Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Технический результат от реализации изобретения заключается в снижении содержания вредных ингредиентов в ОГ дизельного двигателя путем улучшения процесса сгорания углеводородного топлива. Способ заключается в том, что предварительно готовят жидкий активатор, затем направляют его через наконечник-дозатор во впускной трубопровод дизельного двигателя, при этом оптимизируют состав аэрозольной смеси активатора с воздухом. В качестве активатора используют следующий состав:
- перекись водорода - 23-53%
- алифатические спирты - 5-10%
- антикоррозионная присадка -0,1-0,3%
- стабилизирующее вещество - 0,1-0,2%
-стальное - дистиллированная вода,
при этом указанный активатор обрабатывают в устройстве в виде аэрозольного генератора, работающего в трех режимах: распылительном, комбинированном и барботажном, в зависимости от литража дизеля. В аэрозольном генераторе размещен картридж-поплавок, обеспечивающий оптимальный состав аэрозоли в зависимости режимов работы ДВС за счет постоянного уровня активатора в картридже. Генератор связан гибким трубопроводом с наконечником-дозатором, имеющим насадку-рассекатель, размещенную с зазором в сужающемся в направлении потока воздуха кожухе, закрепленном во впускном воздуховоде. Изменение характеристик турбулирования активатора осуществляется регулированием подачи воздуха через барботажную трубку и электромагнитный клапан и изменением пропускной способности нижнего патрубка трехходового крана. Используя варианты формы насадки-рассекателя, повышают дисперсность аэрозоли в зависимости от типа ДВС. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно - к средствам уменьшения загрязнения воздушной среды двигателями внутреннего сгорания (далее - ДВС).
Известен способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах (далее - ОГ) дизельного двигателя, заключающийся в том, что предварительно готовят жидкий активатор, затем направляют его через распылитель во впускной трубопровод дизельного двигателя, при этом оптимизируют состав аэрозольной смеси активатора с воздухом (патент RU 2273750, МПК F02D 19/12, 2004 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению, поэтому принято за прототип.
Недостатком прототипа является невысокая степень снижения токсичности выбросов дизельных ДВС вследствие ограниченного химического и механического воздействия на углеводородное топливо в процессе сгорания.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - снижение загрязненности воздушной среды обитания путем снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газов в выбросах в атмосферу дизельными ДВС.
Подробный процесс сжигания углеводородного топлива очень сложен.
В процессе сжигания молекулы топлива разлагаются на мелкие фрагменты, большинство из которых представляют собой, так называемые, свободные радикалы, т.е. нестабильные молекулы, быстро реагирующие, например, с кислородом.
Наиболее важными радикалами являются атомарный кислород - О, атомарный водород - Н и гидроксильный радикал - ОН. Последний особенно важен для разложения и окисления молекул топлива как за счет прямого присоединения, так и за счет отщепления водорода, в результате чего образуется вода.
В начале инициирования сжигания вода вступает в реакцию
H2O+М→2OH*+М, где М - другая молекула, например азот, либо материал стенки или поверхности искрового электрода, с которой сталкивается молекула воды.
Поскольку вода - это очень стабильная молекула, то для ее разложения требуется очень высокая температура. Лучшей альтернативой этому является добавление перекиси водорода, которая разлагается аналогичным образом и содержит во много раз больше ОН-радикалов:
H2O2+М→2OH*+М,
Эта реакция протекает намного быстрее и при более низкой температуре, особенно на поверхности, где воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется проще и с возможностью контроля процесса. Дополнительным положительным эффектом поверхностной реакции в цилиндрах ДВС является то, что перекись водорода легко реагирует с сажей и смолой, осевших на стенках камеры сгорания с образованием диоксида углерода (CO2), что приводит к очищению поверхности камеры сгорания и соответственно улучшает процесс горения.
Вода и перекись водорода значительно понижают содержание окиси углерода CO в отработавших газах по следующей схеме:
1) CO+O2→CO2+O - инициирование
2) O:+H2O→2OH* - разветвление
3) ОН*+CO→CO2+Н* - рост
4) Н*+O→ОН*+О: - разветвление
Из реакции 2) видно, что вода играет роль катализатора и затем образуется снова. Поскольку перекись водорода приводит к значительно большему повышению количества ОН-радикалов, чем вода, то стадия 3) значительно ускоряется, приводя к удалению большей части образующегося CO. В результате этого освобождается дополнительная энергия, помогающая поддерживать горение.
NO и NOx - окись азота являются высокотоксичными соединениями, которые ориентировочно в 4 раза более токсичны, чем окись углерода СО. Кроме этого, окись азота может разлагать озон в верхних слоях атмосферы.
Большая часть NOx образуется в результате реакции кислорода с азотом воздуха при высоких температурах и, следовательно, не зависит от состава топлива. Количество образующихся NOx зависит от продолжительности поддержания условий сжигания. Если снижение температуры происходит очень медленно, то это приводит к равновесию при умеренно высоких температурах и к относительно низкой концентрации NOx.
При использовании данного изобретения снижается токсичность отработавших газов путем улучшения процесса сгорания. Кроме того, достигается снижение объема выброса вредных составляющих в отработавших газах в процессе горения углеводородных соединений улучшением инициирования горения и поддержанием более полного сгорания в таких условиях, что содержание вредных выхлопных газов существенно снижается.
Это достигается тем, что в воздух для горения или в воздушно-топливную смесь подают жидкую смесь, преобразованную в аэрозоль, содержащую перекись водорода - H2O2 и воду - H2O.
В щелочных условиях перекись водорода разлагается на гидроксильные радикалы и пероксидные ионы по следующей схеме:
H2O2+HO2→НО*+O2+H2O
Образующиеся гидроксильные радикалы могут реагировать друг с другом, с пероксидными ионами или с перекисью водорода.
В результате этих представленных ниже реакций образуются перекись водорода, газообразный кислород и гидроперекисные радикалы:
НО*+НО*→H2O2
НО*+O2*→3О2+ОН-
НО*+H2O2→HO2*+H2O
Известно, что рКа пероксидных радикалов равно 4,88+- 0,10 и это означает, что все гидропероксирадикалы диссоциируют до пероксидных ионов.
Пероксидные ионы могут также реагировать с перекисью водорода, друг с другом или захватывать образующийся синглетный кислород:
O2*+H2O2→O2+НО*+ОН-
O2*+O2+H2O→IO2_+HO2¯+ОН-
O2*+IO2→3O2+O*+22 ккал
Таким образом, образуется газообразный кислород, гидроксильные радикалы, синглетный кислород, перекись водорода и триплетный кислород с выделением энергии 22 ккал.
Подтверждено также, что ионы тяжелых металлов, присутствующие при каталептическом разложении перекиси водорода, дают гидроксильные радикалы и пероксидные ионы.
Имеются сведения о константах скорости, например следующие данные для типичных алканов нефти.
Константы скоростей взаимодействия н-октана с Н, О и ОН.
К=А exp /E/RT
Из этого примера видно, что атака ОН-радикалами протекает быстрее и при более низкой температуре, чем Н и О.
Константа скорости реакции СО+ОН→CO2+Н имеет температурную зависимость в силу отрицательной энергии активации и высокого температурного коэффициента.
Ее можно записать следующим образом: 4,4×106×Т1,5 exp/3,1/RT.
Скорость реакции будет почти постоянной и равной около 1011 см3/мол.·с при температурах ниже 1000 K, вплоть до комнатной температуры. Выше 1000 K скорость реакции возрастает в несколько раз. В силу этого реакция полностью доминирует в превращении CO в CO2 при сжигании углеводородов, а раннее и полное сгорание CO улучшает термическую эффективность.
Пример, иллюстрирующий антагонизм между О2 и ОН - это реакция NH3-H2O2-NO, где добавление Н2O2 приводит к 90% снижению NOx в бескислородной среде. Если же O2 присутствует, то даже при 2% NOx снижение сильно уменьшается.
В соответствии с данным изобретением для генерирования ОН - радикалов используют перекись водорода - Н2О2, диссоциирующую приблизительно при 500°C. Их время жизни равно максимум 20 мс.
При нормальном сжигании углеводородного топлива 70% расходуется на его реакцию с ОН-радикалами и 30% с Н-атомами. В данном изобретении, где уже на стадии инициирования горения образуются ОН-радикалы, резко улучшается сжигание за счет немедленного воздействия на топливо. При добавлении в топливную рабочую смесь аэрозольной смеси активатора с высоким содержанием перекиси водорода (выше 23%) имеется достаточно ОН-радикалов для окисления несгоревших молекул топлива, CO и СН, в то же время происходит оптимизация температурного режима сгорания. В связи с этим значительно снижается содержание NOx в отработавших газах и выбросах.
Таким образом, аэрозольная смесь приводит к более полному сгоранию углеводородных соединений и значительному снижению количества вредных выбросов в атмосферу.
Технический результат от реализации изобретения заключается в снижении содержания вредных ингредиентов в ОГ дизельного двигателя путем улучшения процесса сгорания углеводородного топлива.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.
Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя, заключающийся в том, что предварительно готовят жидкий активатор, затем направляют его через наконечник-дозатор во впускной трубопровод дизельного двигателя, при этом оптимизируют состав аэрозольной смеси активатора с воздухом. В качестве активатора используют следующий состав:
- перекись водорода - 23-53%
- алифатические спирты - 5-10%
- антикоррозионная присадка -0,1-0,3%
- стабилизирующее вещество - 0,1-0,2%
- остальное - дистиллированная вода.
При этом указанный активатор обрабатывают в устройстве в виде аэрозольного генератора, работающего в трех режимах: барботажном, распылительном и комбинированном; и состоящего из емкости, в которой размещают картридж с жидким активатором, с возможностью его перетекания в указанную емкость через, по меньшей мере, одно отверстие в нижней части картриджа.
При этом емкость снабжают крышкой и средством крепления к дизельному двигателю или к транспортному средству, причем картридж располагают в емкости с возможностью вертикального перемещения в ней совместно с плотно прикрепленным к нему поплавком, свободно размещенным в емкости на поверхностном уровне жидкого активатора.
Картридж выполняют в виде трубчатого корпуса, заглушенного с двух сторон полыми пистонами, нижний из которых сообщают с барботажной трубкой, на входе которой устанавливают регулируемый воздушный фильтр-клапан, а верхний пистон сообщают с нижним регулируемой пропускной способности патрубком трехходового крана с распылительной трубкой, размещенной в его выходном патрубке и электромагнитным клапаном, установленным во входном воздушном патрубке.
Причем в картридже устанавливают основную трубку для подачи активатора в распылительном и комбинированном режимах работы аэрозольного генератора, в емкости которого размещают резервную трубку для аварийной подачи активатора в распылительном режиме.
При работе аэрозольного генератора в режиме барботажа на основную, резервную и распылительную трубки устанавливают заглушки, фильтр-клапан барботажной трубки и нижний патрубок трехходового крана открывают, указанный электромагнитный клапан закрывают.
При работе аэрозольного генератора в режиме распыления заглушку устанавливают на резервную трубку, при этом воздушный фильтр-клапан барботажной трубки и нижний патрубок трехходового крана закрывают, электромагнитный клапан во входном воздушном патрубке трехходового крана открывают, распылительную трубку в последнем случае соединяют с основной трубкой.
При работе аэрозольного генератора в комбинированном режиме активатор в виде аэрозоли подают двумя путями: от барботажной трубки через открытый нижний патрубок трехходового крана и через распылительную трубку, которую соединяют с основной трубкой, при этом резервную трубку заглушают, воздушный фильтр-клапан барботажной трубки и нижний патрубок трехходового крана частично открывают.
Соотношение пропускной способности воздушного фильтра-клапана и нижнего патрубка трехходового крана устанавливают по степени их открытия в зависимости от литража дизельного ДВС, электромагнитный клапан в воздушном патрубке трехходового крана открывают.
К выходному патрубку трехходового крана присоединяют гибкий трубопровод, связанный с наконечником-дозатором, снабженным насадкой-рассекателем, размещенной с зазором внутри сужающегося в направлении потока воздуха кожуха, который закрепляют во впускном трубопроводе дизельного двигателя.
Указанный зазор между насадкой-рассекателем и сужающимся кожухом конфигурируют полусферической, кольцеобразной, прямоугольной или пирамидальной насадкой-рассекателем, ориентированной вершиной к входному отверстию сужающегося кожуха. Насадка-рассекатель может быть выполнена пустотелой.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлена схема реализации изобретения; на фиг.2 - вид А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид спереди на сужающийся кожух.
В способе снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя 1 предварительно готовят жидкий активатор, затем направляют его через наконечник-дозатор 2 во впускной трубопровод 3 дизельного двигателя, при этом оптимизируют состав аэрозольной смеси активатора с воздухом.
В качестве активатора используют следующий состав:
- перекись водорода - 23-53%
- алифатические спирты - 5-10%
- антикоррозионная присадка -0,1-0,3%
- стабилизирующее вещество - 0,1-0,2%
- остальное - дистиллированная вода.
Указанный жидкий активатор преобразуют в аэрозоль в аэрозольном генераторе, работающем в трех режимах: распылительном, барботажном и комбинированном.
Аэрозольный генератор состоит из емкости 4, в которой размещен картридж 5 с жидким активатором, с возможностью его перетекания в указанную емкость 4, через, по меньшей мере, одно отверстие 6 в нижней части картриджа 5, при этом емкость 4 снабжена крышкой 7.
Картридж 5 размещен в емкости 4 с возможностью вертикального перемещения в ней совместно с плотно прикрепленным к нему поплавком 8, свободно размещенным в емкости 4 на поверхностном уровне жидкого активатора.
Картридж 5 выполнен в виде трубчатого корпуса, заглушенного с двух сторон полыми пистонами, нижний (не показан) из которых сообщен с барботажной трубкой 9, на входе которой установлен регулируемый воздушный фильтр-клапан 10, а верхний пистон 11 сообщают с нижним регулируемой пропускной способности патрубком 12 трехходового крана 13 с распылительной трубкой 14, размещенной в его выходном патрубке 15, и электромагнитным клапаном 16, установленным во входном воздушном патрубке 17.
В картридже 5 устанавливают основную трубку 18 для подачи активатора в распылительном и комбинированном режимах работы аэрозольного генератора.
В емкости 4 генератора размещают резервную трубку 19 для аварийной подачи активатора в распылительном режиме в случае выхода из строя картриджа 5.
При работе аэрозольного генератора в режиме барботажа на основную 18, резервную 19 и распылительную 14 трубки устанавливают заглушки, фильтр-клапан 10 барботажной трубки и нижний патрубок 12 трехходового крана 13 открывают, указанный электромагнитный клапан 16 закрывают.
При работе генератора в распылительном режиме за счет эжекторного эффекта, создаваемого потоком воздуха, поступающего через открытый электромагнитный клапан 16 во входном воздушном патрубке 17 трехходового крана 13, полученная аэрозоль поступает по гибкому трубопроводу 20 в наконечник-дозатор 2.
В этом режиме работы аэрозольного генератора заглушку устанавливают на резервную трубку 19, при этом воздушный фильтр-клапан 10 барботажной трубки 9 и нижний патрубок 12 трехходового крана 13 закрывают, электромагнитный клапан 16 в входном воздушном патрубке 17 трехходового крана 13 открывают, распылительную трубку 14 в последнем случае соединяют с основной трубкой 18.
При работе аэрозольного генератора в комбинированном режиме активатор в виде аэрозоли подают двумя путями: от барботажной трубки 9 через открытый нижний патрубок 12 трехходового крана 13 и через распылительную трубку 14, которую соединяют с основной трубкой 18, при этом резервную трубку 19 заглушают, воздушный фильтр-клапан 10 барботажной трубки 9 и нижний патрубок 12 трехходового крана 13 частично открывают, электромагнитный клапан 16 в воздушном патрубке 17 трехходового крана 13 открывают. Соотношение пропускной способности воздушного фильтра-клапана 10 и нижнего патрубка 12 трехходового крана 13 устанавливают по степени их открытия в зависимости от литража дизельного ДВС.
К выходному патрубку 16 трехходового крана 13 присоединяют гибкий трубопровод 20, связанный с наконечником-дозатором 2, снабженным насадкой-рассекателем 21, размещенной с зазором внутри сужающегося в направлении потока воздуха кожуха 22, который закрепляют во впускном трубопроводе 3 дизельного двигателя 1.
В случае выхода картриджа 5 из строя, подача активатора осуществляется в аварийном режиме распыления непосредственно из емкости 4 генератора, для чего резервная трубка 19 соединяется с распылительной трубкой 14, а электромагнитный клапан 16 открывается. В этом режиме на трубку 18 устанавливается заглушка, а фильтр-клапан 10 барботажной трубки 9 и нижний патрубок 12 трехходового крана 13 закрывают.
Указанный зазор между насадкой-рассекателем 21 и сужающимся кожухом 22 конфигурируют использованием насадок рассекателей различной формы: полусферической, кольцеобразной, прямоугольной или пирамидальной насадкой-рассекателем, ориентированной вершиной к входному отверстию сужающегося кожуха 22. Генератор крепится средством крепления 23 к дизельному двигателю или к транспортному средству.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках, не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельных ДВС путем повышения эффективности и качества сгорания углеводородного топлива.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшем общедоступным до даты приоритета изобретения.
Кроме того, с целью оценки соответствия заявленного технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость» и осуществимости заявленного способа снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя проведены натурные испытания.
Как известно, основным нормируемым показателем токсичности выбросов в дизельных двигателях является дымность, характеризующаяся не только количество сажи, но и других вредных веществ (ингредиентов), поэтому для оценки результатов использования данного изобретения испытания проводились в соответствии с ГОСТ 21393-75 «Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов», и норм оптической плотности по ГОСТ-17.2.2.01 -84. Испытания способа проведены в ОАО «Туапсинское автотранспортное предприятие» совместно с ООО «ИнжТехСервис» 18, 19, 20 - октября 2012 г., Акт испытаний прилагается к настоящей заявке.
Испытания проведены на автомобиле МА3-642208-026, гос.№Р386СС93 с дизельным двигателем ЯМ3-7511.10-01, №5001359 с турбонаддувом, мощность 294/400 л.с.
Учитывая большой рабочий объем данного дизельного двигателя, который составляет 14,86 литра, испытания проводятся в режиме распыления.
Контрольные замеры проводились прибором - Дымомер оптический «ДО-1» заводской №10402, свидетельство о поверке №7/679, проведено Федеральным бюджетным учреждением «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Краснодарском крае», действительно до 10 июля 2013 г.
В 1й- -2й- -3й- день испытаний замеры дымности осуществлялись с последующим подключением аэрозольного генератора в режиме распыления. В этом случае автомобиль находится в эксплуатационном режиме дня с пробегом 400 км. Контрольные замеры дымности проводились в 18-00 ч ежедневно.
Химический состав жидкой смеси-активатора, применяемый при испытании, соответствует составу ингредиентов формулы изобретения:
- перекись водорода - 23-53%
- алифатические спирты - 5-10%
- антикоррозионная присадка - 0,1-0,3%
- стабилизирующее вещество - 0,1-0,2%
- остальное - дистиллированная вода.
Процентное соотношение ингредиентов подбиралось в указанном диапазоне в соответствии с рекомендациями Роспатента, при этом: состав смеси:
в 1й - день испытаний: 23% перекиси водорода; 10% алифатические спирты; 0,2% - антикоррозионная присадка; 0,1%, - стабилизирующее вещество; остальное - дистиллированная вода.
2й - день испытаний: 35% - перекись водорода; 10% - алифатические спирты; 0,2% - антикоррозионная присадка; 0,1% - стабилизирующее вещество; остальное - дистиллированная вода.
3й - день испытаний; 50% перекись водорода; 10% - алифатические спирты; 0,2% - антикоррозионная присадка; 0,1% - стабилизирующее вещество; остальное - дистиллированная вода.
Измерение дымности отработанных газов автомобиля МАЗ дымомером оптическим "ДО-1"
Результаты определения дымности ОГ в режиме свободного ускорения приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||
| Дата замера | Состояние объекта испытаний |
Дымность отработавших газов в % | |||||
| Номер замера | Среднее арифметическое значение по замерам | Режим n-max | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||
| 18.10.2012 | До | 52 | 54 | 51 | 51 | 52 | 17 |
| испытания | (50) | (50) | (50) | (50) | (50) | (15) | |
| После | 41 | 42 | 41 | 40 | 41 | 14 | |
| испытания | (50) | (50) | (50) | (50) | (50) | (15) | |
| 19.10.2012 | До | 50 | 48 | 49 | 48 | 48,5 | 15 |
| испытания | (50) | (50) | (50) | (50) | (50) | (15) | |
| После | 29 | 27 | 28 | 28 | 28 | 11 | |
| испытания | (50) | (50) | (50) | (50) | (50) | (15) | |
| 20.10.2012 | До | 44 | 43 | 45 | 44 | 44 | 14 |
| испытания | (50) | (50) | (50) | (50) | (50) | (15) | |
| После | 35 | 34 | 37 | 34 | 35 | 12 | |
| испытания | (50) | (50) | (50) | (50) | (50) | (15) |
В таблице 1:
в скобках () приведены предельное допустимые значения;
nmax - максимальная частота вращения коленчатого вала ДВС.
Снижение дымности дизеля объясняется лучшим догоранием СО (окиси углерода), СН (углеводорода) и сажи в камерах сгорания дизеля. Эта существующая зависимость объясняет снижение содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизеля на величину, пропорциональную снижению дымности. Уменьшение NOx происходит за счет нормализации температурного режима работы дизеля.
Как показали результаты испытаний при использовании заявленного способа, осуществлено достижение заявленного технического результата - снижение содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя путем улучшения процесса сгорания углеводородного топлива за счет качественного химического и количественного механического воздействия на процесс горения углеводородного топлива в ДВС.
Сравнивая результаты замеров, следует отметить постепенное очищение камер сгорания и элементов системы выпуска ОГ от продуктов коксования, осмоления и сажи, а также снижение эксплуатационного расхода топлива, улучшение динамики автомобиля.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Анализ известных технических решений в области изобретения показал, что предложенный способ не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т.е. заявленное изобретение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - снижение содержания вредных ингредиентов в ОГ дизельного двигателя путем улучшения процесса сгорания углеводородного топлива.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. соответствует условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень» и, следовательно, является новым и имеет изобретательский уровень.
Способ может использоваться на наземном и водном транспорте, в стационарных энергетических установках, в том числе в котельных, мусоросжигающих печах, работающих на жидком, твердом или газообразном углеводном топливе.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно готовят жидкий активатор в виде композиции следующего состава:
- перекись водорода - 23-53%,
- алифатические спирты - 5-10% (алифатические спирты применяются для повышения дисперсности аэрозольной смеси),
- антикоррозионная присадка - 0,1-0,3% (эти присадки минимальны и окисляются, полностью выделяя дополнительную энергию, антикоррозийная присадка предохраняет металлические поверхности, которых может касаться аэрозольная смесь, от коррозии),
- стабилизирующее вещество - 0,1-0,2% (стабилизирующее вещество сохраняет жидкий активатор от разложения при его хранении),
- остальное - дистиллированная вода.
Указанный жидкий активатор преобразовывают в аэрозольный вид в аэрозольном генераторе. Активатор 24 заливают в емкость 4 через заливную горловину 25, снабженную компенсационным клапаном для связи с атмосферой (не показан), выравнивающим давление в емкости 4 при уменьшении объема активатора 24.
Работа аэрозольного генератора предусмотрена в любых температурных режимах от -35°C до +65°C.
Аэрозольный генератор работает в трех режимах до образования аэрозоли: барботажа, распыления, комбинированном (барботажа совместно с распылением) за счет создаваемого разрежения, создаваемого работающим дизельным ДВС.
Каждый из режимов характеризуется физическим состоянием аэрозоли - смеси активатора с воздухом и подбирается перед началом монтажа устройства на ДВС в зависимости от особенностей его работы, мощности и характера процессов сгорания углеводородного топлива.
В свою очередь, для получения необходимого физического состояния аэрозоли в соответствии с параметрами ДВС подбирается процесс смешения воздуха с активатором в картридже 5 или непосредственно в трехходовом кране 13. При этом с учетом количества потребляемого воздуха ДВС устанавливается соответствующая пропускная способность электромагнитного клапана 16.
Режим барботажа - смешивания активатора с пузырьками воздуха используется для дизельных ДВС литражом до 10 л.
В режиме барбротажа за счет разрежения, которое создается при работе ДВС в картридж 5, засасывается воздух через барботажную трубку 9 и выходит в виде пузырьков в отверстия в нижнем пистоне и, проходя через жидкий активатор 24, создает аэрозоль в виде мелких капель, которая проходит через отверстие (не показано) в верхнем пистоне 11 картриджа 5 в нижний патрубок 12 трехходового крана 13.
Затем аэрозоль через гибкий трубопровод 20 и наконечник-дозатор 2 поступает во впускной трубопровод 3 ДВС.
При этом трубки 14, 18 и 19, связанные с другими режимами работы устройства, закрыты заглушками, а также закрыт электромагнитный клапан 16 в трехходовом кране 13.
Режим распыления используется для дизелей литражом более 10 л.
В этом режиме подача аэрозоля осуществляется через выходной патрубок 15 трехходового крана 13, трубки 9 и 19 закрыты, основная трубка 18 в картридже 5 соединена с распылительной трубкой 14, а нижний патрубок 12 трехходового крана 13 перекрыт.
Воздух подается в трехходовой кран 13 от электромагнитного клапана 16 на конец распылительной трубки 14 и распыляет аэрационную жидкость, поступающую по ней за счет эжекторного эффекта.
Далее, полученная аэрозоль поступает по гибкому трубопроводу 20 в наконечник-дозатор 2.
Комбинированный режим состоит из одновременного барботажа и распыления и используется в ДВС с большим потреблением воздуха.
При работе аэрозольного генератора в комбинированном режиме активатор в виде аэрозоли подают от барботажной трубки 9 через частично открытый нижний патрубок 12 трехходового крана 13 и через распылительную трубку 14, которую соединяют с основной трубкой 18, резервную трубку 19 заглушают, при этом электромагнитный клапан 16 во входном воздушном патрубке 17 трехходового крана 13 открывают.
В наконечник-дозатор 2 поступает смешенная в трехходовом кране 13 барботированная и распыленная аэрозоль.
В случае выхода картриджа 5 из строя, подача активатора осуществляется в аварийном режиме распыления непосредственно из емкости 4 генератора, для чего резервная трубка 19 соединяется с распылительной трубкой 14, трубки 9 и 18 и нижний патрубок 12 трехходового крана 13 закрывают, а электромагнитный клапан 16 открывают.
В зоне после наконечника-дозатора 2 создается дополнительное разрежение за счет увеличения скорости потока смеси вследствие сужения кожуха 22 в направлении потока воздуха и уменьшения его выпускного сечения (зазора) посредством использования насадок-рассекателей 21.
Путем подбора конфигурации насадок-рассекателей 21 определяется оптимальная пропускная способность сужающегося кожуха 22 в зависимости от литража и режима работы дизеля.
Использование изобретения благотворно влияет на воздушную среду обитания за счет снижения токсичности и количества выбросов отработавших газов дизельных ДВС, а также повышает их экономичность и мощность.
1. Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя, заключающийся в том, что предварительно готовят жидкий активатор, затем направляют его через наконечник-дозатор во впускной трубопровод дизельного двигателя, при этом оптимизируют состав аэрозольной смеси активатора с воздухом, отличающйся тем, что в качестве активатора используют следующий состав:
- перекись водорода - 23-53%
- алифатические спирты - 5-10%
- антикоррозионная присадка -0,1-0,3%
- стабилизирующее вещество - 0,1-0,2%;
- остальное - дистиллированная вода,
при этом указанный активатор обрабатывают в устройстве в виде аэрозольного генератора, работающего в трех режимах: барботажном, распылительном и комбинированном; и состоящего из емкости, в которой размещают картридж с жидким активатором, с возможностью его перетекания в указанную емкость через, по меньшей мере, одно отверстие в нижней части картриджа, при этом емкость снабжают крышкой и средством крепления к дизельному двигателю или к транспортному средству, причем картридж располагают в емкости с возможностью вертикального перемещения в ней совместно с плотно прикрепленным к нему поплавком, свободно размещенным в емкости на поверхностном уровне жидкого активатора, при этом картридж выполняют в виде трубчатого корпуса, заглушенного с двух сторон полыми пистонами, нижний из которых сообщают с барботажной трубкой, на входе которой устанавливают регулируемый воздушный фильтр-клапан, а верхний пистон сообщают с нижним регулируемой пропускной способности патрубком трехходового крана с распылительной трубкой, размещенной в его выходном патрубке, и электромагнитным клапаном, установленным в входном воздушном патрубке, причем в картридже устанавливают основную трубку для подачи активатора в распылительном и комбинированном режимах работы аэрозольного генератора, в емкости которого размещают резервную трубку для аварийной подачи активатора в распылительном режиме, причем при работе аэрозольного генератора в режиме барботажа на основную, резервную и распылительную трубки устанавливают заглушки, фильтр-клапан барботажной трубки и нижний патрубок трехходового крана открывают, указанный электромагнитный клапан закрывают, при работе аэрозольного генератора в режиме распыления заглушку устанавливают на резервную трубку, при этом воздушный фильтр-клапан барботажной трубки и нижний патрубок трехходового крана закрывают, электромагнитный клапан в входном воздушном патрубке трехходового крана открывают, распылительную трубку в последнем случае соединяют с основной трубкой, а при работе аэрозольного генератора в комбинированном режиме активатор в виде аэрозоли подают двумя путями: от барботажной трубки через открытый нижний патрубок трехходового крана и через распылительную трубку, которую соединяют с основной трубкой, при этом резервную трубку заглушают, воздушный фильтр-клапан барботажной трубки и нижний патрубок трехходового крана частично открывают, причем соотношение пропускной способности воздушного фильтра-клапана и нижнего патрубка трехходового крана устанавливают по степени их открытия в зависимости от литража дизельного ДВС, электромагнитный клапан в воздушном патрубке трехходового крана открывают, при этом к выходному патрубку трехходового крана присоединяют гибкий трубопровод, связанный с наконечником-дозатором, снабженным насадкой-рассекателем, размещенной с зазором внутри сужающегося в направлении потока воздуха кожуха, который закрепляют во впускном трубопроводе дизельного двигателя.
2. Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя по п.1, отличающийся тем, что указанный зазор между насадкой-рассекателем и сужающимся кожухом конфигурируют полусферической насадкой-рассекателем.
3. Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя по п.1, отличающийся тем, что указанный зазор между насадкой-рассекателем и сужающимся кожухом конфигурируют кольцеобразной насадкой-рассекателем.
4. Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя по п.1, отличающийся тем, что указанный зазор между насадкой-рассекателем и сужающимся кожухом конфигурируют прямоугольной насадкой-рассекателем.
5. Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя по п.1, отличаюищйся тем, что указанный зазор между насадкой-рассекателем и сужающимся кожухом конфигурируют пирамидальной насадкой-рассекателем, ориентированной вершиной к входному отверстию сужающегося кожуха.
6. Способ снижения содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя по п.1 или п.2, отличающийся тем, что полусферическую насадку-рассекатель выполняют пустотелой.
7. Способ снижения токсичности содержания вредных ингредиентов в отработавших газах дизельного двигателя по п.1 или п.5, отличающийся тем, что пирамидальную насадку-рассекатель изготовляют пустотелой.
