Способ каталитической нейтрализации отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано в системах питания двигателей внутреннего сгорания. Способ каталитической нейтрализации отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания металлическими окислительно-восстановительными катализаторами заключается в использовании в качестве окислительно-восстановительных катализаторов следующих окисных соединений металлов: F₂O₃, ZnO, CuO, Cr₂O₃, MnO₂, NiO, добавляемых в топливо в виде растворов или на выносителях. Добавление растворов окислительно-восстановительных катализаторов в топливо производится на нефтеперерабатывающих заводах. Питающее устройство двигателя регулируется на избыток воздуха в топливовоздушной смеси до α = 1,05 - 1,1. Технический результат - повышение степени нейтрализации отработавших газов.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ введения топливной добавки в бензин или дизельное топливо в виде окисных соединений цинка, железа, бария, меди и магния с помощью смазочного масла как легкого основания (заявка Великобритании N 2216138, МПК C 10 L 1/10, 1989 г. ). Основным ее назначением является нейтрализация действия серы при работе ДВС. Установлено также, что входящая в состав добавки "окись магния дает полезные эффекты, когда используется в двигателе".

Однако этот способ имеет следующие недостатки.

1. Добавка не оказывает нейтрализующего действия на основные токсические компоненты отработавших газов (ОГ) (CO, C_nH_m, NO).

2. В добавке не используются окислительно-восстановительные катализаторы (ОВК) на основе окислов марганца, никеля, хрома и кобальта как заменители корпусных каталитических нейтрализаторов (КН) на благородных металлах с указанной в п.1 целью.

Задачей изобретения является высокая степень нейтрализации ОГ в цилиндрах ДВС с использованием химических соединений некоторых тяжелых и легирующих цветных металлов, добавляемых в топливо в растворах или на выносителях; снижение стоимости КН за счет отказа от использования устройства для введения ОВК в топливо; равная степень КН ОГ на всех режимах работы ДВС; работоспособность системы КН при использовании бензина с любыми антидетонационными добавками (АДД); исключение необходимости в микропроцессорном управлении КН ОГ; повышение мощности ДВС за счет энергии, выделяющейся при нейтрализации (сжигании!) компонентов ОГ в цилиндрах ДВС; отсутствие необходимости экологического контроля состава ОГ.

Поставленная задача решается тем, что добавление растворов ОВК в топливо производится на нефтеперерабатывающих заводах, а питающее устройство ДВС регулируется на избыток воздуха в топливовоздушной смеси (ТВС), например до α = 1,05-1,1.

Способ осуществляется тем, что раствор ОВK, состоящий из химических соединений железа и некоторых окисных соединений тяжелых и легирующих цветных металлов (F₂O₃, ZnO, CuO, Cr₂O₃, MnO₂, NiO и других) в виде растворимых в бензине или ультрамелкодисперсных взвесей с добавлением стабилизаторов, вводится на нефтеперерабатывающих заводах в готовый к употреблению бензин из расчета нескольких миллилитров (например, 2-10 мл 10-20%-ного раствора) на 10 кг топлива. При этом раствор ОВК совершенно равномерно смешивается с бензином, и в таком виде им заправляются автомобили на бензозаправочных станциях. Питающее устройство автомобиля (карбюратор, инжектор или устройство на принципе ультразвукового распыления) регулируется таким образом, чтобы ТВС образовывалась с некоторым избытком воздуха в ней (например, α = 1,05-1,1). При сжигании бензина с микродобавками ОВК происходит сгорание бензина и КН ОГ в ходе конкурентно протекающих реакций, при этом избытка воздуха достаточно для их завершения в цилиндрах ДВС. Важной особенностью предлагаемого способа является то, что нейтрализация (сжигание!) компонентов ОГ происходит в цилиндрах ДВС, что несколько повышает мощность ДВС за счет дополнительно выделяющейся энергии, тогда как в КН на благородных металлах эта энергия бесполезна. Кроме того, при этих процессах в КН может возникать аварийный перегрев корпуса и находящегося в нем гранулированного катализатора или его блочного носителя.

В процессе сгорания ТВС в цилиндрах ДВС при температурах 1800-2500К и давлении 3-6 МПа скорость протекания окислительно-восстановительных реакций (ОВР) в присутствии микродобавок ОВК возрастает на несколько порядков по сравнению с процессами в КН на благородных металлах при температурах от 490К (холостой ход) до 870К (форсированный режим). При мощностном обогащении ТВС температура может достигать 1000-1170К, а при неисправностях в системах зажигания и питания - 1270-1370К, что приводит к спеканию катализатора и прогару реактора и корпуса.

При использовании предлагаемого способа все эти возможные аварийные ситуации исключаются полностью, а выделяющаяся энергия при КН ОГ используется для создания дополнительной мощности ДВС.

Эффект предлагаемого способа заключается в высокой степени КН ОГ при высоких температурах и давлении в цилиндрах ДВС; повышении мощности ДВС; поддержании 100% КН ОГ в течение всего срока эксплуатации автомобиля; в полном отсутствии необходимости в микропроцессорной системе и ее компонентах для регулирования процессов КН ОГ; снижении стоимости процессов КН в сотни раз по сравнению со стоимостью КН на благородных металлах; отсутствии необходимости экологического контроля чистоты выхлопа; отсутствии необходимости в периодической (через 80-100 тыс. км пробега автомобиля) заменe дорогостоящего КН на благородных металлах.

Формула изобретения

Способ каталитической нейтрализации отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания металлическими окислительно-восстановительными катализаторами, заключающийся в использовании в качестве окислительно-восстановительных катализаторов следующих окисленных соединений металлов F₂O₃, ZnO, CuO, Cr₂O₃, MnO₂, NiO, добавляемых в топливо в виде растворов или на выносителях, отличающийся тем, что добавление растворов окислительно-восстановительных катализаторов в топливо производитсяа на нефтеперерабатывающих заводах, а питающее устройство двигателя регулируется на избыток воздуха в топливовоздушной смеси до α = 1,05 - 1,1.