PL217476B1

PL217476B1 - Method for increasing the power of internal combustion engines

Info

Publication number: PL217476B1
Application number: PL397480A
Authority: PL
Inventors: Oleh Klyus; Jacek Eljasz; Igor Klyus; Oleg Beziukow
Original assignee: Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2014-07-31
Also published as: PL397480A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększenia mocy silników spalinowych i innych maszyn cieplnych wykorzystujących procesy utleniania podczas spalania różnego typu paliw.The subject of the invention is a method of increasing the power of internal combustion engines and other thermal machines that use oxidation processes during combustion of various types of fuels.

Znany jest sposób na zwiększenie mocy silników spalinowych, w których stosowane są procesy doładowania umożliwiające zwiększenie gęstości powietrza podawanego do komory spalania. Zwiększenie gęstości powietrza zwiększa ilość doprowadzanego do komory spalania tlenu co umożliwia zwiększenie ilości podawanego do tej komory paliwa i w konsekwencji doprowadza do zwiększenia mocy silnika w tej samej objętości co i w silnikach bez doładowania (Jan A. Wajand, Jan T. Wajand, Tłokowe Silniki Spalinowe, WNT, Warszawa, 2005). W silnikach z doładowaniem wykorzystywane są turbosprężarki, układy doładowania mechanicznego, systemy typu Comprex, Hyperbar czy inne. W ostatnich latach obserwuje się tendencja do zmniejszenia objętości skokowych silników spalinowych celem zmniejszenia emisji dwutlenku węgla i poprawy parametrów ekonomicznych silników zwany potocznie downsizing. W celu zwiększenia jednostkowej mocy w silnikach według koncepcji dowsizingu wykorzystuje się doładowanie (S. Luft, Podstawy budowy silników, WKiŁ, Warszawa 2003; J. Mysłowski, Doładowanie silników, WKiŁ, Warszawa, 2002).There is a known method of increasing the power of internal combustion engines in which supercharging processes are used to increase the density of the air fed to the combustion chamber. Increasing the air density increases the amount of oxygen supplied to the combustion chamber, which makes it possible to increase the amount of fuel supplied to this chamber and, consequently, leads to an increase in engine power in the same volume as in engines without supercharging (Jan A. Wajand, Jan T. Wajand, Piston Combustion Engines, WNT, Warsaw, 2005). Supercharged engines use turbochargers, mechanical supercharging systems, Comprex, Hyperbar and other systems. In recent years, there has been a tendency to reduce the cylinder volume of internal combustion engines in order to reduce carbon dioxide emissions and improve the economic parameters of engines, commonly referred to as downsizing. In order to increase the unit power in engines according to the dowsizing concept, supercharging is used (S. Luft, Fundamentals of engine construction, WKiŁ, Warsaw 2003; J. Mysłowski, Supercharging of engines, WKiŁ, Warsaw, 2002).

Znane są sposoby zwiększenia (wzbogacenia) zawartości tlenu w doprowadzanym do komory spalania powietrzu przy wykorzystaniu polimerowych półprzewodzących membran (Assanis D.N., Poola R.B., Sekar R., Cataldi G.R., Study of using oxygen-enriched combustion air for locomotive diesel engines. Trans. ASME. J. Eng. Gas Turbines and Power. 2001. 123, No.1, pp. 157 - 166) czy pola magnetycznego (Skormin F.B., Sposób otrzymania powietrza wzbogaconego tlenem. Patent FR 2041858). W obu przypadkach na drodze podawanego do komory spalania powietrza instaluje się dodatkowe urządzenie w postaci kolumny ze znajdującymi się w niej membranami czy granulatem feromagnetycznym. W wyniku zachodzących procesów fizycznych zwiększa się procentowy udział tlenu w powietrzu doprowadzanym do komory spalania i umożliwia spalanie większej ilości paliwa - zwiększeniu mocy silnika. Z polskiego zgłoszenia patentowego P 382182 znana jest instalacja powietrza dolotowego z magistralą dotleniającą dla silnika spalinowego wewnętrznego spalania oraz sposób zwiększania mocy silnika pracujące z tą instalacją. Sposób ten polega na tym, że kontroluje się za pomocą centralnej jednostki sterującej stopień zapotrzebowania na zwiększoną ponad nominalną moc silnika i odpowiednio do tego ustala się stopień nadmiaru tlenu w powietrzu doprowadzanym w sposób ciągły do silnika w okresie ponadnominalnej pracy w stosunku do stężenia tlenu atmosferycznego. Następnie zadaje się ustalony stopień otwarcia zaworu regulacyjnego, sterującego dopływem tlenu magistrali dotleniającej do mieszalnika powietrzno-tlenowego zainstalowanego na wlocie powietrza do silnika oraz określa się zużycie paliwa, tak, by ustalony skład mieszanki paliwowo-powietrznej umożliwiał optymalne zwiększenie mocy silnika. Z opisu patentowego CN1538052 znana jest metoda na zwiększenie szybkości spalania oleju napędowego w funkcji obciążenia silnika, polegająca na tym, że do cylindra za pomocą rur jest wprowadzany ozon. Z opisu patentowego JP2008002332 znany jest sposób rozgrzewania katalizatora po uruchomieniu silnika w celu odpowiedniego spalania mieszanki paliwowo-powietrznej, w której do powietrza wlotowego dostarcza się ozon.There are known ways to increase (enrich) the oxygen content in the air supplied to the combustion chamber with the use of semi-conductive polymer membranes (Assanis DN, Poola RB, Sekar R., Cataldi GR, Study of using oxygen-enriched combustion air for locomotive diesel engines. Trans. ASME J. Eng. Gas Turbines and Power. 2001. 123, No. 1, pp. 157 - 166) or magnetic field (Skormin FB, Method for obtaining oxygen enriched air. Patent FR 2041858). In both cases, an additional device in the form of a column with membranes or feromagnetic granules in it is installed on the path of the air fed to the combustion chamber. As a result of the physical processes taking place, the percentage of oxygen in the air supplied to the combustion chamber increases and allows the combustion of more fuel - increasing the engine power. From the Polish patent application P 382 182 there is known an intake air installation with an oxygen supply for an internal combustion engine and a method of increasing the engine power working with this installation. The method consists in controlling the degree of demand for an over-nominal power of the engine by means of a central control unit, and accordingly the degree of excess oxygen in the air continuously supplied to the engine over a period of over-nominal operation in relation to the concentration of atmospheric oxygen. Then, a predetermined degree of opening of the control valve controlling the oxygen supply of the oxygen supply to the air-oxygen mixer installed at the air inlet of the engine is set, and the fuel consumption is determined so that the predetermined composition of the fuel-air mixture allows an optimal increase in engine power. The patent description CN1538052 describes a method for increasing the combustion rate of diesel fuel as a function of the engine load, consisting in introducing ozone into the cylinder by means of pipes. JP2008002332 describes a method of heating a catalyst after starting the engine in order to properly burn a fuel-air mixture in which ozone is supplied to the intake air.

Sposób zwiększenia mocy silników spalinowych według wynalazku polegający na zwiększeniu zawartości tlenu w doprowadzanym do komory spalania powietrzu poprzez doprowadzenie ozonu do układu dolotowego lub do przestrzeni roboczej silnika, charakteryzuje się tym, że powierzchnię elementów układu dolotowego lub powierzchnię elementów przestrzeni roboczej silnika pokrywa się materiałem katalitycznym - destruktorem ozonu, przy czym zapewnia się zwiększenie kontaktu ozonu z katalizatorem poprzez wykonanie wewnętrznych powierzchni elementów układu dolotowego lub elementów przestrzeni roboczej silnika, jako chropowatych, gwintowanych lub żebrowanych. Umożliwiają one zawirowanie doprowadzanego powietrza wraz z ozonem, co zwiększa częstotliwość kontaktu ozonu z katalizatorem i zwiększa efektywność katalizatora. Jako materiał katalityczny umożliwiający destrukcje ozonu stosuje się tlenek miedzi, goptalum, talum lub inny, znany, katalizator posiadający właściwości destrukcyjne ozonu. W wyniku kontaktu ozonu z destruktorem rozkłada się on na dwu i jednoatomowy tlen. Dwu i jednoatomowy tlen jest dobrym utleniaczem w stosunku do ozonu, który zaliczany jest do utleniaczy selektywnych. Uzyskanie ozonu w celu zwiększenia mocy silnika możliwe jest przy zastosowaniu butli z ozonem, oddzielnego generatora ozonu poza instalacją dolotową czy z układu klimatyzacji jak to ma miejsce w samochodach ciężarowych czy osobowych, gdzie generatory ozonu służą do wytwarzania ozonu w celach czyszczących układy klimatyzacji.The method of increasing the power of internal combustion engines according to the invention, which consists in increasing the oxygen content in the air supplied to the combustion chamber by supplying ozone to the intake system or to the engine working space, is characterized by the fact that the surface of the intake system elements or the surface of the engine working space elements is covered with catalytic material - an ozone destructor, whereby the contact of ozone with the catalyst is increased by rendering the internal surfaces of the elements of the intake system or the elements of the engine working space as rough, threaded or ribbed. They allow the supplied air to swirl with the ozone, which increases the frequency of ozone contact with the catalyst and increases the efficiency of the catalyst. As the catalytic material enabling the destruction of ozone, copper oxide, goptalum, thallium or other known catalyst with ozone destructive properties are used. As a result of ozone contact with the destructor, it decomposes into two and one monatomic oxygen. Two and one atomic oxygen is a good oxidant in relation to ozone, which is one of the selective oxidants. Obtaining ozone in order to increase the engine power is possible using an ozone cylinder, a separate ozone generator outside the intake system or from the air conditioning system, as is the case in trucks or passenger cars, where ozone generators are used to generate ozone to clean the air conditioning systems.

PL 217 476 B1PL 217 476 B1

W procesie napełniania przestrzeni roboczej silnika spalinowego do powietrza w wejściowej części układu dolotowego przez oddzielną rurkę lub zawór doprowadzany jest ozon. Ozon może być produkowany w oddzielnym generatorze ozonu, pobierany na przykład z butli. Elementy układu dolotowego pokryte zostały materiałem katalitycznym - destruktorem w postaci na przykład tlenku miedzi. Zwiększenie kontaktu ozonu z katalizatorem zapewniono poprzez wykonanie wewnętrznych powierzchni elementów układu dolotowego jako chropowatych, gwintowanych lub żebrowanych. Podczas przepływu powietrza wraz z ozonem ten ostatni kontaktuje się z materiałem katalitycznym posiadającym własności destrukcyjne ozonu w wyniku czego ozon rozkłada się na dwu i jednoatomowy tlen i następnie trafia do przestrzeni roboczej silnika. Zwiększona ilość tlenu w przestrzeni roboczej silnika umożliwia dostarczenie większej ilości paliwa co w konsekwencji doprowadza do zwiększenia mocy silnika. Ozon może być również dostarczany bezpośrednio do przestrzeni roboczej silnika spalinowego przez usytuowanie dodatkowego zaworu w tej przestrzeni i doprowadzeniu ozonu do tego zaworu przez oddzielny kanał. W takim rozwiązaniu materiałem katalitycznym - destruktorem pokrywa się powierzchnię elementów przestrzeni roboczej silnika i zapewnia się zwiększenie kontaktu ozonu z katalizatorem poprzez wykonanie wewnętrznych powierzchni elementów przestrzeni roboczej silnika jako chropowatych, gwintowanych lub żebrowanych.In the process of filling the working space of the internal combustion engine, ozone is supplied to the air in the inlet part of the intake system through a separate pipe or valve. Ozone can be produced in a separate ozone generator, for example taken from a cylinder. The elements of the intake system are covered with catalytic material - a destructor in the form of, for example, copper oxide. Increasing the contact of ozone with the catalyst was ensured by making the internal surfaces of the intake system elements rough, threaded or ribbed. During the flow of air along with ozone, the latter comes into contact with catalytic material having ozone destructive properties, as a result of which ozone decomposes into two and one atomic oxygen and then goes to the engine's working space. The increased amount of oxygen in the engine's working space enables the delivery of more fuel, which in turn leads to an increase in engine power. Ozone can also be supplied directly to the working space of the internal combustion engine by positioning an additional valve in this space and supplying ozone to this valve through a separate duct. In such a solution, the catalytic material - the destructor covers the surface of the elements of the engine's working space and increases the contact of ozone with the catalyst by making the internal surfaces of the elements of the engine's working space as roughened, threaded or ribbed.

Sposób według wynalazku umożliwia zwiększenie mocy silników spalinowych tak wolnossących jak i doładowanych bez instalacji w układzie dolotowym czy komorze spalania dodatkowych urządzeń. Według obliczeń z wykorzystaniem modelu matematycznego sposób według wynalazku umożliwia zwiększenie mocy silnika do 15% w zależności od warunków obciążenia silnika.The method according to the invention makes it possible to increase the power of both naturally aspirated and supercharged combustion engines without installing additional devices in the intake system or the combustion chamber. According to calculations using a mathematical model, the method according to the invention makes it possible to increase the engine power by up to 15% depending on the load conditions of the engine.

Claims

Patent claims

1. A method of increasing the power of internal combustion engines consisting in increasing the oxygen content in the air supplied to the combustion chamber by supplying ozone to the intake system or to the engine's working space, characterized in that the surface of the elements of the intake system or the surface of the elements of the engine's working space is covered with a catalytic material - a destructor ozone, the ozone being increased in contact with the catalyst by rendering the internal surfaces of the intake components or engine workspace components rough, threaded, or ribbed.

2. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that copper oxide, goptalum, thallium are used as the catalytic material enabling the destruction of ozone.