DE2215783C3 - Speisevorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Speisevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Dampferzeuger und einem Wasserstofferzeuger mit einem erhitzbaren und beim Überstreichen von Wasrerdampf Wasserstoff erzeugenden Katalysator, wobei der Einlaß des Wasserstofferzeugers mit dem Dampferzeuger und der Auslaß desselben mit dem Einlaß der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.

Eine Speisevorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der FR-PS 5 65 797 bekannt. Diese Vorrichtung kann jedoch bei einer Brennkraftmaschine nur im warmgelaufenen Zustand derselben verwendet werden, wobei gerade in der Anlaufphase einer Brennkraftmaschine über die Abgase die meisten Schadstoffe ausgestoßen werden.

Nach der US-PS 13 45 905 ist es bekannt, zur Erzeugung von Wasserstoff als Katalysator erwärmbare Eisenteilchen zu verwenden.

Ferner ist es aus der DE-PS 4 82 157 bekannt, die Eisenteilchen als Katalysator kugelförmig auszubilden und durch die Abgasleitung der Brennkraftmaschine aufzuwärmen.

Es ist ein ständiges Bestreben, die Abgabe von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und anderen Schadstoffen bei Abgasen von Brennkraftmaschinen zu reduzieren. Versuche wurden dahingehend unternommen, ein Gas zu erzeugen, das vollständiger als bisher übliche, zur Verbrennung dienende Gemische verbrennt. In der US-PS 14 90 975 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Erzeugen von freiem Wasserstoff beschrieben, der in die Brennkraftmaschine eingeleitet wird. Hierbei wird ein säuregesättigter Dampf über Zink oder ein anderes Metall geleitet, das sich chemisch mit der Säure unter Bildung von Wasserstoff verbindet. Auch nach der US-PS 19 66 345 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff bekannt, bei der Wasserdampf durch Eisenspäne geleitet wird, so daß sich der Sauerstoff des Dampfes mit dem Eisen verbindet, Eisenoxid bildet und Wasserstoff aus eiern Dampf freigesetzt wird, der in die Einlaßleitung einer Brennkraftmaschine eingespeist wird. Säurehaltige Dämpfe sind äußerst korrodierend, und wenn die

ίο Zinksubstanz zu Ende geht, greift der Säuredampf die Maschinenteile an, so daß diese beschädigt werden. Wenn nur die Abgaswärme der Abgase der Brennkraftmaschine ausgenutzt wird, kann Wasserstoff bei bestimmten Betriebsbedingungen nur unzulänglich

>5 erzeugt werden, insbesondere unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine, wobei der Ausstoß an Schadstoffen im Abgas am größten ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speisevorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß unter allen Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine effektiv Wasserstoff erzeugt und zur Reduzierung der Schadstoffe im Abgas genutzt werden kann. Insbesondere soll die Vorrichtung auch so arbeiten, daß keine Beschädigungen der Brennkraftmaschine bei Störungen der Speisevorrichtung zu befürchten sind und ferner soll eine leichte Bedienbarkeit gewährleistet werden.

Erfindmgsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Speisevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch

■i° gelöst, daß der Katalysator von einer Vielzahl von Eisenkugeln gebildet ist, die im Wasserstofferzeuger untergebracht sind, der mit der Abgasleitung der Brennkraftmaschine in Wärmeaustausch steht, und daß eine elektrische Heizung zum Erwärmen der Eisenkugeln dem Wasserstofferzeuger zugeordnet ist, die zwei im Wasserstofferzeuger zentrisch unter Einhaltung eines Zwischenraums angeordnete Rohreinsätze umfaßt, deren Zwischenraum zur Umgebung entlüftbar ist, wobei der äußere Einsatz aus einem oxidierbaren und

■'« dünneren Eisenwerkstoff als der innere Einsatz hergestellt ist.

Die Verwendung von Eisenkugeln als Katalysator ermöglicht, daß die Oberfläche der Katalysatorteilchen groß ist und daß andererseits eine große Anzahl von Eisenkugeln in relativ kleinem Raum dicht gepackt untergebracht werden kann, so daß der erzeugte Wasserdampf effektiv Wasserstoff beim Durchgang durch die Eisenkugeln freisetzt. Ferner wird zusätzlich zu der Tatsache, daß die Eisenkugeln als Katalysator von der Abgasleitung der Brennkraftmaschine aufgewärmt werden, dein Wasserstofferzeuger auch noch eine separate elektrische Heizung zugeordnet, die insbesondere unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine in Betrieb genommen wird, wenn die Abgase noch keine so hohe Temperatur zur Aufwärmung der Eisenkugeln haben und die zusätzlich auch noch im Winter eingeschaltet werden kann, so daß schon unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine in ausreichendem Maße H2 freigesetzt wird, um gerade in dieser Aufwärmphase der Brennkraftmaschine die Schadstoffe im Abgas zu reduzieren Zusätzlich umfaßt diese elektrische Heizung nach der Erfindung zwei im Abstand zueinander angeordnete und im Wasserstofferzeuger zentrisch liegende Rohreinsätze, deren Zwischenraum entlüftbar ist, so daß bei einer Zerstörung oder Beschädigung des äußeren Rohreinsatzes Luft in den Wasserstofferzeuger eingelassen werden kann, um die Reaktion zum Stillstand zu

bringen. Zusätzlich ist der äußere Einsät

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dünner

als der innere Einsatz ausgelegt, so daß sichergestellt wird, daß der äußere Einsatz früher als der innere Einsatz bricht oder zerstört wird. Hierdurch wird die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Speisevorrichtung wesentlich verbessert, obgleich ein wesentlich kompakterer Aufbau und eine konstruktiv wculj, aufwendige Auslegung geschaffen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 wiedergegeben. ι ο

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speisevorrichtung mit einer Brennkraftmaschine;

F i g. 2 einen Schnitt durch eine wasserstoffproduzierende Vorrichtung, zusammen mit einem Auspuffwärmetauscher;

F i g. 3 einen Schnitt durch die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung gemäß der Linie 3-3 in F i g. 2; und F i g. 4 einen Schnitt durch einen Dampferzeuger.

In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Speisevorrichtung in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine 12 dargestellt, die den üblichen Einlaß 14 und einen Auslaß 16 aufweist, der in bekannter Art und Weise mit dem Auspuffrohr 18 in Verbindung steht. Die Speisevorrichtung 10 schließt eine Einheit 20 zum Erzeugen von Wasserstoff ein. Ein ebenfalls angeordneter Dampferzeuger ist mit 22 bezeichnet. Die den Wasserstoff erzeugende Einheit 20 ist an ihrem oberen Ende mit dem Einlaß 14 über eine geeignete Leitung 24 verbunden. Der Dampferzeuger 22 ist an seinem oberen Ende mit dem Unterteil der Einheit 20 durch die Leitung 26 verbunden.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, sind dort die Details des Dampferzeugers 22 dargestellt, der einen vertikal angeordneten Tank 28 zur Aufnahme einer bestimmten Wassermenge 30 aufweist. Das obere Ende des Tanks 28 ist mit einem Füllstutzen 32 versehen, der mit einer schraubbaren Verschlußkappe 34 versehen ist, die eine geeignete Dichtung oder dergleichen aufweist. Der Tank 28 wird von einer Stütze, z. B. einer feuerfesten Wand 36 eines Automobils oder dergleichen mit einer Klammer 38 und Haltebolzen 40 gehalten. Am Boden des Tanks 28 ist eine Abflußleitung 42 mit einem handbetätigbaren Ventil 44 vorgesehen, um das Wasser 30 aus dem Tank abzuleiten und um zugleich jede An von Ablagerung am Boden aus dem Tank 28 entfernen zu können. Am oberen Ende des Tanks ist ebenso eine Auslaßarmatur 46 vorgesehen, an die die Leitung 26 z. B. ein Rohr oder ein Schlauch angeschlossen ist. Die Armatur 46 besitzt ebenfalls ein handbetätigbares Ventil 48, das wahlweise das obere Ende des Behälters 28 mit der wasserstofferzeugenden Einheit 20 verbindet.

Am Boden des Tanks 28 ist eine Heizung 50 angeordnet, die mit Hilfe einer Schraubbefestigung 52 austauschbar ist. Die Heizung 50 ist mit einem Leiter 54 verbunden, der elektrisch über einen Schalter 58 mit der Fahrzeugbatterie in Kontakt steht, s« daß bei geschlossenem Schalter und geladener Batterie 56 die to Heizung 50 das Wasser 30 aufheizt und Wasserdampf erzeugt. An der Oberseite Λ ' ,ks 28 ist eine dünne Luftleitung 60 angeordnet, deren oberes Ende über dem Tank liegt und zur Atmosphäre offen ist. Das untere Ende der Leitung 60 erstreckt sich bis in die Nähe des Tankbodens und endet in einem unteren, horizontal verlaufenden Teil 62 mit einer Vielzahl von kleinen öffnungen 64, die sich entlang dem horizontalen Teil 62 und nach oben übsr einen erheblichen Abschnitt des vertikalen Teils der Leitung 60 erstrecken. Die Luftleitung 60 ermöglicht es, Luft in den Tank 28 einzuleiten, so daß die Maschine 12 mit Hilfe eines am Einlaßstutzen erzeugten Vacuums Wasserdampf in die Einheit 20 hineinziehen kann. Auf diese Weise wird Luft durch die Leitung 60 nach unten und aus den kleinen Öffnungen 64 herausgezogen. Die Luft wird dann durch das Wasser 30 aufwärts geleitet, wobei es auf seinem Weg durch die Leitung 26 zu der Einheit 20 zur Erzeugung von Wasserstoffgas Feuchtigkeit oder Wasserdampf mitnimmt. Das untere Ende 66 der Leitung 60 ist verschlossen. Während des Maschinenbetriebs ist eine nach unten gerichtete Luftbewegung durch die Leitung 60 sichergestellt, die die Entstehung eines zu hohen Vacuums innerhalb des Tanks 28 verhindert. Die Leitung 60 dient zugleich als Entlastung für den Fall, daß die Heizung 50 weiterarbeitet, obwohl für den entstehenden Dampf oder Wasserdampf keine Verwendung besteht.

In den F i g. 2 und 3 sind die Einzelheiten der Einheit 20 dargestellt, die einen außen an drei Seiten mit einer Isolierschicht 72 umgebenen, vertikal angeordneten Tank 70 besitzt. Der Tank 70 ist mit Hilfe von Bandklammern 74 an das Auspuffrohr 18 montiert, so daß eine Wärmeübertragung stattfinden kann. Wie aus F i g. 3 zu entnehmen ist, besitzt das Auspuffrohr eine flache Seite 76, die sich an die flache Seitenwand des Tanks 70 anlegt um einen guten Wärmeaustausch zwischen dem Tank 70 und dem Auspuffrohr 18 zu gewährleisten. Die Oberseite des Tanks 70 weist einen Füllstutzen 78 auf, an dem wiederum eine abnehmbare, mit Gewinde versehene Verschlußkappe 80 als Abschluß angeordnet ist. Die obere Seitenwand des Tanks 70 ist mit einem Rohranschluß 82 versehen, an dem die Leitung 24 mit Hilfe einer Flanschkupplung 84 angeschlossen ist. Nahe bei dem Boden des Tanks 70 ist ein Einlaßanschluß 86 vorgesehen, der mit dem Wasserdampfrohr 26 verbunden ist, um Wasserdampf in den Bodenteil des Tanks 70 einzuleiten.

Über dem Einlaßanschluß 86 ist eine Trennwand 88 in der Form eines Drahtgitters angeordnet, auf der eine Vielzahl von F.isenkugeln 90 liegen, die im wesentlichen die Fläche über der Trennwand 88 anfüllen, so daß, wenn der Wusserdampf im Tank 70 nach oben strömt, dieser an den Kugeln vorbeistreicht. In dem unter der Trennwand 88 angeordneten Teil ist eine elektrische Heizung 92 vorgesehen, die zum wahlweisen Einschalten über den Leiter 94 und den Schalter 96 mit der Batterie 56 verbunden ist.

Die elektrische Heizung 92 schließt einen äußeren Rohreinsatz 98 ein, der eine der Trennwand 88 benachbarte obere Wand 100 besitzt, sowie einen inneren Rohreinsatz 102, der ebenfalls eine obere Wand 104 aufweist und zentrisch und mit Abstand innerhalb des äußeren Rohreinsatzes 98 angeordnet ist. Beide Rohreinsätze 98 und 102 sind an einer Bodenplatte 106 befestigt und werden von dieser unterstützt, wobei diese Bodenplatte wiederum mit Hilfe der Befestigungsmitte! 108 lösbar mit der Bodenwand des Tanks 70 befestigt ist, so daß die Heizung entfernt und ausgetauscht werden kann. Die Bodenplatte 106 besitzt eine Vielzahl von Luftlöchern 110, die mit dem Zwischenraum zwischen dem inneren Rohreinsatz 102 und dem äußeren Rohreinsatz 98 als Sicherheit in Verbindung stehen. Innerhalb des inneren Rohreinsatzes 102 ist der Heizkörper 112 angeordnet, der mit Hilfe seines unteren, mit Gewinde versehenen Teils 114 in eine

Buchse 116 eingeschraubt ist, welche wiederum in die Bodenplatte 106 eingeschraubt ist.

Das Vacuum am Einlaßstutzen bewirkt, daß Dampf und Gas, das mit Hilfe der Einheit 20 erzeugt wird, in die Maschine gezogen wird. Brennt der äußere Rohreinsatz 98 der Heizung aus, zieht das durch den Einlaß der Maschine erzeugte Vacuum durch die Löcher 110 statt Dampf Luft an. Der Rohreinsatz 98 wird aus etwas dünnerem Material als der Rohreinsatz 102 hergestellt, so daß es, da es aus Eisen hergestellt ist, als erstes oxydiert und als erstes durchbrennt. So wird verhindert, daß Dampf mit dem Innenrohr 102 in Berührung kommt.

Beim Betrieb ist die Leitung 24 unterhalb des Vergasers am Einlaß befestigt, wo Luft und Benzin gemischt werden, so daß der dort eintretende Wasserstoff sich mit dem Benzin und der Luft zu einem im wesentlichen homogenen Gemisch vermischt, so daß jeder Zylinder der Maschine das gleiche Gemisch erhält.

Bei Betätigung des Ventiles 48, das vom Armaturenbrett des Fahrzeuges aus geschaltet werden kann, dringt Wasserdampf in die den Wasserstoff erzeugende Einheit 20 ein, wo er mit den heißen Eisenkugeln 90 in Berührung kommt, wobei in bekannter Weise Wasserstoffgas entsteht. Dieses Wasserstoffgas wird zum Einlaßstutzen geleitet, wo es mit dem Benzin-Luftgemisch vermischt wird. Das Wasserstoffgas wird eine höhere Verbrennungstemperatur mit sich bringen und eine vollständigere Verbrennung des Benzins bewirken, so daß der Anteil der unverbrannten Kohlenwasserstoffe reduziert wird, die in die Atmosphäre abgegeben werden. Die Vorrichtung ist sicher im Gebrauch. Sollte jemand bei laufendem Motor die Verschlußkappe 80 zum Nachfüllen der Eisenkugeln abnehmen, oder sollte jemand bei stehendem Motor dieses Nachfüllvorganges die Vorrichtung einschalten, so würde kein Schaden entstehen. Wenn die Heizung 92 ausbrennt, setzt sich die Vorrichtung automatisch außer Betrieb, und kein weiteres Wasserstoffgas wird erzeugt. Die Vorrichtung kann allein mit der Auspuffwärme oder besonders bei kaltem Wetter mit Hilfe der elektrischen Heizung betrieben werden. Fällt die Vorrichtung während des Betriebes aus, ergibt sich beim Betrieb der Maschine ein merklicher Unterschied, wobei für diesen Fall einfach das Ventil 48 abgeschaltet werden kann, bis die Vorrichtung wieder ordnungsgemäß läuft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Speisevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Dampferzeuger und einem Wasserstofferzeuger mit einem erhitzbaren und beim Oberstreichen von Wasserdampf Wasserstoff erzeugenden Katalysator, wobei der Einlaß des Wasserstofferzeugers mit dem Dampferzeuger und der Auslaß desselben mit dem Einlaß der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator von einer Vielzahl von Eisenkugeln (90) gebildet ist, die im Wasserstofferzeuger (20) untergebracht sind, der mit der Abgasleitung (18) der Brennkraftmaschine (12) in Wärmeaustausch steht, und daß eine elektrische Heizung (92) zum Erwärmen der Eisenkugeln (90) dem Wasserstofferzeuger (20) zugeordnet ist, die zwei im Wasserstofferzeuger (20) zentrisch unter Einhaltung eines Zwischenraums angeordnete Rohreinsätze (98, 102) umfaßt, deren Zwischenraum zur Umgebung entlüftbar ist, wobei der äußere Einsatz (98) aus einem oxidierbaren und dünneren Eisenwerkstoff als der innere Einsatz (102) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstofferzeuger (20) einen Behälter (70) aufweist, der zum Ersetzen der Eisenkugeln (90) eine Verschlußklappe (80) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dampferzeuger (22) für die Dampferzeugung eine elektrische Heizung (50) zugeordnet ist.