СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B01D61/00 F02M23/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам уменьшения токсичности отработанных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

В двигателестроении для уменьшения дымности и токсичности известны способы, предусматривающие разработку оптимальных форм и размеров камеры сгорания двигателей, применение трехкомпонентных каталитических конвекторов, нейтрализацию продуктов неполного сгорания посредством дожигания их в выпускной системе в присутствии воздуха, подаваемого к горячим отработанным газам в пространство перед выпускными клапанами (Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. Транспорт, 1979). При этом, например, используются системы рециркуляции отработанных газов.

Известны способы применения антидымных металлоорганических соединений и органических соединений, таких как денитропропан, изоамилнитрат, этилнитрит, метиланилин, этилацетилоктан, являющихся сильными окислителями, содержащими слабосвязанный кислород, который легко высвобождается при температуре сжатого заряда, что вызывает сокращение периода задержки самовоспламенения и оказывает влияние на процесс сгорания и состав отработанных газов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ подготовки топлива для двигателя внутреннего сгорания (авт.св. СССР N 1243074, кл. F 02 M 23/00, 1987). Указанный способ реализуется пропусканием воздуха через полунепроницаемую мембрану и обогащением его кислородом до 30-40 об. после чего он нагнетается в герметичный резервуар с топливом, заполненный не более чем на 3/4 объема. После выдержки топлива в резервуаре под давлением 0,2. 1,0 МПа в течение 5,48 ч производится заправка автомобиля. Давление в топливном баке автомобиля по мере его расходования поддерживается пневмосистемой автомобиля. Способ подготовки топлива предназначается для повышения интенсификации процесса сгорания на основе равномерно распределенного в жидком топливе посредством диффузии кислорода и снижения содержания оксида углерода и сажи в отработанных газах автомобиля.

Однако имеют место следующие недостатки: топливо приводят в контакт с сильным окислителем кислородом, что резко снижает взрыво- и пожаробезопасность предлагаемой установки для диффузионного насыщения топлива кислородом, а также автомобилей при их заправке и эксплуатации. Кроме того, применение топлива, обогащенного кислородом, вызывает ухудшение технико-эксплуатационных характеристик автомобиля и топлива снижение детонационных характеристик топлива, увеличение его вязкости, увеличение в топливе органических кислот, "завоздушивание" топливной системы, повышение вероятности подвпрысков и подтекания топлива.

Сущность изобретения.

В предлагаемом способе для снижения дымности и токсичности отработанных газов, изменения их фракционного состава используется устройство с газоразделительной мембраной (денитрификатор). Применение устройства с газоразделением воздуха будет способствовать сокращению периода самовоспламенения, уменьшению массовой доли топлива, участвующей в процессе сгорания, что позволяет улучшить экономичность и значительно уменьшить токсичность отработанных газов двигателя.

Поставленная задача решается таким образом, что в предлагаемом способе в системе пуска воздуха в двигатель устанавливается денитрификатор, который разделяет кислород и азот воздуха и способствует, с одной стороны, более полному взаимодействию воздуха, обогащенного кислородом, с топливом и продуктами сгорания, что понижает токсичность последних. С другой стороны, это уменьшает количество азота, поступающего в камеру сгорания ДВС, способствует снижению концентрации его оксидов, азотной и азотистой кислот в отработанных газах ДВС.

Заявленный способ отличается тем,
что обеспечивает снижение токсичности отработанных газов ДВС. Кислород, выделяющийся из топлива в камеру сгорания ДВС, как предлагается в прототипе, не может обеспечить снижения концентрации оксидов азота, азотной и азотистой кислот, поскольку в камеру сгорания из воздушного впускного тракта поступает воздух со стандартным содержанием молекул азота (60%) и кислорода (23%);
в воздушном впускном тракте автомобильного двигателя устанавливают газоразделительную мембрану, которая разделяет кислород и азот и снижает поступление в камеру сгорания азота воздуха, обеспечивая этим изменение фракционного состава отработанных газов, а именно целого класса оксидов азота N_xO_y. Кроме того, соединяясь с парами воды, оксиды азота образуют азотную и азотистую кислоты, что в прототипе не может быть достигнуто;
газоразделение происходит непосредственно на автомобиле, а не на стационарной установке, расположенной на автозаправочной станции (АЗС), тем более что в прототипе не предполагается установка денитрификатора на автомобиль;
применение денитрификатора в прототипе непринципиально и предлагается как альтернативный источник обогащения топлива кислородом от кислородного баллона, а в предлагаемом варианте является обязательным элементом обогащения воздуха кислородом с пониженным содержанием молекулярного азота.

П р и м е р. В систему пуска воздуха в двигатель между воздушным фильтром и впускным воздушным коллектором устанавливается приспособление с газоразделительной мембраной. В качестве газоразделительной мембраны могут быть использованы анизотропная мембрана из ПВТМС (поливинилтриметилсилана), ее модернизированные варианты (Мембрана газоразделительная марки С-3,5М ТУ 6-05-III-353-88, Мембрана газоразделительная марки С-3,5М/-А ТУ 6-05-III-353-88), а также другие возможные варианты модернизированных мембран, производящие разделение по газам кислород/азот). Указанные газоразделительные мембраны обладают высокой устойчивостью к температурным перепадам при эксплуатации, нерастворимы в воде. Селективность мембран по газам кислород /азот не менее 3,1-3,7. Газопроницаемость мембраны по азоту при 20^оС и перепаде давления 0,1 МПа не менее 130-160 л/м² ˙ ч. В процессе газоразделения в различных типах ДВС мембрана несет удельную воздушную нагрузку в пределах 100-400 м³/ч. м² при скорости воздуха 10-35 м/с.

Состав исходного воздуха, поступающего в двигатель, 60% азота, 25% кислорода; состав обогащенного воздуха в зависимости от типа двигателя и режима его работы 42 20% азота и 30-50% кислорода. Количество токсичных примесей в отработанных газах по сравнению с прототипом снижается по саже на 15-65% по оксидам азота на 25-70% по оксиду углерода на 20-38%

Способ уменьшения токсичности отработанных газов двигателей внутреннего сгорания заключается в обогащении исходного воздуха кислородом при помощи газоразделительной мембраны, установленной во впускном воздушном тракте двигателя.

СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем обогащения исходного воздуха кислородом при помощи газоразделительной мембраны, отличающийся тем, что обогащение воздуха кислородом ведут непосредственно во впускном воздушном тракте двигателя.