УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ДОБАВКИ СМЕСИ ИЗ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЧАСТНОСТИ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ ЦЕРИЯ В КАМЕРУ СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B47/04 F02M25/14 

Изобретение относится к устройству, предназначенному для ввода небольших количеств смеси редкоземельных элементов в камеру сгорания, в частности в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием или воспламенением от сжатия.

Такое устройство представлено в заявке N 2932603, м. кл. F 02 B 47/04, публ. 1981.

В этом известном устройстве состав, содержащий металлы редкоземельных элементов, в мелком состоянии диспергированных в водном растворе, вводят в воздушный впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания.

Целью изобретения является создание простого устройства, с помощью которого смесь редкоземельных элементов можно вводить в небольших количествах в течение длительного времени работы (без обслуживания или при минимальном обслуживании для повторной засыпки) в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания.

Задача решается с помощью устройства, указанного выше, в котором воздухопроницаемый контейнер с сухим наполнением волокнами и/или порошком редкоземельных элементов соединен отверстием с атмосферой, а также соединен всасом либо с вакуумной линией, либо непосредственно с камерой сгорания двигателя.

Преимущественно соединение с атмосферой представляет собой один конец трубы, которая входит в насыпку и имеет, по меньшей мере одно отверстие. При этом воздушный фильтр может быть установлен в трубе вблизи отверстия, причем в трубе за воздушным фильтром установлен дроссель.

В устройстве по настоящему изобретению разрежение подается в трубу по вакуумной линии. Поэтому воздух засасывается из контейнера через отверстие, перенося небольшое количество частиц засыпки по трубе и вакуумной линии в камеру сгорания.

Фильтр который может быть установлен в тракте между отверстием и засыпкой, выполняет роль преграды для мелкодисперсных частиц, засасываемых в трубу. Поэтому должна быть у фильтра расширенная поверхность, обращенная к засыпке, обеспечивая засасывание частиц в трубу. При этом исключается нежелательная концентрация частиц и забивание тракта. Фильтр преимущественно выполнен в виде цилиндрической сетки, установленной поперек трубы и соединенной одним концом с отверстием или входом в трубу.

Размеры контейнера таковы, что в нем помещается засыпка, достаточная для всего срока службы двигателя внутреннего сгорания. Поскольку в современных автомобилях подкопотное пространство ограничено, то контейнер может иметь размеры, достаточные для обеспечения ограниченного времени работы двигателя, например времени, соответствующему пробегу 80000 км для легковых автомобилей.

Контейнер может быть съемным с возможностью замены новым. Также контейнер может иметь отверстие для заполнения засыпки.

Устройство по настоящему изобретению позволяет вводить небольшие количества смеси редкоземельных элементов в сухом состоянии на всасе воздуха в двигателе внутреннего сгорания, исключая использование растворителя, тем самым исключая необходимость регулярного заполнения растворителя, также при этом экономится пространство в автомобиле, необходимое для размещения растворителя.

Засыпка преимущественно находится в виде волокон и/или в виде порошка.

Следующие два обстоятельства следует учесть при выборе засыпки, которая используется в настоящем изобретении.

1. Размер частиц составляет 0,25 0,5 мкм предпочтительный размер частиц 0,048 мм.

В общем случае следует отметить, что используемый состав должен содержать церий в виде CeO₂ в наибольшем количестве, обеспечивая экономичность. При этом следует учесть, что имеют место определенные трудности, связанные с разделением различных оксидов редкоземельных элементов.

Принципиально содержание церия по массе в смеси должно находиться в пределах 30 100% Три примера предпочтительных составов смеси приведены ниже.

Путем введения небольших количеств смеси в воздушный коллектор можно снизить вредные выбросы, в частности, CO, CO₂, HC и NO_x. При этом улучшается процесс сгорания, что сопоставимо с использованием регулируемого каталитического конвертора, но предлагаемый процесс оказывается существенно дешевле.

Важным преимуществом устройства по настоящему изобретению является возможность оснащения им существующих автомобилей, даже оборудованных двигателями, использующих неэтилированный бензин. Конечно, настоящее устройство можно использовать в двигателях, работающих на других видах топлива.

В качестве вакуумной линии можно использовать впускной коллектор двигателя. Однако, также можно соединять линию веса с камерой сгорания. В последнем случае запорный клапан должен быть установлен, обеспечивая соединение камеры сгорания с системой подачи порошка только при наличии разрежения или во время всаса.

Устройство по настоящему изобретению равным образом может быть использовано на двигателях с искровым зажиганием или на дизельных двигателях, как на транспортных, так и на стационарных.

В частности, при использовании настоящего устройства на крупных двигателях, установленных на локомотивах, кораблях или на стационарных двигателях, желательно переносить частицы редкоземельных элементов транспортировочным устройством с приводом от двигателя, расположенным у входа в линию всаса.

На фиг. 1 схематично представлен первый вариант устройства по настоящему изобретению, подсоединенного к впускному коллектору двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 более подробно представлен в разрезе другой вариант устройства по настоящему изобретению; на фиг. 3 в изометрии представлен установочный кронштейн для крепления устройства, показанного на рис. 2, на стенке двигательного отсека автомобиля и т.п. на фиг. 4 в разрезе представлен другой вариант реализации изобретения.

Двигатель внутреннего сгорания 1, представленный на фиг. 1, имеет впускной коллектор 2 и выпускной коллектор 3.

В контейнере 4 содержится воздухопроницаемая насыпка 5 смеси оксидов редкоземельных элементов в волокнистом или порошковом виде. В пространстве 6 над насыпкой в контейнере имеется по крайней мере одна преграда протоку 7. Причем полость 6 соединена линией всаса 8 с воздушным коллектором 2. Труба 10, которая закреплена на контейнере, имеет нижний конец с отверстием 9, входит в насыпку 5 вблизи дна контейнера 4, а ее верхний конец имеет отверстие 11, через которое осуществляется связь с атмосферой. После отверстия 11 имеется воздушный фильтр 13 и дроссель 12, установленные в трубе 10. Атмосферный воздух, засасываемый по линии 8, поступает через отверстие 11 и дроссель 12 по трубе 10, через отверстие 9 в насыпку 5, проходит через нее, через преграду 7, создающую турбулентность в потоке воздуха, благодаря чему частицы оксидов редкоземельных элементов поднимаются воздухом и проходит по линии всаса 8 во всасывающий коллектор 2 и далее в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания. Контейнер можно менять после истечения определенного периода времени работы двигателя, соответствующего пробегу, например 80000 км. Как вариант, контейнер 4 можно заполнять заново через отверстие, которое не показано.

Вместо впускного коллектора 2 другая любая линия, находящаяся под разрежением, может соединять камеру сгорания с устройством для направления воздуха, проходящего через насыпку 5, например, для этого можно использовать вакуумную линию карбюратора, вакуумную линию системы впрыска топлива, линию всаса топливно-воздушной смеси и т.п.

Для обеспечения экономичной работы желательно, чтобы не использовались дополнительные источники энергии для транспортирования воздуха через контейнер в камеру сгорания, помимо перепада давления, создаваемого самим двигателем внутреннего сгорания.

На фиг. 2 элементы, совпадающие с фиг. 1, имеют одинаковые номера позиций.

Труба 10 вставлена в основание 16 и крепится к нему резьбовым колпачком 14, который является также корпусом воздушного фильтра, в котором помещается фильтрующая набивка 13 (углеродные шарики), а также размещена сетка 13a. Резьбовая крышка 14 зажимает фланец 10a трубки 10 на основании 16. Между основанием 16 и фланцем 10a, с одной стороны, и резьбовым колпачком 14 и основанием 16, с другой стороны, имеются кольцевые уплотнения 30, 31. Отверстие 11 в резьбовом колпачке 14 обеспечивает связь внутренней полости 10b с атмосферой через дроссель 12, установленный на конце трубки 10 и имеющий дросселирующее отверстие 12a, диаметр которого составляет, например, 0,5 мм. Расход насыпки определяется расходом воздуха, проходящего через отверстие 11 и дроссельное отверстие 12a.

В верхней части основания 16 имеется резьбовая деталь 17, на которую навернута резьбовая бобышка 18, имеющаяся на нижней части контейнера 4. В глухом отверстии 16a внутри соединительной детали 17 основания 16 находится нижний конец 19 цилиндрической сетки фильтра 7, причем упомянутая сетка проходит по всей высоте наполнителя 5. Сетчатый фильтр 7 регулирует расход воздуха и частиц наполнителя или засыпки через отверстие 16a в основании 16 и далее через два отверстия 9 в трубу 10, которая соединена удлинением 8a с линией всаса 8, которая, в свою очередь, может представлять собой гибкий шланг, который не показан. Таким образом, при приложении разрежения к штуцеру 8a воздух будет просасываться через насыпку 5 частиц оксидов редкоземельных элементов, находящуюся в контейнере 4, через сетчатый фильтр 7, глухое отверстие 16a, отверстия 9 и внутреннюю полость трубки 10b в штуцер всаса 8a и далее, в соответствии с фиг. 1, во впускной коллектор 2 или непосредственно в камеру сгорания двигателя 1.

Ниже приведены примеры предпочтительных составов смесей, которые используются в качестве засыпок 5 по настоящему изобретению.

Состав 1,
Оксид церия 45
Оксид лантана 22,5
Оксид празеодима 5,7
Оксид неодима 17,9
Оксид тория 0,25
Сульфат в виде SO₃ 1,5
Другие оксиды (YO₃, ScO₃) 2,9
Фосфат в виде PO₃ 0,8
Известь или оксид магния 1,0
Состав 2,
Оксид церия 90,0
Оксид лантана 2,0
Оксид неодима 1,3
Оксид празеодима 0,4
Другие редкоземельные оксиды 1,0
Оксид тория 0,25
Оксид железа или оксид алюминия 0,25
Известь и оксид магния 4,0
Оксид кремния 0,05
Фосфат 0,5
Сульфат 0,5
Состав 3,
Оксид церия 45,6
Оксид лантана 22,8
Оксид неодима 16,2
Оксид празеодима 4,7
Оксиды других редкоземельных элементов 5,7%
Оксид тория 0,2
Оксид железа и оксид алюминия 1,0
Известь и оксид магния 0,2
Оксид кремния 0,1
Фосфат 0,5
Сульфат 1 2,0
Потери при воспламенении до 1,0
На фиг. 3 представлен монтажный кронштейн 20, предназначенный для винтового крепления устройства, показанного на фиг. 2, с помощью винтов 23 (рис. 2) на стенке (не показанной) двигательного отсека автомобиля. Кронштейн 20 имеет опорную часть 22, прилегающую к дну основания 16. Имеются две дугообразные прорези 21, расположенные на одной окружности, через которые проходят винты 23, ввернутые в резьбовые отверстия в нижней части основания 16. Эти прорези позволяют устанавливать устройство в определенном угловом положении основания 16, а значит и трубы 10, приводя штуцер 8a в наиболее удобное положение для его подсоединения к впускному коллектору 2.

Количество насыпки зависит от размера двигателя внутреннего сгорания и от расхода топлива. Опыты показали, что в двигателе объемом 1000 см³, работающем на бензине, заданный положительный эффект снижения вредных выбросов в выхлопных газах обеспечивается при расходе смеси около 1,6 мг/км. После пробега около 800 км положительный эффект проявился и остался на таком уровне.

Устройство по настоящему изобретению можно использовать вместо регулируемого каталитического конвертора в двигателях внутреннего сгорания, работающих на этилированном топливе, а также в двигателях внутреннего сгорания, в которых использование регулируемого каталитического конвертора оказывается слишком дорогим.

В варианте, представленном на рис. 4, имеется контейнер 104, содержащий корпус 134, внутри которого имеется насыпка 105 порошка редкоземельных элементов. Также имеются воздушный фильтр 136 с набивкой 113 (например, шарики из активированного угля) или сеткой и отверстием 111, соединенным с атмосферой, а также приводная часть 138, внутри которой расположен электродвигатель 124 с трансмиссией 125. Воздушный фильтр 136 и приводная часть 138 отделены от корпуса перегородками 130 и 132 соответственно в которых имеются подшипники 128 для вращения центрального вала 126 от двигателя 124. Внутри элементов 134, 136 и 138 имеет место атмосферное давление. Фильтр 136 соединяется с корпусом 134 отверстием 112, которое может закрываться мембраной 112a, прижимаемой к отверстию 112 пружинящим действием мембраны. Отверстие совместно с мембраной выполняют роль дросселя.

На упомянутом центральном валу 126 имеется колесо 120, содержащее радиальную часть 120a и коническую часть 120b. На периферии упомянутой конической части 120b имеется транспортировочное средство 122 в виде лопаток или зубьев, расположенных по периферии колеса 120. Вместо лопаток или зубьев могут использоваться любые другие средства, например, может быть использована шершавая поверхность, которая захватывает частицы редкоземельных элементов из упомянутой насыпки 105, когда колесо 120 проходит внутри корпуса 134, проводя упомянутые частицы вблизи отверстия всаса 109 и канала в стенке 126 контейнера 104, который соединен со штуцером всаса 108a, линией всаса 108, например, в виде шланга, как показано на фиг. 4.

При пуске двигателя внутреннего сгорания включается электромотор 124, вращающий вал 126 и колесо 120 с малой скоростью (например, 6 об/мин). Коническая часть 120b выполняет роль лопатки, заставляющей массу проходить с боковых сторон колеса 120 к донной части в область под центральной частью колеса. При этом редкоземельные частицы всегда направляются устройством 122 на периферию колеса 120 в место, расположенное рядом с отверстием всаса 109, в котором частицы отбираются под действием всасывающего эффекта от разрежения в линии 108. Таким образом, при всех случаях гарантируется доставка частиц редкоземельных элементов в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания.

Вариант, представленный на фиг. 4, в частности пригоден для крупных двигателей, применяемых на локомотивах, судах, а также на стационарных двигателях электростанций и другом оборудовании.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: предлагается устройство для ввода небольшого количества смеси редкоземельных элементов в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания 1, содержащее контейнер 4, в котором имеется сухая воздухопроницаемая насыпка 5 редкоземельных элементов в виде волокон и/или порошка, причем контейнер 4 соединен отверстием 11 с атмосферой, а линией всасывания 8 соединен с вакуумной линией 2, которая связана с камерой сгорания двигателя 1. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для ввода добавки смеси из редкоземельных элементов в частности с включениями церия в камеру сгорания, содержащее контейнер с указанной добавкой, сообщенный отверстием с атмосферой и всасывающей магистралью либо с впускным коллектором двигателя, либо непосредственно с камерой сгорания последнего, отличающееся тем, что дабавку используют в виде сухой воздухопроницаемой насыпки волокна и/или порошка редкоземельных элементов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстие для сообщения контейнера с атмосферой расположено на конце трубы, имеющей по меньшей мере одно отверстие, сообщенное с насыпкой. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено проточным трактом между сообщенным с насыпкой отверстием, насыпкой и фильтром, размещенным в контейнере. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что контейнер сообщен с всасывающей магистралью через дополнительное отверстие в конце трубы. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено воздушным фильтром, установленным вблизи отверстия для сообщения контейнера с атмосферой. 6. Устройство по пп.2 5, отличающееся тем, что оно снабжено дросселем, установленным за воздушным фильтром в трубе. 7. Устройство по пп.1 6, отличающееся тем, что контейнер установлен в двигательном отсеке автомобиля с возможностью съема и выполнен с герметично закрываемым отверстием для заполнения контейнера насыпкой. 8. Устройство по пп.1 7, отличающееся тем, что насыпка содержит около 50% оксида церия, 20 26% оксида лантана, остальное другие редкоземельные элементы и/или их оксиды. 9. Устройство по пп. 1 7, отличающееся тем, что насыпка содержит 90% оксида церия, остальное другие редкоземельные элементы и/или их оксиды. 10. Устройство по пп.1, 7 9, отличающееся тем, что в контейнере расположено колесо, имеющее транспортирующее устройство для направления частиц редкоземельных элементов по его периферии при вращении колеса от приводного двигатели, а входное отверстие всасывающей магистрали расположено в стенке контейнера вблизи периферии колеса. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что колесо закреплено на валу, проходящем через контейнер и установленном в подшипниках, стенки которых образуют внутренние перегородки во внутренней части контейнера, а в последней размещена смесь редкоземельных элементов. 12. Устройство по пп.10 и 11, отличающееся тем, что контейнер снабжен воздушным фильтром, расположенным снаружи одной из стенок подшипников, имеющим сообщенное с атмосферой отверстие и соединенным с внутренней частью контейнера через дополнительное отверстие, например, снабженное дросселем, а также снабжен приводным отсеком, расположенным снаружи другой стенки подшипника, а приводной двигатель размещен в этом отсеке. 13. Устройство по пп.10 12, отличающееся тем, что транспортирующее устройство выполнено в виде лопаток или зубьев.