203219. lajstromszámú szabadalom • Eljárás belső égésű motorok kipufogói részére, nagy hatékonyságú kerámia szűrőbetét előállítására
1 HU 203 219 A 2 Találmányunk eljárás belső égésű motorok kipufogói részére nagy hatékonyságú kerámia szűrőbetétek előállítására, a kipufogógázokban lévő kömyezetszenynyező és egészségkárosító anyagok kiszűrésére és megkötésére. A négyütemű belső égésű Ottó-motorok teljesítményének fokozása a kompresszióviszony növelése útján lehetséges. Problémát jelent, hogy a motorbenzinek 7,5-9,0 kompresszióviszony felett már a sűrítés hatására maguktól meggyulladnak (gyakorlatilag a robbanás megelőzi a szikrát), a motor szabályozhatatlanná válik. A benzin kompressziótűrésénck növelésére különböző ólomvegyületeket használnak, ilyenek pl.: az ólom-tetraalkilátok, ólom-tetraetil, ólom-tetrametil. Ezek segítségével a kompresszióviszony 12-14 közé emelhető. Az ólomadalékolás azonban jelentős környezetkárosító hatást fejt ki, azon keresztül, hogy az ólomvegyületek a kipufogó gázokkal együtt a természetbe jutnak. Az ólomvegyületeken kívül a kipufogó gázok több-kevesebb szerves szénhidrogén vegyületet is tartalmaznak, melyek közül egészségkárosító hatásukkal kiemelkednek az aromás- és poliaromás vegyületek. Kézenfekvő megoldásnak látszott a környezet- és egészségkárosító anyagok kiválasztása a kipufogó gázokból, illetve annak megakadályozása, hogy ezek a természetbe jussanak. Ennek érdekében különböző csapdákkal ellátott kipufogókat szerkesztettek. Ezek között megtalálhatjuk a ciklonos leválasztóktól kezdve a legkülönfélébb szemcsés és szálas anyagokkal töltött kipufogókat is. Ezek a gyakorlatban nem tudtak elterjedni, rossz hatásfokuk, nagy tömegük, karbantartási igényük és rövid élettartamuk miatt. A legmegfelelőbb megoldást a poliuretánhab-alapú kerámia szűrők megjelenése adta. A 82 989 számú európai szabadalmi közzétételi irat ismerteti a kerámiaszűrő alkalmazását a kipufogógázok ólomtartalmának kiszűrésére és megfogásásra. A megfelelő hatékonyság elérése érdekében a kerámiaszűrő felületére nátrium-foszfát vagy nátrium-szulfát-hidrát réteget visznek fel úgy, hogy a kerámiabetétet túltelített oldatba mártják, majd lecsepegtetés után 200-250 °C hőmérsékleten megszárítják. A gyakorlatban bebizonyosodott, hogy az így kezelt kerámiaszűrők képesek a leválasztott szennyeződések megkötésére. A gázban levő részecskék feltapadnak a szűrő felületére, illetve a foszfát- vagy szulfátkristályokra, melyek a kipufogódob üzemi hőmérsékletén kristályvizük egy részét elveszítik. Üzemen kívüli állapotban a külső levegő páratartalmának hatására a kristályok regenerálódnak, ennek során megnövekednek és a korábban megkötött szennyezőket zárványba viszik, vagyis a migrációs effektus érvényesül. Bizonyítást nyert tehát, hogy a bevonat szükséges ahhoz, hogy regenerálódó szűrőbetéteket használjunk a kipufogókban. A kipufogógázt tisztító kipufogódobok előállításánál jelentős költséget jelent a kerámiaszűrő-betét, és ezt még tovább drágítja a kristályhidrát felhordása a szűrőfelületre. A megfelelő bevonat elkészítése bemártás útján történik, ez nagy többlet anyagfelhasználást igényel. További költségnövelő tényező a 200-250 °C-on történő szárítás. Törekvésünk a kerámiaszűrőbetét hatékonyságának megtartása mellett a gyártási költségek csökkentésére irányult. Többféle anyag kipróbálása után jutottunk arra a következtetésre, hogy a dinátrium-hidrogén-foszfát (Na2HP04.12H20) a legalkalmasabb anyag a célkitűzés megvalósításához. A dinátrium-hidrogén-foszfát 980°-on olvadó pirofoszfáttá (Na2P207) alakul át. Megállapítottuk, hogy ha a dinátrium-hidrogén-foszfátot megfelelő arányban - a kerámiaszűrő gyártása során - a kerámia alapmasszába keverjük, a nyers kerámiaszűrő kiégetése közben a keletkező pirofoszfát a szűrőt alkotó kerámiai szálak felületén üveges bevonatot képez. Ez a bevonat viszonylag rövid idő - néhány nap - alatt a környező levegő nedvességtartalmának hatására kristályhidráttá alakul és a kipufogóban gyakorlatüag ugyanazt a hatást fejti ki, mint a bemártással és szárítással nyert nátrium-foszfát réteg. A kísérletek során azt is megállapítottuk, hogy a kerámiaibetét kerámiai szálain a kristályhidrát bevonat képződése meggyorsítható, ha a betéteket olyan helyiségben helyezzük el, ahol magas a levegő relatív páratartalma. Találmányunk ennek megfelelően eljárás belső égésű motorok kipufogói részére nagy hatékonyságú kerámiaszűrőbetét előállítására, nyitottcellás szerves habanyagnak kerámiai masszával történő átitatása, megszárítása, majd ezt követő kiégetése útján, úgy, hogy a szerves habanyag átitatására szolgáló kerámiai masszába 5-10 tömegszázalék, célszerűen 7-8 tömegszázalék dinátrium-hidrogénfoszfátot (Na2HP04.12H20) homogénen elkeverünk, majd adott esetben, az ismert módon történő szárítási és égetési műveletet követően, a kerámiai betétet 24-36 óra időtartamra olyan térbe helyzzük, ahol a levegő relatív páratartalma eléri a 85%-ot. Találmányunk szerinti eljárást a következő konkrét kiviteli példán keresztül kívánjuk bemutatni: 47 tömegszázalék (t%) kalcinált timföldből, 13t% krómoxidból, 3,51% kaolinból, lt% bentonitból és 251% alumínium-orto-foszfátból (50%-os vizes oldatban) homogén masszát készítünk. Az anyagba, a massza teljes tömegére vonatkoztatva 7 t% dinátrium-hidrogén-foszfátot keverünk. A masszával nyitottcellás poliuretánhabot impregnáltunk, a kapott alaktesteket szárítás után fokozatosan 1200 °C-ra hevítve kiégettük. Lehűtés után szabad szemmel is látható volt, hogy a szűrőelemet alkotó kerámiai szálak felületét legalább 80%-ban üveges máz borította. A kész kerámiai idomot 90% relatív pára tartalmú kamrába helyeztük. 30 óra elteltével az üveges mázból kristályhidrátos szerkezet alakult ki. A kerámiaszűrőt Lada 1200-as típusú gépkocsi kipufogódobjába szereltük. A beszerelés előtt és után vett gázminták alapján 60-65%-os ólomszűrési hatásfok mutatkozott több méréssorozat átlagaként. Találmányunk szerinti eljárás alapvető előnye az ismert eljárásokkal szemben az anyag- és energiatakaré-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
