RU2163677C2 - Method of catalytic conversion of exhaust gases in cylinders of internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; supply systems of internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed method of catalytic conversion of exhaust gases by metal reduction-oxidation catalysts comes to use of the following metal oxides added into fuel in form of solution or on entrainers: F₂O₃,ZnO,CuO,Cr₂O₃,MnO₂,NiO. Solutions of reduction-oxidation catalysts are added to fuel at petroleum refining plants. Engine supply device is adjusted to excess air in fuel-air mixture equal to α = 1,05-1,1. EFFECT: improved conversion of exhaust gases.

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to mechanical engineering, namely to power systems for internal combustion engines (ICE).

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". A known method of introducing a fuel additive in gasoline or diesel fuel in the form of oxide compounds of zinc, iron, barium, copper and magnesium using lubricating oil as a light base (UK application N 2216138, IPC C 10 L 1/10, 1989). Its main purpose is to neutralize the action of sulfur during the operation of internal combustion engines. It has also been found that the magnesium oxide component of the additive has beneficial effects when used in an engine.

Однако этот способ имеет следующие недостатки. However, this method has the following disadvantages.

1. Добавка не оказывает нейтрализующего действия на основные токсические компоненты отработавших газов (ОГ) (CO, C_nH_m, NO).1. The additive does not have a neutralizing effect on the main toxic components of the exhaust gas (exhaust gas) (CO, C _n H _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. 2. The additive does not use redox catalysts (HVAC) based on oxides of manganese, nickel, chromium and cobalt as substitutes for casing catalytic converters (KH) on noble metals for the purpose specified in paragraph 1.

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. The objective of the invention is a high degree of exhaust gas neutralization in the ICE cylinders using chemical compounds of some heavy and alloying non-ferrous metals added to the fuel in solutions or on scavengers; reduction in the cost of oil products due to the refusal to use a device for introducing HVAC into fuel; equal degree of exhaust gas exhaust in all engine operating modes; the efficiency of the KH system when using gasoline with any antiknock additives (ADD); elimination of the need for microprocessor control of exhaust gas; increasing the power of the internal combustion engine due to the energy released during the neutralization (burning!) of exhaust gas components in the internal combustion engine cylinders; no need for environmental control of the exhaust gas composition.

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. The problem is solved in that the addition of HVAC solutions to the fuel is carried out at oil refineries, and the internal combustion engine supply device is regulated for excess air in the fuel-air mixture (FA), for example, to 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.The method is carried out in that the OVK solution, consisting of chemical compounds of iron and some oxide compounds of heavy and alloying non-ferrous metals (F ₂ O ₃ , ZnO, CuO, Cr ₂ O ₃ , MnO ₂ , NiO and others) in the form of soluble in gasoline or ultrafine suspensions with the addition of stabilizers, is introduced at refineries into ready-to-use gasoline at the rate of several milliliters (for example, 2-10 ml of a 10-20% solution) per 10 kg of fuel. At the same time, the HVAC solution is completely evenly mixed with gasoline, and in this form they are refueled by cars at gas stations. The vehicle’s feeding device (carburetor, injector, or device based on the principle of ultrasonic atomization) is regulated so that fuel assemblies are formed with some excess air in it (for example, α = 1.05-1.1). When gasoline is burned with HVA microadditives, gasoline and KN OG are burned during competitive reactions, and there is enough excess air to complete them in the ICE cylinders. An important feature of the proposed method is that the neutralization (burning!) Of the exhaust components occurs in the internal combustion engine cylinders, which slightly increases the internal combustion engine power due to the additional energy released, whereas in CVs on noble metals this energy is useless. In addition, during these processes, an overheating of the casing and the granular catalyst or its block carrier located in it may occur in the SC.

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. In the process of fuel assembly combustion in ICE cylinders at temperatures of 1800–2500 K and a pressure of 3–6 MPa, the rate of redox reactions in the presence of HVA microadditives increases by several orders of magnitude compared to processes in CVs on noble metals at temperatures from 490 K (idle stroke) up to 870K (forced mode). With power enrichment of fuel assemblies, the temperature can reach 1000-1170K, and with malfunctions in the ignition and power systems - 1270-1370K, which leads to sintering of the catalyst and burnout of the reactor and the vessel.

При использовании предлагаемого способа все эти возможные аварийные ситуации исключаются полностью, а выделяющаяся энергия при КН ОГ используется для создания дополнительной мощности ДВС. When using the proposed method, all of these possible emergency situations are completely eliminated, and the energy released at the exhaust gas is used to create additional ICE power.

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. The effect of the proposed method consists in a high degree of KN OG at high temperatures and pressure in the cylinders of the internal combustion engine; increasing the power of internal combustion engines; maintaining 100% of the exhaust gas throughout the entire life of the vehicle; in the complete absence of the need for a microprocessor system and its components for regulating the processes of exhaust gas; reduction in the cost of KH processes by hundreds of times compared with the cost of KH on precious metals; lack of need for environmental control of exhaust cleanliness; the absence of the need for periodic (after 80-100 thousand km of vehicle mileage) replacement of costly KH on precious metals.

Claims (1)

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.The method of catalytic neutralization of exhaust gases in the cylinders of an internal combustion engine with metal redox catalysts, which consists in the use of the following oxidized metal compounds F ₂ O ₃ , ZnO, CuO, Cr ₂ O ₃ , MnO ₂ , NiO added as redox catalysts fuel in the form of solutions or on scavengers, characterized in that the addition of redox catalyst solutions to the fuel is carried out at oil refineries, and the feed troystvo motor is regulated at the excess air in the air-fuel mixture to α = 1,05 - 1,1.