania v spaľovacích motoroch na zníženie obsahu škodlivín vo výfukových plynoch, pri ktorom je do spaľovacieho priestoru privádzaná kvapalná zmes obsahujúca peroxid alebo peroxo zlúčeninu. Kvapalná zmes sa kvôli lepšiemu dohorievaniu paliva ako vo výfukovom potrubí, tak i v prípadnom katalytickom zariadení, vstrekuje do spaľovacieho priestoru tak, že pri prechode motora z výfukového zdvihu do sacieho zdvihu jej časť prechádza do výfukového potrubia.

Výhodné uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu spočíva v tom, že sa kvapalná zmes pre požadované rozprášenie privádza ústím privádzacej rúrky, ktoré je umiestnené v spaľovacom priestore motora alebo v jeho blízkosti, pričom priestorom medzi privádzacou rúrkou a druhou rúrkou, v ktorej je privádzacia rúrka upravená, sa privádza médium s tlakom odlišným od tlaku v ústf privádzacej rúrky.

Iné výhodné uskutočnenie spočíva v tom, že kvapalná zmes je rozprašovaná a smerovaná tak, že sa rozdeľuje ako do spaľovacieho priestoru, tak i do blízkosti výfukového ventilu, ktorý je v dôsledku prekrytia fázy sania a výfuku otvorený aspoň po časť sacieho zdvihu.

Ďalšie výhodné vyhotovenie spočíva v tom, že kvapalná zmes obsahuje aspoň 0,001 % peroxidu alebo peroxo zlúčeniny.

Výhodne kvapalná zmes obsahuje 0,1 až 35 % peroxidu alebo peroxo zlúčenín.

Prednostne kvapalná zmes obsahuje až 99 % alifatického alkoholu s 1 až 8 atómami uhlíka.

Ďalšie prednostné uskutočnenie spočíva v tom, že kvapalná zmes obsahuje 10 až 95 % alkoholu, pričom alkohol je tvorený etanolom.

Posledné výhodné uskutočnenie spočíva v tom, že bežné palivo je úplne alebo sčasti nahradené kvapalnou zmesou.

Týmito opatreniami sa dosahuje zlepšené dohorievanie ako vo výfukovom potrubí, tak v prípadnom katalyzačnom zariadení.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Predmet vynálezu bude ďalej popísaný na príklade konkrétneho uskutočnenia vo vzťahu k pripojenému výkresu, na ktorom predstavuje obr. 1 nárysný schematický rez hlavou valca vznetového motora so sacím ventilom obr. 2 pôdorys čiastočného rezu zariadením z obr. 1 v rovine ll-ll.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 a 2 je znázornený vznetový motor s hlavou H valca, sacím potrubím

sedlom 15, výfukovým potrubím 16, výfukovým ventilom 17 a vstrekovacou 4i

18. U tohto vyhotovenia je palivo vstrekované do predkomôrky 19, v ktorej je usporiadaná žeraviaca sviečka 20 na uľahčenie spustenia studeného motora. Obmenou tohto usporiadania je možnosť priameho vstrekovania paliva do spaľovacieho priestoru 13.

V sacom potrubí 12 je usporiadaná privádzacia rúrka 21 pre prívod kvapalnej zmesi s obsahom peroxidu, alebo zmesi peroxo zlúčeniny, vody a prípadne iných prímesí, ktoré budú popísané ďalej. Privádzacia rúrka 21 je s vôľou vedená vo vnútri druhej rúrky 22 pre prívod média s tlakom, ktorý sa odlišuje od tlaku v ústí 23 privádzacej rúrky 21. Ústie 23 je umiestnené tesne pri sacom ventile 14. Môže byť umiestnené aj vo vnútri spaľovacieho priestoru 13 motora. Médium môže byť plynné a môže byť tvorené atmosférickým vzduchom, pričom v tomto prípade je druhá rúrka 22 upravená ako spojenie s atmosférou mimo motora. Týmto médiom môžu byť i výfukové plyny motoru, privádzané pod tlakom druhou rúrkou 22. Môže ním byť napríklad tiež malé množstvo vzduchu privádzaného od turbodúchadla alebo od zvláštneho vzduchového čerpadla.

Takýmto zariadením sa dosiahne atomizácia privádzanej kvapalnej zmesi. Konce privádzacej rúrky 21 a druhej rúrky 22 môžu byť usporiadané, ako je popísané vo švédskej patentovej prihláške 8604448-4, ktorá zodpovedá PCT/SE87/00477. Ústie 23 privádzacej rúrky 21 môže byť axiálne premiestňované voči ústiu druhej rúrky 22 tak, že ústie 23 sa nachádza buď vo vnútri alebo mimo ústia druhej rúrky 22.

Kvapalina alebo jej kvapky sú potom rozprášené stredovým výtokom z druhej rúrky 22.

Pozmenené usporiadanie je upravené tak, že privádzacia rúrka 21. a druhá rúrka 22 majú spoločný výstupný otvor s priemerom menším ako má ústie 23 druhej rúrky 22. Tento spoločný výstup môže byť rozšírený za účelom vedenia prúdu za úzkym priechodom, kde dochádza k účinnému miešaniu kvapaliny a prostredia.

Ak sa má pridať zvláštne palivo, napríklad etanol, môže sa privádzať prívodom umiestneným mimo privádzacej rúrky 21., avšak vo vnútri druhej rúrky 22. Privádzanie a regulácia kvapalnej zmesi sa deje privádzacím zariadením (neznázornené). Ak je kvapalina privádzaná takmer bez tlaku a v niektorých prípadoch vo veľmi malých množstvách, je pre rozprášenie kvapaliny dôležitý prúd plynu. Možno usporiadať viac ako jeden prívod - privádzaciu rúrku 21 - obklopený druhou rúrkou 22 pre každý valec. Alternatívne je možné do privádzanej kvapalnej zmesi primiešať palivo, napríklad alkohol.

Zloženie kvapaliny sa môže meniť, ale malo by obsahovať 0,001 % až 80 %, prednostne 0,1 % až 35 % peroxidu alebo peroxo zlúčenín, výhodne oxidu uhlíka. Kvapalina môže tiež obsahovať až 5 % oleja s antikoróznou prísadou. Zvyšný podiel je tvorený vodou a/alebo alifatickým alkoholom s jedným až ôsmimi atómami uhlíka, napríklad etanolom. Zmes obsahuje 10 % - 95 % alkoholu.

Pri usporiadaní prívodnej sústavy pre peroxid alebo peroxo zlúčeniny je dôležité zabrániť dlhým dopravným cestám a vyhnúť sa bežným kovom. Pretože je ťažké navrhovať vysokotlakovú sústavu bez použitia kovov v prívodnej sústave, je nutné sa vyhnúť vysokým tlakom, pretože nimi dochádza ľahko k rozloženiu nestálych zlúčenín.

Inou dôležitou skutočnosťou je, že kvapalina je vstrekovaná do spaľovacieho priestoru 13 pod ostrým uhlom, čo znamená tak blízko osi valca, ako je to len možné, aby sa zabránilo ich styku so stenou valca. Ak príde kvapalina do styku so stenou valca, vzniká nebezpečenstvo, že stratí svoje vlastnosti a tiež, že prenikne do oleja v kľukovej skrini. Môže tiež zmývať olej zo stien valca, čo vedie k ich zvýšenému opotrebovaniu a zvýšenej spotrebe oleja.

Výsledkom vstrekovania kvapaliny, ako je uvedené vyššie, spolu s plynulým vstrekovaním je, že časť kvapaliny prechádza pri prekrývaní otvorenia ventilov 14, T7 do výfukového potrubia 16. To je výhodné, pretože určité kvapaliny zlepšujú dohorievanie vo výfukovom potrubí 16. Ak je usporiadané katalytické zariadenie, zlepší sa rovnako dohorievanie i v ňom, takže jeho účinnosť sa rovnako zvýši. Nastavovaním časovania prekrývania sacieho ventilu 14 a výfukového ventilu 17 možno zvýšiť alebo znížiť množstvo kvapaliny vychádzajúcej z valca v časovom rozsahu tohto prekrytia. To možno usporiadať u nových konštrukcií motorov alebo nahradením pôvodného značkového hriadeľa iným. Rovnako to možno dosiahnuť zmenou vzdialenosti ústia 23 od výfukového ventilu 17. Čím väčšia je táto vzdialenosť, tým menšie množstvo kvapaliny prechádza do výfukového potrubia 16.

V úvode boli uvedené problémy vznikajúce pri použití katalyzačného zariadenia u vozidiel vybavených dieselovými motormi. Sú nimi tvorenie sadzí a vznik oxidov dusíka NO_X. Tieto problémy je možné riešiť prívodom peroxidu alebo peroxo zlúčenín spôsobom, ktorý bol popísaný vyššie. Skúšky boli vykonané v Statens technologiska Inštitút (Štátnom technologickom ústave) STI v Nórsku na motore Diesel Volvo Penta MD1. Skúšky boli vykonané bez katalyzátora a bez kvapaliny (skúška 1) a s katalyzátorom v kombinácii so vstrekovaním kvapaliny, obsahujúcej niektoré peroxidy (skúška 2). Zloženie kvapaliny v tejto skúške bolo 10 % sedempercentného peroxidu vodíka a 90 % etanolu. Väčšina paliva pre vznetové motory bola v tomto prípade nahradená kvapalnou zmesou.

Dosiahli sa nasledujúce výsledky:

	CO ppm	CO2 %	HC PPm	NOX Ppm	Sadze Bosch
Skúška 1	2 600	8.5	200	1 400	4.2
Skúška 2	15	10.5	150	400	0.25

Je potrebné poznamenať, že dieselov motor pracuje s veľkým prebytkom vzduchu a vysokou spaľovacou teplotou. I napriek tomu bol výron NO_X znížený. Účinnosť motora sa nezmenila. Pomer množstva kvapalnej zmesi k množstvu bežného paliva môže dosahovať medze od niekoľko desatín percenta až takmer do sto percent. V poslednom prípade bude výhodne väčšou časťou alkohol, ktorý sa spaľuje ako v Ottovom motore, bez tvorenia sadzí.

Predložený vynález nie je obmedzený na dieselove motory. Možno ho použiť u všetkých typov spaľovacích motorov, napríklad motorov benzínových.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob spaľovania v spaľovacích motoroch kvôli zníženiu obsahu škodlivín vo výfukových plynoch, pri ktorom je do spaľovacieho priestoru privádzaná kvapalná zmes obsahujúca peroxid alebo peroxo zlúčeninu, vyznačujúci sa tým, že sa kvapalná zmes pre lepšie dohorievanie paliva ako vo výfukovom potrubí (16), tak i v prípadnom katalytickom zariadení, vstrekuje do spaľovacieho priestoru (13) tak, že pri prechode motora z výfukového zdvihu do sacieho zdvihu jej časť prechádza do výfukového potrubia (16).
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa kvapalná zmes pre požadované rozprášenie privádza ústím (23) privádzacej rúrky (21), ktoré je umiestnené v spaľovacom priestore (13) motora alebo v jeho blízkosti, pričom priestorom medzi privádzacou rúrkou (21) a druhou rúrkou (22), v ktorej je privádzacia rúrka (21) upravená, sa privádza médium s tlakom odlišným od tlaku v ústí (23) privádzacej rúrky (21).
3. 3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa kvapalná zmes rozprašuje a smeruje tak, že sa rozdeľuje ako do spaľovacieho priestoru (13), tak i do blízkosti výfukového ventilu (17), ktorý je v dôsledku prekrytia fázy sania a výfuku otvorený aspoň po časť sacieho zdvihu.
4. 4. Spôsob podľa jedného z nárokov 1 až 3 vyznačujúci sa tým, že kvapalná zmes obsahuje aspoň 0,001 % peroxidu alebo peroxo zlúčeniny.
5. 5. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že kvapalná zmes obsahuje 0,1 až 35 % peroxidu alebo peroxo zlúčenín.
6. 6. Spôsob podľa nároku 4 alebo 5, vyznačujúci sa tým, že kvapalná zmes obsahuje až 99 % alifatického alkoholu s 1 až 8 atómami uhlíka.
7. 7. Spôsob podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že kvapalná zmes obsahuje 10 až 95 % alkoholu.
8. 8. Spôsob podľa nároku 6 alebo 7, vyznačujúci sa tým, že alkohol je tvorený etanolom.
9. 9. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že bežné palivo je úplne alebo sčasti nahradené kvapalnou zmesou.