DE2551350C2 - - Google Patents
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- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
- B01D53/945—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
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- F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
- F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B51/00—Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines
- F02B51/02—Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines involving catalysts
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/032—Producing and adding steam
- F02M25/035—Producing and adding steam into the charge intakes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
- F02M27/02—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by catalysts
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinde
rung der Verschmutzung der Atmosphäre durch Abgase von
Verbrennungsvorgängen, insbesondere durch Auspuffgase
von Verbrennungsmotoren, bei dem Wasserdampf dem Ver
brennungsraum zugeführt wird sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es ist bekannt, daß die Abgase von Verbrennungsvorgän
gen, insbesondere die Auspuffgase von Verbrennungsmoto
ren, schädliche Stoffe, wie Stickstoffoxide, Kohlenmon
oxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Ölgase sowie
Schwefeldioxid enthalten.
Dieses Problem besitzt gegenwärtig sehr große Bedeutung
und es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, um
schädliche Gase, die in Abgasen oder Rauchgasen vorhan
den sind, welche durch die Werkschornsteine, Auspuff
systeme von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen usw.,
ausgestoßen werden, in ihrer Menge zu verringern oder
ganz auszuscheiden.
Ein Verfahren, bei dem einem Kohlenwasserstoff-Luftge
misch vor der Verbrennung Wasser oder Wasserdampf zuge
setzt wird, ist bekannt und beispielsweise in DE-OS
23 31 556, DE-PS 4 66 478 und FR-PS 12 71 173 beschrie
ben. Diese bekannten Verfahren sind jedoch nicht ganz
zufriedenstellend, da sie einerseits oft kompliziert,
teuer und wenig zuverlässig sind und andererseits
nicht in der Lage sind, die Stickstoffoxide, das Kohlen
monoxid und die anderen schädlichen Stoffe, die in den
Auspuffgasen enthalten sind, vollständig zu beseitigen.
Darüber hinaus sind diese bekannten Verfahren in den
meisten Fällen dazu bestimmt, die schädlichen Gase zu
beseitigen oder zu zersetzen und nicht dazu, deren
Bildung zu verhindern. Schließlich sind diese bekannten
Verfahren nur schwer auf die Reinigung von Abgasen oder
Rauchgasen anwendbar, die durch Fabrikschornsteine in
die Atmosphäre ausgestoßen werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht
darin, ein Verfahren der eingangs und im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit dem
in einfacher Weise eine vollständige Beseitigung der
Schadstoffe aus den Abgasen von Verbrennungsvorgängen
möglich ist, wobei das Verfahren und die Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens wenig kostenspielig und sehr
zuverlässig sein sollen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentan
spruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in
den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses erfindungsge
mäßen Verfahrens ist in Patentanspruch 10 beschrieben.
Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Vorrichtung sind
Gegenstand der Patentansprüche 11 bis 16.
Es wurde festgestellt, daß bei Anwendung des erfindungs
gemäßen Verfahrens die in die Atmosphäre abgegebenen
Abgase keine Stickstoffoxide und kein Kohlenmonoxid mehr
enthalten, wenn der Wasserdampf, der beispielsweise in
das Ansaugsammelrohr eines Verbrennungsmotors eingegeben
werden kann, vor dem Eindringen in die Zylinder des
Motors, wo die Verbrennung und damit die Bildung der
Stickstoffoxide, des Kohlenmonoxids, der unverbrannten
Kohlenwasserstoffe und des Schwefeldioxids stattfinden,
in der erfindungsgemäßen Weise über ein aus Cer bzw.
Germanium aufgebautes oder ein Cer bzw. Germanium ent
haltendes Element geleitet wird. Es wird dabei ange
nommen, daß die Bildung der obenerwähnten Schadstoffe
verhindert oder ihre Zersetzung bewirkt wird, durch
Einwirkung von Wasserstoff, der durch Zersetzung des
über das aus Cer oder Germanium bestehende bzw. Cer oder
Germanium enthaltende Element geleiteten Wasserdampfes
erzeugt wurde.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Verbrennung des Brennstoffgemi
sches wirksamer ist, daß eine geringe, jedoch reelle
Abnahme des Brennstoffverbrauches festgestellt werden
kann, daß gleichzeitig die Bildung von Calamin vermieden
wird, und daß die von dem Motor gelieferte Leistung
leicht angehoben ist.
Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein
Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein mit einer
Vorrichtung zur Verhinderung der Verschmutzung
der Atmosphäre durch die Auspuffgase ausge
rüstetes Ansaugsammelrohr eines Verbrennungs
motors;
Fig. 2 ebenfalls in einer schematisierten Schnittdar
stellung Einzelheiten der Einrichtungen zur
Einführung des Wasserdampfes bei einer Vor
richtung nach Fig. 1; die
Fig. 3, 4 und 5 graphische Darstellungen, welche den
Einfluß des mit der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 ausge
übten Verfahrens auf die Leistung eines Verbrennungsmo
tors sowie auf seinen spezifischen Verbrauch und auf den
Prozentsatz der in den Auspuffgasen enthaltenen Schad
stoffe zeigen.
Im folgenden wird anhand von Fig. 1 die Anwendung des
Verfahrens zur Verhinderung der Verschmutzung der At
mosphäre durch Abgase von Verbrennungsvorgängen und
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im
Zusammenhang mit dem Lufteinlaßsystem eines Verbren
nungsmotors, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges,
beschrieben.
Dieses in Fig. 1 dargestellte Einlaß- oder Ansaugsystem
enthält in an sich bekannter Weise eine Zuführungsleitung 1, deren
Innenwand einen Venturibereich 2 aufweist und die den
Eingang eines Ansaugsammelrohres 3 des Verbrennungsmo
tors bildet. Der Eingang der Leitung 1 wird von einem
Luftfilter 4 überdeckt und die Speiseluft für den Motor
dringt folglich durch dieses Luftfilter in die Leitung 1
ein und strömt in der durch den Pfeil 5 angezeigten
Richtung.
Ein Vergaser 6, der in herkömmlicher Weise mit flüssigem
Brennstoff, wie Benzin, gespeist wird, ist in unmittel
barer Nähe der Zuführungsleitung 1 angebracht und gibt in deren
Venturibereich 2 flüssigen Brennstoff ein, der mit Hilfe
einer nicht dargestellten Düse in feine Tropfen zer
stäubt worden ist. Der Pfeil 7 deutet den Einlaß dieses
zerstäubten Brennstoffes in den Venturibereich 2 der Zuführungs
leitung 1 an.
Das Einlaßsystem enthält ferner eine Drosselklappe 8, die
stromabwärts von dem Venturibereich 2 angeordnet ist und
den Zustrom des Gemisches aus Speiseluft und zerstäubtem
Brennstoff zu den Zylindern regelt.
Das Einlaßsystem enthält ferner Einrichtungen 9, die die
Einführung von Wasserdampf in den Venturibereich 2, wie
durch den Pfeil 10 angedeutet, oder stromaufwärts vor
diesem Venturibereich 2, wie durch den Pfeil 22 angedeu
tet, ermöglichen. Ein Gitter oder anderes Bauteil 11 aus
Cer oder einer cerhaltigen Verbindung ist stromabwärts
von dem Venturibereich 2, z. B. unmittelbar am Eingang
des Ansaugsammelrohres 3, so angebracht, daß das Gemisch
aus Speiseluft, zerstäubtem Brennstoff und Wasserdampf
in das Ansaugsammelrohr 3 durch dieses Gitter 11 hin
durch angesaugt wird.
Einrichtungen zur Einführung des Wasserdampfes in den
Venturibereich 2, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl,
z. B. in der gleichen Weise wie der Vergaser 6, ermögli
chen die Regelung der Brennstoffzufuhr in den Venturibe
reich 2.
In Fig. 2 ist ferner eine Ausführungsart der Einrichtun
gen zur Eingabe von Wasserdampf in die Zuführungsleitung 1 darge
stellt.
Diese Einrichtungen umfassen im wesentlichen einen
Wasserbehälter 13, der hermetisch geschlossen ist und
durch ein Tauchrohr 14, das einen Absperrhahn 15 auf
weist, mit dem Inneren eines Wärmeaustauschers 16 ver
bunden ist, der sich im Kontakt mit der Auspuffleitung
oder den Auspuffleitungen 17 des Motors befindet. Der
Wärmeaustauscher 16 ist mit einem Lufteinlaß 18 und
einer Wasserdampfausgangsleitung 19 versehen, die in das
Innere der Zuführungsleitung 1 durch eine Düse 21 einmündet, die
in Längsrichtung in dieser Leitung und in der Strömungs
richtung der Luft 5 angeordnet ist.
Diese Einrichtung arbeitet in folgender Weise:
Die Anordnung des geschlossenen Behälters 13 oberhalb
des Wärmeaustauschers 16 gewährleistet einen im wesent
lichen konstanten Wasserspiegel in diesem Wärmeaustau
scher und den automatischen Ersatz der durch Wärmeaustausch
mit den durch die Auspuffleitung 17 strömenden
Auspuffgasen in Wasserdampf umgeformten Wassermenge. Die
Anordnung der Düse 21 in Längsrichtung in der Zuführungsleitung 1
stellt sicher, daß der durch Saugwirkung durch den Luft
strom in das Sammelrohr 3 eingegebene Wasserdampfstrom
von dem in die Zylinder gelangenden Luftstrom abhängt,
so daß man auf diese Weise eine automatische Steuerung
und automatische Regelung der Wasserdampfmenge erhält,
die bei den verschiedenen Motordrehzahlen diesem Sammel
rohr zugeführt wird.
Die Wasserdampfmenge kann im Ursprung durch die geeigne
te Wahl der Abmessungen der Leitung 19 und der Düse 21
oder mit Hilfe eines Ventils 20, das in der Leitung 19
vor dem Eintritt in das Luftansaugsammelrohr 1 bis 3
angeordnet ist, geregelt werden.
Die Speiseluft, der zerstäubte Brennstoff und der
Wasserdampf, die in den Venturibereich 2 eingegeben
worden sind, werden in das Ansaugsammelrohr 3 des Motors
eingesaugt und gelangen durch das Gitter 11 aus Cer oder
Germanium oder einer Verbindung oder Legierung, welche
Cer oder Germanium enthält. Diese Mischung wird danach
auf die verschiedenen Zylinder des Motors verteilt, um
darin in herkömmlicher Weise verbrannt zu werden, wobei
die erzeugten Auspuffgase in die Atmosphäre durch das
Auspuffsystem des Verbrennungsmotors abgeblasen werden.
Es wird bemerkt, daß die Einrichtungen 9 zur Einführung
von Wasserdampf in den Motor, anstatt über die Leitung
10 in den Venturibereich 2 einzumünden, auch direkt über
eine Leitung 22, die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien
dargestellt ist, mit dem Luftfilter 4 verbunden sein
können.
Weiterhin kann anstelle des Gitters 11 ein verdrillter
Draht, der aus Cer besteht oder Cer enthält, verwendet
werden, welcher entweder in der Leitung 10 oder in der
Leitung 22 angeordnet sein kann, und der, wenn er ver
braucht ist, leicht ausgewechselt werden kann. Man hat
tatsächlich festgestellt, daß das verwendete Cer oder
Germanium während des Betriebes des Motors mit der Zeit
verschwindet.
Es ist weiterhin festgestellt worden, daß man die
gleichen Resultate erhält, wenn anstelle von Cer Germa
nium verwendet wird. In allen Fällen kann man entweder
reines Cer oder reines Germanium oder eine Legierung
oder Verbindung, welche 0,5 bis 100% Cer, vorzugsweise
36 bis 40% Cer oder ebenso eine Legierung oder Verbin
dung, welche vorzugsweise 45 bis 80% Germanium enthält,
verwenden. Die Restmenge bei den Legierungen oder Ver
bindungen kann beispielsweise Eisen sein.
Die Ergebnisse, die mit dem beschriebenen Verfahren und
der Vorrichtung erhalten wurden, sind schematisch in den
Fig. 3, 4 und 5 dargestellt, im Vergleich mit Ergeb
nissen, die bei bekannten Vorrichtungen erhalten wurden.
In den drei Figuren sind die Kurven, die bei einem Motor,
der mit einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art
ausgerüstet war, erhalten wurden, mit ausgezogenen
Linien dargestellt, während die Kurven, die bei einem
Motor, der dem Stand der Technik entsprach und nicht mit
einer derartigen Vorrichtung ausgerüstet war, mit ge
strichelten Linien dargestellt sind.
Fig. 3 zeigt die Änderung der Leistung, die vom Motor
geliefert wird, in Pferdestärken (CV) in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute
(tr/mn).
Fig. 4 zeigt die Änderung des spezifischen Verbrauches
in Gramm (g) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors
in Umdrehungen pro Minute (tr/mn).
Fig. 5 schließlich zeigt den prozentualen Anteil von
Kohlenmonoxid im Auspuffgas des Motors in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute
(tr/mn), wobei dieser prozentuale Anteil an Kohlenmon
oxid durch Analyse des Auspuffgases durch Chromatografie
in der Gasphase erhalten wurde. Man stellt fest, daß bei
einem Verbrennungsmotor, der nicht einer Vorrichtung der
oben beschriebenen Art ausgerüstet war, der prozentuale
Anteil an Kohlenmonoxid zwischen 4 und 5,5% variiert in
Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors, während dieser
prozentuale Anteil vollständig Null ist bei einem Motor,
der mit einer derartigen Vorrichtung ausgerüstet war.
Ebenso stellt man fest, daß die prozentualen Anteile
folgender Gase, die im allgemeinen mit einem Anteil
zwischen 1 und 3% in den Auspuffgasen enthalten sind,
nämlich unverbrannte Kohlenwasserstoffe, NO + NO x , SO2
im wesentlichen Null sind, wenn der Verbrennungsmotor
mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstet ist.
Das Cer oder das Germanium, über das der Wasserdampf
hinweggeleitet wird, bewirkt die Zersetzung des Wasser
dampfes und man erhält so Wasserstoff, wobei angenommen
werden kann, daß dieser Wasserstoff naszierenden oder
atomaren Wasserstoff enthält. Als Ergebnis stellt man
fest, daß die Bildung von Schadstoffen, wie Stickstoff
oxide, Kohlenmonoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe
und Schwefeldioxid, die im allgemeinen in den in die
Atmosphäre abgegebenen Gasen enthalten sind, verhindert
oder die Zersetzung derartiger Verbindungen bewirkt
wird.
Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zu seiner
Durchführung können bei Verbrennungsmotoren mit Vergaser
oder mit direkter Einspritzung, bei Dieselmotoren, bei
Turbinenmotoren, bei Turbo-Reaktoren, bei Haus-Heizungs
anlagen und bei Fabrikschornsteinen verwendet werden.
Schließlich ist festgestellt worden, daß bei einem
Verbrennungsmotor die besten Ergebnisse erhalten werden,
wenn die Drosselnadel des Vergasers so eingestellt wird,
daß ein mageres Gemisch erzeugt wird, und daß die Ein
stellung der Leistungsdüse normal bleibt. Es handelt
sich jedoch nicht um eine Verarmung des Verbrennungsge
misches, sondern um ein Anreichern desselben und um eine
bessere Vergasung und Verbrennung nicht nur bei normalen
Drehzahlen des Motors, sondern auch bei Verzögerung
trotz der mageren Einstellung bei Verzögerung, ein
Vorteil, der ohne die beschriebene Vorrichtung unmöglich
erreicht werden kann.
Claims (16)
1. Verfahren zur Verhinderung der Verschmutzung der
Atmosphäre durch Abgase von Verbrennungsvorgängen,
insbesondere durch Auspuffgase von Verbrennungsmotoren,
bei dem Wasserdampf dem Verbrennungsraum zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf, bevor er
dem Verbrennungsraum zugeführt wird, über ein aus Cer
oder Germanium bestehendes oder Cer oder Germanium
enthaltendes Element geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 bei einem Verbrennungsmo
tor, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf dem
Luftansaugsammelstutzen des Motors zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Wasserdampf aus Wasser von Umgebungs
temperatur durch Wärmeaustausch mit den Auspuffgasen des
Motors erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Menge des zuströmenden Wasser
dampfes oder des zu verdampfenden Wassers durch Ansaugen
mit Hilfe des in die Zylinder eingegebenen Luftstromes
geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserdampf über ein Element
geleitet wird, das 0,5 bis 100% Cer enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserdampf über ein Element geleitet wird, das
36 bis 40% Cer enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserdampf über ein Element
geleitet wird, das 45 bis 80% Germanium enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Cer bzw. Germanium enthaltende
Element eine Cer- bzw. Germanium-Legierung ist oder eine
solche Legierung enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Cer bzw. Germanium enthaltende
Element eine Cer- bzw. Germanium-Verbindung ist oder
eine solche Verbindung enthält.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer an einen Ver
brennungsraum angeschlossenen Zuführungsleitung, in
welcher ein gasförmiges Medium strömt, das die Bildung
schädlicher Gase hervorrufen kann, dadurch gekennzeich
net, daß sie Einrichtungen (9) zur Einführung von
Wasserdampf in die Zuführungsleitung (1) und wenigstens
ein aus Cer- oder Germanium bestehendes bzw. Cer oder
Germanium enthaltendes Element (11) aufweist, das im
Strömungsweg des Wasserdampfes angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß das Element ein Gitter (11) ist, das quer in
der Leitung (1) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß das Element eine Auskleidung ist, welche die
Innenwand der Leitung auf einem Teil ihrer Länge über
deckt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß das Element ein verdrillter Draht ist, der
innerhalb der Vorrichtung zur Einführung von Wasserdampf
angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, die
ein Einlaßsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere
bei einem Kraftfahrzeug bildet, der ein Luftfilter
und ein zu den Zylindern des Motors führendes Ansaug
sammelrohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtungen (9) zur Einführung von Wasserdampf in das
Sammelrohr (3) oder in das Luftfilter (4) einmünden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß sie einen Wärmeaustauscher (16) aufweist, der
mit Wasser von Umgebungstemperatur gespeist wird und in
Berührung mit einer Auspuffleitung (17) für heiße Gase
steht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Einrichtungen (9) zur Einführung
von Wasserdampf in das Ansaugsammelrohr (3) über eine
Düse (21) einmünden, die in Richtung der Strömung der
Luft, die den Zylindern zugeführt wird, ausgerichtet
ist.
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