PL86194B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób redukowania za¬ wartosci tlenków azotu w spalinach oraz urzadzenie do redukowania zawartosci tlenków azotu w spalinach.W trakcie dzialania silnika spalinowego nastepuje spa¬ lanie mieszaniny zawierajacej paliwo i gaz podtrzymujacy spalanie. Najczesciej spotykana mieszanina jest mieszani¬ na paliwa i powietrza atmosferycznego. Mieszanina spala¬ na jest gwaltownie w komorze spalania powodujac wyko¬ nanie przez ruchomy element, taki jak na przyklad tlok, suwu pracy. Spalaniu towarzyszy powstanie gazów spali¬ nowych, które odprowadzane sa do atmosfery. W celu zmniejszenia stopnia skazenia atmosfery wywolanego nie¬ kontrolowanym odprowadzaniem spalin, rózne instancje rzadowe i przemyslowe zalecaja ograniczenie ilosci tego typu odpadów.Do najbardziej szkodliwych gazów zanieczyszczajacych odprowadzanych do atmosfery naleza róznego typu tlenki azotu. Zgodnie z przyjeta nomenklatura okreslane one beda w dalszym ciagu opisu symbolem NOx.Chociaz tlenki azotu NOx nie naleza do najbardziej szkodliwych substancji odprowadzanych do atmosfery, zasluguja jednak na uwage ze wzgledu na ich ilosc zawarta w spalinach. Ponadto szkodliwosc tlenków azotu NOx zalezna jest od sposobu spalania mieszaniny oraz skladu paliwa.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu redukowa¬ nia a nawet calkowitego eliminowania tlenków azotu za¬ wartych w odprowadzanych do atmosfery spalinach, oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu.Cel wynalazku zostal osiagniety w ten sposób, ze tworzy sie mieszanine gazów podtrzymujacych spalanie zawiera¬ jaca w wiekszosci powietrze zmieszane z mniejsza czescia goracych spalin, wprowadza sie te mieszanine do komory spalania w celu zmieszania jej z weglowodorowym pali¬ wem dla uzyskania palnej mieszaniny obejmujacej co naj¬ mniej czesc mieszaniny spalin z powietrzem, powoduje sie zaplon palnej mieszaniny w komorze spalania oraz oddzie¬ la sie czesc powstalych w wyniku spalania goracych spalin w celu utworzenia mieszaniny gazów podtrzymujacych spalanie.Cel wynalazku zostal osiagniety równiez przez to, ze urzadzenie do stosowania sposobu redukowania zawartos¬ ci tlenków azotu w spalinach ma uklad do ponownego wprowadzania do obiegu c z esci spalin opuszczajacych komore spalania, przy czym uklad ten zawiera zespól przewodów laczacych zawór wylotowy z zaworem wloto¬ wym silnika przeznaczony da skierowania przez niego strumienia spalin, zespól domieszania gazówumieszczony w zespole przewodów i polaczony ze zródlem powietrza w celu zmieszania powietrza ze strumieniem spalin dla wytworzenia gazowej mieszaniny podtrzymujacej spalanie doprowadzanej do komory spalania oraz zawór dlawiacy, przez który przeplywa mieszanina powietrza i spalin umie¬ szczony po strpnie wylotu zespolu do mieszania gazów, przy czym zawór dlawiacy polaczony jest z wlotowym zaworem w celu regulowania naUezenia strumienia miesza¬ niny gazu podtrzymujacego spalanie wplywajacego do zaworu wlotowego.Wstepna mieszanine wprowadza sie do komory spalania razem z okreslona iloscia paliwa w stanie cieklym lub 86 19486194 3 gazowym. Zmieszanie paliwa ze wstepna mieszanina, przy równoczesnymsprezaniu, powodujepowstanie palnej mie¬ szanki, zapalanej nastepnie iskrowo lubza pomoca innego urzadzenia.Czynnik podtrzymujacy spalanie zawiera wieksza czesc powietrza i mniejszaczescochlodzonychiponownie wpro¬ wadzonych do obiegu spalin. Cecha charakterystyczna spalin jest to, ze posiadaja one dobre wlasciwosci pochla¬ niania ciepla i nie biora udzialu w procesie spalania.Lacznym rezultatem tego typu procesu jest znaczne obni¬ zenie temperaturyw komorze spalania. Ponadto obnizeniu temperatury spalania towarzyszy znaczne zredukowanie lub nawet calkowite wyeliminowanie zawartosci tlenków azotu NOx w spalinach powstajacych przy normalnym spalaniu mieszaniny powietrza z paliwem.Urzadzenie wedlug,wynalazku obejmuje srodki pozwa¬ lajace osiagnac wlasciwe warunki w komorze spalania.Srodki te zawieraja uklad regulacyjny pozwalajacy zmie¬ nic ilosc spalin wprowadzanych ponownie do komory spalania w zaleznosci od obciazenia silnika. W rezultacie, strumiengoracych wprowadzanych do obiegu spalinzmie¬ nia sie w zaleznosci od polozenia przepustnicy tak, ze Dbjetosc oddzielonych od spalin gazówwaha sie odmaksy¬ malnej objetosci wynoszacej okolo 30% przy biegu luzem do minimalnej objetosci wynoszacej okolo 15% w warun¬ kach obciazenia.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat silnika spalinowego omawianego typu zaopatrzonego v/ rózne czesci skladowe umieszczone wzdluz linii obrazujacych strumienie przeplywajacego paliwa, powietrza i/lub spa¬ lin. Rozpatrywany silnik spalinowy moze byc znanym silnikiem dowolnego typu, w tym silnikiem o zaplonie iskrowym lub silnikiem wysokopreznym.Jak juz wspomniano, w sposobie wedlug wynalazku, stosowane jest paliwo na bazie weglistej. Spaliny bedace rezultatem spalania tego rodzaju paliwa zawieraja tlenki azotu NOx, rózne niepalne weglowodory oraz tlenek wegla CO.Chociaz wynalazek opisanyjestwzastosowaniudo poje¬ dynczej komory spalania silnika, nie powinno to stanowic ograniczenia zakresu wynalazku. Stanowiace nowosc wstepne mieszanie powietrza z czescia ponownie wprowa¬ dzanych do obiegu spalin, moze byc podstawa do tworze¬ nia mieszaniny wprowadzanej kolejno do kazdego cylin¬ dra, lub do jednego albo wiekszej ilosci cylindrów silnika blokowego.W opisanym w patencie USA nr 2 484 009 regulowanym procesie spalania paliwa potwierdzony zostal sposób we¬ dlug niniejszego wynalazku. Powietrze w tym procesie wprowadzane jest do górnej czesci komory spalania w ten sposób, ze powstaje gwaltownie wirujacy strumien. Rów¬ noczesnie wtryskiwana jest do komory, pod cisnieniem, odmierzona ilosc paliwa w celu zmieszania z wirujacym strumieniem powietrza. Korzystnie jestjesli punkt, w któ¬ rym wprowadzane jest paliwo znajdujace sie w bezposred¬ nim sasiedztwie zaplonnika. Zaplonnikstanowizazwyczaj iskrowa swieca zaplonowa polaczona z ukladem zaplono¬ wym silnika.Ze wzgledu na bliskie sasiedztwo paliwa i mieszanki powietrznej wewnatrz komory ze swieca zaplonowa, na¬ stepuje latwy zaplon mieszaniny i powstaje gwaltownie rozprzestrzeniajacy sie plomien.Silnik wedlug wynalazku uwidoczniony jest w sposób schematyczny na rysunku. 4 , Silnik 10 stanowi silnik spalinowy, który ma szereg cylindrów 9. Kazdy z cylindrów 9 zaopatrzony jest w pare kolejno dzialajacych zaworów 11 i 12 przeznaczonych do wprowadzania powietrza i odprowadzania spalin.Wlotowe zawory 11 polaczone sa ze wspólnym zespolem przewodów ssacych 13. Podobnie, wylotowe zawory 12 kazdej komoryspalania, polaczone sa z kolektorem spalin.Oznaczone cyframi 13 i 14 zespoly sa zazwyczaj w tego typu silnikach wspólne dla wszystkich cylindrów. Zrozu- io miale jest jednakze, iz kazda z komór spalania moze byc podobnie polaczona za pomoca oddzielnych wlotowych i/lub wylotowych przewodów co umozliwia doprowadza¬ nie do kazdej z nich odmierzonych wstepnie ilosci powie¬ trza oraz ponownie wprowadzanego do obiegu gazu jak i paliwa.Po stronie wylotowej silnik 10 zaopatrzony jest w wyde¬ chowy tlumik 16, do którego przeplywaja gorace spaliny z kolektora spalin 14. W rozwiazaniu wedlug wynalazku zastosowany jest tlumik typu katalitycznego, który jak to wspomniano, moze byc polaczony z zaworem wylotowym 12 kazdej z komór spalania za posrednictwemindywidual¬ nego przewodu 15. Poprzezprzewóddoprowadzanajestdo tlumika wiekszosc spalin powstajacych w cylindrze. Tego typu tlumik 16 jest znany i spelnia nie tylko role obnizania poziomu halasu, lecz równiez ulatwia reagowanie skladni¬ ków spalin z powietrzem w celu zmniejszenia ilosci emito¬ wanych do atmosfery szkodliwych substancji.Normalnie, spaliny przeplywajace przez katalityczny lub inny tlumik 16, kierowane sa poprzez otwory tlumika do atmosfery. W rozwiazaniu wedlug wynalazku, czesc goracych spalin, korzystnie przy maksymalnym cisnieniu, oddzielana jest od glównego strumienia gazów wyloto¬ wych. Taczesc goracych gazów kierowana jest przewodem do wezownicy 17, umieszczonej po jednej stronie wy- miennika ciepla 18. Po przeciwnej stronie. wymiennika ciepla 18, umieszczona jest wezownica 19, poprzez która przeplywa czynnik chlodzacy. Czynnikiem tym moze byc powietrze atmosferyczne lub woda chlodzaca silnik. Woda pompowana jest pompa 22 i przeplywa od wylotu 21 40 pompy poprzez wezownice 19.Wylot wymiennika ciepla 18 polaczony jest przewodem 23 z zaworem 24 odmierzajacym ilosc spalin. Zawór 24 zawiera srodki do szybkiej regulacji wielkosci jego otwar¬ cia, co umozliwia latwa regulacje przeplywu ochlodzonych 45 spalin, a zatem zmiane ilosci spalin wprowadzanychnaste¬ pnie do mieszaniny.Bocznik 26, polaczony z wlotem zaworu 24, stanowi przewód o stalym przekroju zabezpieczajacy minimalny przeplyw ochlodzonych spalin, poza zaworem 24, wówczas 50 gdy silnik przystosowany jest do maksymalnego przeply¬ wu paliwa lub maksymalnej mocy.Wylot zaworu 24 polaczony jest przewodem 27 z sumato¬ rem przeplywów 28, w którym odmierzona ilosc ochlodzo¬ nych spalin polaczona zostaje z gazem podtrzymujacym 55 spalanie, czyli normalnie z powietrzem. Powietrze dopro¬ wadzane jest do sumatora poprzez filtr 29 i wprowadzane do komory mieszania 30, gdzie nastepuje jego zmieszanie z wplywajacym tam strumieniem spalin.Powstala w sumatorze wstepna mieszanina zawiera 60 podtrzymujace proces spalania powietrze oraz nie bioraca udzialu w spalaniu czesc spalin. Ta gazowa mieszanina wprowadzona jest nastepnie do dlawiacego zaworu 31, majacego zbiezna czesc 32. Plytka dlawiaca 33 umieszczo¬ na jest obrotowo w czesci 22 i uruchamiana jest w celu 65 regulowania natezenia przeplywu poprzez zbiezna czesc86194 Zbiezna czesc 32 polaczona jest przewodem 34 z komora spalania 36 poprzez wlotowy zawór 11. Otwarcie zaworu 11 powoduje przeplyw wstepnej mieszaniny do komory spalania 36, ze wzgledu na panujace tu obnizone cisnienie.Jak juz wyzej wspomniano, w silniku spalinowym 10 wstepna mieszanina wprowadzana jest do komory spala¬ nia 36 w ten sposób, ze powstaje zawirowanie w górnej czesci komory 36. Do wirujacego strumienia mieszaniny wprowadzana jest równoczesnie poprzez dysze 38 okreslo¬ na ilosc paliwa w postaci cieklej lub gazowej. Powstaje w ten sposób palna mieszanina, zapalana nastepnie pod dzialaniem iskry wytworzonej przez swiece zaplonowa 35.W nastepstwie rozpoczecia suwu pracy pod dzialaniem rozprezajacych sie gazów, nastepuje otwarcie wylotowego zaworu 12, czego rezultatem jest wyplywanie sprezonych goracych spalin z komory spalania 36 do kolektora spalin 14, a nastepnie do tlumika 16.Dla zapewnienia najbardziej ekonomicznej regulacji dzialania silnika 10, przy wykorzystaniu sposobu reduko¬ wania emisji zanieczyszczenwedlugwynalazku, paliwowa pompa 39 silnika zaopatrzona jest w obrotowo osadzona dzwignie 41. Dzwignia 41 uruchamiana nacisnieciem pe¬ dalu 42 akceleratora powoduje wtrysk sprezonego paliwa do komory spalania 36 za posrednictwem dyszy 38. Ciegno 43, powiazane z pompa paliwowa 39, polaczone jest rów¬ niez z ruchomym elementem zaworu 24 odmierzajacego ilosc spalin. Gdy rosnie ilosc paliwa wprowadzanego do komory spalania 36 silnika 10 w odpowiedzi na wzrost obciazenia, zawór 24 jest stopniowo przymykany az do pozycji calkowicie zamknietej.Równoczesniez regulacja ilosci paliwa doprowadzanego do komory spalania 36 regulowany jestprzeplyw wstepnej mieszaniny poprzez zawór dlawiacy 31. Regulacje teosiaga sie za pomoca ciegna 44, podobnie laczacego pompe pali¬ wowa 39 z zaworem dlawiacym 31. Tak wiec dla dowol¬ nych warunków pracy silnika 10, od biegu luzem az do maksymalnego obciazenia, uklad zasilajacy moze byc re¬ gulowany przez operatora za pomoca pojedynczej regu¬ lacji.Opisany system ponownego wprowadzania spalin do obiegu dzialajak stwierdzono efektywnie wkazdych prak¬ tycznie warunkach pracy silnika. Spaliny opuszczajace wylotowy zawór 12 maja temperature zawierajaca sie w przyblizeniuw granicachod 315 do 925°C. Wieksza czesc goracych spalin wprowadzana jest do katalitycznego tlu¬ mika 16 w celu dalszej ich obróbki i odprowadzenia po¬ przezwylot tlumikado atmosfery.Jednakzemniejszaczesc spalin, w celu ponownego wprowadzenia doobieguodpro¬ wadzana jest przewodem 20 i nie trafia do tlumika 16.Objetosc spalin faktycznie wprowadzanych do wstepnej mieszaniny, jak juz wspomniano, zmienia sie w granicach do 30% objetosci mieszaniny wprowadzanej do komory spalania 36. Poniewaz jednak cisnienie przy wlocie tlumi¬ ka 16 osiaga wartosc maksymalna dla danego ukladu, cisnienie w przewodzie 20 równiez ma wartosc maksymal¬ na. Objetosc lub natezenie przeplywu spalin regulowane jest poprzez cisnienie w przewodzie 20, które zalezy od pozycji regulowanego zaworu 24, oraz od regulacji otworu wylotowego lub zaworu 43 umieszczonego na wylocie tlumika 16.Gorace spaliny wprowadzane sa nastepnie do wymien¬ nika ciepla 18, gdzie temperatura obnizona zostaje do wartosci mieszczacej sie w granicach 38 do 60°C. Tempera¬ tura ta zalezy od warunków*w jakich znajduje sie substan¬ cja chlodzaca, któramoze byc powietrze atmosferyczne lub woda chlodzaca silnik pompowana za posrednictwem pompy 22, lub inna podobna substancja chlodzaca. \ W kazdym przypadku ochlodzony gaz, majacy teraz nieznacznie zredukowane cisnienie i objetosc, kierowany jest przewodem 23 do strony wlotowej zaworu 24. Prze¬ plyw gazu poprzez zawór 24 uzaleznionyjestod przeplywu paliwa okreslonego dzialaniem pompy 39, sterowanej za pomoca regulacyjnego pedalu 42 silnika 10.Okreslona ilosc ochlodzonych spalin opuszczajacych za- wór 24 kierowana jest przewodem 27 do sumatora przeply¬ wów 28. Nastepuje tu zmieszanie ochlodzonych spalin z powietrzem lub innym gazem podtrzymujacym spalanie.Korzystnie komora mieszania 30 sumatora przeplywu 28 zapewnia maksymalne zmieszanie dwóch gazów, w celu zapewnienia sprawnego ich dzialania w komorze spalania 36.Mieszanina, dodatkowo ochlodzona przez wprowadze¬ nie powietrza atmosferycznego, zostaje nastepnie dopro¬ wadzona do dlawiacego zaworu 31. Zawór ten, jak juz wspomniano, polaczony jest z zaworem 24 poprzezpompe 39, przy czym kazdyz tych trzech elementówuruchamiany jest równoczesnie regulacyjnym pedalem 42.Strumien mieszaniny podtrzymujace] spalanie regulo¬ wany jest w trakcie przeplywu przez dlawiacy zawór 31 polozeniem plytki 33. Wstepnamieszanina gazówprzedos¬ taje sie przez zawór wlotowy 11, w momencie jego otwar¬ cia, do komory spalania 36.Galaz 46 bocznikujaca zawór 32 zawiera zawórdlawiacy 47. Zawór 47 dziala, gdy silnik 10 pracuje na biegu luzem, lub w przypadku hamowania. Przepuszcza on niezbedna ilosc mieszaninypowietrza zespalinami wtedy,gdy dziala¬ nie pompy 39 dostosowane jest do biegu luzem lub hamo¬ wania. Ponadto zawór 47 wywoluje powstanie w sposób powtarzalny podcisnienia w zespole przewodów ssacych, przy czym oddzialuje na niego obecnosc sadzy w spalinach ponownie wprowadzanych do obiegu.Mozliwe sainnemodyfikacjeiodmiany opisanego wyna¬ lazku, ale leza one w zakresie wynalazku, a ograniczenia mozliwe sa tylko takie, jakie wynikaja z zalaczonych 40 zastrzezen. , PL

Claims (10)

1. Zastrzezenia patentowe 45 i. Sposób redukowania zawartosci tlenków azotu wspalinachodprowadzanychz silnika spalinowegozawie¬ rajacego komore spalania zaopatrzona w zawór wlotowy i w zawór wylotowy, w której nastepuje mieszanie weglo¬ wodorowego paliwa z gazem podtrzymujacym spalanie 50 w celu wytworzenia palnejmieszaniny, przy czym spalanie mieszaniny powoduje powstanie strumienia goracych spa¬ lin, zawierajacych tlenki azotu, znamiennytym, ze tworzy sie mieszanine gazów podtrzymujacych spalanie zawiera¬ jaca w wiekszosci powietrze zmieszane z mniejsza czescia 55 goracych spalin, wprowadza sie te mieszanine do komory spalania w celu zmieszania jej z weglowodorowym pali¬ wem dla uzyskania palnej mieszaniny obejmujacej conaj¬ mniej czesc mieszaniny spalin z powietrzem, powoduje sie zaplon palnej mieszaniny w komorze spalania oraz oddzie- 60 la sie czesc powstalych w wyniku spalania goracychspalin - w celu utworzenia mieszaniny gazów, podtrzymujacych spalanie.

2. Urzadzenie do redukowania zawartosci tlenków azo¬ tuw spalinach, zawierajace silnik, któryma komorespala- 65 nia, zawór wlotowy i zawór wylotowy polaczone z komora86194 8 spalania przystosowane do doprowadzania gazu podtrzy¬ mujacego spalanie do komory spalania oraz odprowadza¬ nia z komory spalania goracych spalin, oraz urzadzenie wtryskowe polaczone z komora spalania do okresowego wprowadzania do niej strumienia weglowodorowego pali¬ wa, znamienne tym, ze ma uklad do ponownego wprowa¬ dzania do obiegu czesci spalin opuszczajacych komore spalania, przy czym uklad ten zawiera zespól przewodów (20, 23, 27, 34) laczacych zawór (12) wylotowy z zaworem (11) wlotowym silnika przeznaczony do skierowania przez niego strumienia spalin, zespól (28, 29, 30) do mieszania gazów umieszczony w zespole przewodów (20, 23, 27, 34) i polaczonyzezródlempowietrza wceluzmieszania powie¬ trza ze strumieniem spalin dla wytworzenia gazowej mie¬ szaniny podtrzymujacej spalanie, doprowadzonej do ko¬ mory spalania (36), oraz zawór dlawiacy (31), przez który przeplywa mieszanina powietrza i spalin umieszczony po stronie wylotu zespolu (28, 29, 30) do mieszania gazów, przy czym zawór dlawiacy (31) polaczony jest z wlotowym zaworem (11) w celu regulowania natezenia strumienia mieszaniny gazu podtrzymujacego spalanie wplywajacego do zaworu (11) wlotowego.

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze ze¬ spól (28, 29, 30) do mieszania gazu przystosowany jest do tworzenia gazu podtrzymujacego spalanie zawierajacego powietrze w ilosci od 70 do 90% objetosciowych.

4. Urzadzenie wedlu zastrz. 2 lub 3, znamienne tym, ze 10 15 20 25 ma wymiennik ciepla (18) do wstepnego ochladzania od¬ dzielonej czesci spalin przed wprowadzeniem ichdo zespo¬ lu (28, 29, 30) do mieszania gazu.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze wlot zespolu przewodów (20,23,27,34) do ponownego wprowa¬ dzania spalin do obiegu umieszczony jest bezposrednio za wylotem komory spalania (36).

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze ma zawór (24) do regulacji objetosci spalin doprowadzanych do zespolu (28, 29, 30) do mieszania gazu.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze ma dlawiacy zawór (31) do regulacji natezenia przeplywu strumienia gazu podtrzymujacego spalanie wplywajacego do komory spalania (36).

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 6 lub 7, znamienne tym, ze jeden lub obydwa zawory (24), (31) przystosowane sa do regulacji w zaleznosci od zmian obciazenia silnika.

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze ma dzwignie (41) polaczona z ukladem do wtryskiwania pali¬ wa, w celuregulowanianatezenia strumieniapaliwa wpro¬ wadzanego do komory spalania (36).

10. Urzadzenie wedlug zastrz. 9, znamienne tym, ze ma ciegno (44) laczace dzwignie (41) z zaworem (31) w celu równoczesnej regulacji natezenia strumienia paliwa oraz strumienia mieszaniny gazów podtrzymujacych spalanie wprowadzanych do komory spalania (36). n .'** C j*^ V-4i 17- VZO \tX. *2 rzi 2d7 v30 -£- *7 hi*-* 21 H22 . ,25 i "23^ Sklad wykonano w DSP, zam. 3865 Druk wUP PRL, naklad 125 + 20 egz. Cena zl 10,- PL