способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания

Формула изобретения

Способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания путем использования каталитических покрытий на поверхностях деталей камеры сгорания двигателя, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют состав, содержащий, мас.%:

Серпентин (лизардит и хризотил)	77-86
Хлорит	2-3
Магнетит	1-2
Амфибол	1,5-2
Амакинит	1-2
Магнезит	1-2
Кальцит	0,5-1
Рентгеноаморфная фаза	7-10

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к защите атмосферы от загрязнения токсичными компонентами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является уменьшение токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Известен (Тезисы докладов межотраслевой конференции "Решение экологических проблем г.Москвы в рамках программы "Конверсия - городу", г.Москва, 1994 г., с.201-202) способ уменьшения токсичности отработанных газов ДВС с применением платино-палладиевых и алюмомеднохроматовых катализаторов.

Недостатками способа являются высокая стоимость, возникновение эффектов блокировки пор, капсулирования в них ряда органических соединений, отравление катализатора соединениями свинца, отсутствие термостойкости.

Известен также "Способ каталитической нейтрализации отработавших газов в цилиндрах ДВС" (Патент РФ №2163677, F02В 47/04) с использованием в качестве окислительно-восстановительных катализаторов окислы соединений металлов железа, цинка, хрома, марганца и никеля, добавляемых в топливо в виде растворов или на выносителях, причем добавление этих растворов должно производиться на нефтеперерабатывающих заводах.

Недостатками этого способа является то, что, во-первых, в составе выхлопного газа появятся новые газообразные соединения хрома, цинка и других металлов, вводимые в топливо; во-вторых, окислы металлов в топливе в процессе транспортирования и хранения выпадут в осадок; в-третьих, требуется постоянная регулировка питающего устройства двигателя, а также высокая стоимость материалов.

Наиболее близким техническим решением является: "Способ работы двигателя внутреннего сгорания и каталитическая композиция для его осуществления" (Патент РФ №2069774, кл. F02В 52/02). На поверхности деталей камеры сгорания двигателя наносят катализатор, в качестве которого используют медь, или оксид меди, или композицию, содержащую металлы или оксид металла, выбранного из группы: марганец, никель, хром или их смесь, дополнительно содержащую платину или палладий. Катализатор наносят на поверхности деталей камеры сгорания, контактирующие с топливом и/или топливовоздушной смесью, и/или с продуктами сгорания толщиной 0,01-10 мкм.

Недостатками прототипа являются очень сложная технология гальванического метода нанесения каталитического покрытия на детали камеры сгорания. Не менее сложна и предварительная обработка этих поверхностей для последующего нанесения каталитического покрытия. Каталитические покрытия деталей камеры сгорания, имеющие толщину 0,01-10 мкм и работающие при высоких температурах и давлениях, не могут быть долговечными.

Задачей изобретения является создание эффективного и недорогого способа уменьшения токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении содержания токсичных компонентов в отработавших газах в процессе работы двигателя с одновременной экономичностью процесса. Этот технический результат достигается тем, что в известном способе уменьшения токсичности выхлопных газов ДВС, включающем контакт катализатора и топливной смеси в камере сгорания, в качестве катализатора используют состав, содержащий следующее (см. табл.1).

Таблица 1
Фазовый состав порошка
Выявленная фаза	Химическая формула	Содержание, %
Серпентин (лизардит и хризотил)	Mg6[Si 4O10](OH)8	77-86
Амакинит	(Mg,Fe)(OH)2	1-2
Амфибол	Ca2(Mg,Fe)5(Si,Al) 8O22(OH)6	1,5-2
Магнетит	Fe3O4	1-2
Хлорит	(Mg,Al,Fe)12[(Si,Al) 8O2](OH)16	2-3
Кальцит	CaMg(CO3) 2	0,5-1
Магнезит	MgCO3	1-2
Рентгеноаморфная фаза		7-10

Механизм образования каталитического покрытия на деталях камеры сгорания с использованием предлагаемого состава следующий. Состав изготавливается в виде порошка дисперсностью не более 10 мкм. Он используется в количестве 0,005-0,01% на один литр масла, используемого для смазки двигателя. Нужное количество состава вводится в 100-200 мл масла, применяемого для данного вида двигателя, и размешивается до получения однородной консистенции. Затем полученную смесь выливают в заранее разогретый двигатель (до 60-70°С) через масляную горловину или отверстие для масляного щупа. Запускают двигатель на холостом ходу в течение 1,5-2 часа или автомобиль должен проехать не менее 50 км. При работе двигателя масло доставляет состав в различные пары трения, в том числе цилиндр-поршень. Благодаря эффекту избирательного переноса (Открытие №41, СССР) на поверхностях трения образуется защитный слой.

Избирательный перенос - это особый вид трения, который обусловлен самопроизвольным образованием в зоне контакта тонкой не окисляющейся пленки с низким сопротивлением сдвигу и неспособной наклепываться. Введение в смазочный материал предлагаемого состава реализует эффект безызносности, проявляющийся в том, что на трущихся поверхностях деталей в процессе работы формируется сервовитная пленка из введенных в смазку материалов. Это вещество не уносится из зоны трения, а лишь поступает туда и удерживается там, то есть обладает свойствами сохранности. Толщина пленки достигает 1-4 мкм. Электрический заряд частиц износа возвращает эти частицы в зону контактного взаимодействия поверхностей.

Образование защитной пленки (в данном случае каталитической пленки) в процессе трения обусловлено его созидательным характером, определенным интенсивностью обмена узла трения с внешней средой энергией и веществом, а также коллективным поведением ионов активированного материала. Свойства сервовитной пленки, образующейся в процессе трения, иные, чем у исходного материала (Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. М.: Изд-во МСХА. 2001 г., - 616 с.).

При контактировании с нагретой каталитической поверхностью (сервовитной пленкой) происходит более быстрое и полное сгорание углеводородов, входящих в состав топлива, а также более полное сгорание продуктов неполного окисления углеводородов топлива в сравнении с отсутствием каталитического покрытия. Кроме этого, повышается и выравнивается компрессия по цилиндрам двигателя.

Пример конкретного выполнения способа.

Для испытания использовали автомобиль OPEL ASTRA с пробегом 106540 км. Вакуумную диагностику двигателя осуществляли как до, так и после обработки двигателя предлагаемым составом. В прогретый двигатель до 70°С в масляную горловину залили 200 мл масла, содержащего 0,4 г состава. После этого двигатель проработал на холостом ходу два часа. Газовую смесь на выходе выхлопной трубы контролировали на содержание оксида углерода газоанализатором марки АФА-121 и на содержание углеводородов газоанализатором марки УГ-2.

В таблице 2 даны результаты содержания оксида углерода и углеводородов, а также изменения компрессии при различных пробегах автомобиля.

Таблица 2
Пробег, км	106540	106632	106900	107870
ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ
СО	1,2-1,7% об.	0,06% об.	0,06% об.	0,01% об.
СО2	14% об.	14% об.	13,7% об.	14% об.
Углеводороды	0,32% об.	0,22% об.	0,19% об.	0,13% об.
O2	0,48% об.	0,25% об.	0,38% об.	0,51% об.
Компрессия по цилиндрам
1	9.00	14.40	14.9	14.9
2	6.50	14.40	14.8	15.3
3	12.50	14.40	14.8	15.2
4	14.40	14.40	14.9	15.3

Сущность каталитического воздействия предлагаемого состава заключается в том, что при введении этого состава в систему смазки двигателя внутреннего сгорания под действием сил трения на поверхностях деталей камеры сгорания происходят физико-химические и структурные превращения, приводящие к образованию соединений, обладающих эффективным каталитическим действием в процессе окисления оксида углерода и углеводородов. Кроме того, увеличение и выравнивание компрессии в цилиндрах способствует более эффективному сгоранию топливной смеси.

Использование предлагаемого состава в ДВС позволит снизить концентрацию токсичных веществ в отработавших газах в 3-5 раз, снизить износ узлов трения в 3-4 раза, уменьшить потери на трение в 2-3 раза.

Источники информации

1. Патент РФ №2163677, F02В 47/04.

2. Патент РФ №2069774, F02В 52/02.

3. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. М.: Изд-во МСХА. 2001 г., 616 с.