DE2613348B2 - Brennstoffaufbereitungs- und Förderanlage einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffaufbereitungs- und Förderanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

Mit einer solchen, aus der DE-PS 5 19 580 bekannten 4^r> Anlage können neben Benzin auch aus schweren Kohlenwasserstoffen gebildete Kraftstoffe aufbereitet und an die Brennkraftmaschine gefördert werden. Zum Zwecke des Anlassens der Brennkraftmaschine benutzt die bekannte Anlage eine elektrische Zusatzheizeinrich- v> tung, mit der bei kalter Brennkraftmaschine der Katalysator auf seine erforderliche Betriebstemperatur gebracht wird, um eine Aufbereitung der aus schweren Kohlenwasserstoffen gebildeten Kraftstoffe in Kohlenmonoxid bewirken zu können. Der Katalysator bewirkt '* dabei eine exotherme Reaktion, so daß er nach einiger Betriebszeit der Brennkraftmaschine zusammen mit den Abgasen der Brennkraftmaschine eine ausreichende Betriebstemperatur für die Kraftstoffaufbereitungseinrichtung sicherstellt, so daß dann die elektrische m> Heizeinrichtung abgeschaltet werden kann. Da die wirksame Betriebstemperatur des Katalysators aber bei etwa 300 bis 400⁰C liegt, ist die elektrische Erwärmung des Katalysators relativ träge und langsam, so daß der AnlaQvorgang der Brennkraftmaschine zeitraubend und M mühsam ist. Außerdem führt eine solche elektrische Aufheizung des Katalysators zu einer unerwünschten Belastung der Batierie 1. H. eines mit tJtir Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs,

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß ein schnelles und elektrische Energie sparendes Anlassen der Brennkraftmaschine möglich ist.

Bei einer Anlage der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung der Zusatzheizeinrichtung in Form eines mit einem Methanol-Luft-Gemisch gespeisten Brenners, der mit Hilfe einer Zündkerze zu zünden ist, ist eine sehr schnelle und nur eine geringe elektrische Energie verbrauchende Erwärmung der Kraftstoffaufbereitungseinrichtung bzw. ihres Katalysators auf die erforderliche hohe Betriebstemperatur von etwa 300 bis 400⁰C möglich. Durch die Anordnung des Brenners in der Heizkammer ist außerdem eine Nachverbrennung der von der Brennkraftmaschine an die Heizkammer abgegebenen Abgase möglich, so daß gleichzeitig auch eine Verminderung der in den Abgasen enthaltenen umweltschädlichen Bestandteile erreicht wird. Darüberhinaus stellt der Brenner eine konstruktiv sehr einfache, funktionszuverlässige und insbesondere gegen die hohen in der Heizkammer herrschender: Betriebstemperaturen während eines Hochleistungsbetriebs der Brennkraftmaschine unempfindliche Zusatzheizeinrichtung dar.

Aus der DE-PS 8 44 373 ist zwar bekannt die Kraftstoffaufbereitungseinrichtung statt elektrisch durch einen nach Art eines Lötbrenners arbeitenden Brenner anzuheizen, der jedoch nicht wie bei der Erfindung mit dem aus dem Kraftstoffbehälter durch die Kraftstoffpumpe geförderten Methanol betrieben wird. Vielmehr wird bei der bekannten Anlage der Brenner mit Reaktionsgas gespeist

Ausgestaltungen der Erfindung &ind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Aus^rührungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert

In der Zeichnung ist eine herkömmliche Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die einen Zylinder 12 in einem Zylinderblock 14 aufweist in dem ein Kolben 16 hin- und herbeweglich gelagert ist. Der Zylinder 12 ist an seinem oberen Ende durch einen Zylinderkopf 18 abgeschlossen. Der Kolben 16 gleitet dichtend in dem Zylinder 12 und begrenzt eine Brennkammer 20. Die Brennkammer 20 steht über einen Einlaß 24 und ein Einlaßventil 26 mit einer Ansaugleitung 22 in Verbindung. In der Ansaugleitung 22 befindet sich ei.ie mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Luftzumischeinrichtung oder ein Vergaser 28, der für eine Vermischung des Kraftstoffgemisches aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd mit Luft sorgt An die Luftzumischeinrichtung 28 ist eine zweite Kraftstoffleitung 30 angeschlossen, so daß zwischen der Luftzumischeinrichtung 28 und einer Kraftstoffaufbereitungseinrichtung 32 eine Verbindung hergestellt wird, und das gasförmige Kraftstoffgemisch, das relativ große Anteile von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthält, von der Kraftstoffaufbereitungseinrichtung 32 in die Luftzumischeinrichtung 28 eingeleitet wird. Die Kraftsluffaufbereitungseinrichtung 32 besitzt ein Innengehäuse J8 und ein Außengehäuse 40, die koaxial zueinander angeordnet sind, so daß zwischen den Gehäusen eine Keaktionskammer 34 gebildet wird. Das Innengehäuse 38 bestellt vorzugsweise aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit. Das

Innengehjuse 38 und das Außengehäuse 40 sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, so daß die Reaktionskammer einen ringförmigen Querschnitt hat und infolgedessen eine kompakte Konstruktion aufweist und leicht herzustellen ist In der Reaktionskammer 34 sind ein oder mehrere geeignete Katalysatoren angeordnet wie z. B, Zinkoxyd- und/oder Katalysatoren auf Chromoxydbasis, die den Methanolkraftstoff in gasförmigen Kraftstoff aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd umwandeln.

Innerhalb des Innengehäuses 38 der Kraftstoffaufbereitungseinrichtung 32 befindet sich eine Heizkammer 35, die vor der Abgasleitung liegt und an das Abgasrohr 42 angeschlossen ist Das Abgasrohr 42 ist mit der Brennkammer 20 über einen Auslaß 44 mit einem Auslaßventil 46 verbunden. Die Reaktionskammer 34 steht über ein Ventil 52, eine Kraftstoffpumpe 56 und eine erste Kraftstoffleitung 54 mit einem Kraftstoffbehälter 48 in Verbindung, in dem sich flüssiges Methanol 50 befindet Die erste Kraftstoffleitung 54 besitzt vorzugsweise einen in der Heizkammer 35 angeordneten gewundenen Wärmetauscherabschnitt so daß die Abgase den Methanoikraftstoff aufheizen und vollständig verdampfen können, bevor dieser in die Reaktionskammer 34 gelangt In der Kraftstoffaufbereitungsein- richtung 32 ist eine Zusatzheizeinrichtung 57 vorgesehen, die einen Brenner 58 aufweist der in unmittelbarer Nähe des Einlasses für die Abgase in die Heizkammer 35 angeordnet ist An den Brenner 58 ist eine weitere Kraftstoffleitung 62 angeschlossen, die dem Brenner 1» Methanolkraftstoff von der ersten Kraftstoffleitung 54 zuführt Der Brenner 58 ist mit einer nicht dargestellten Zündkerze versehen, die das aus dem Brenner 58 austretende Gemisch aus Methanolkraftstoff und Luft entzündet, damit die Reaktionskammer 34 zusätzlich r. zur Aufheizung durch die Abgase aufgeheizt wird.

Während des Betriebes wird das in dem Kraftstoffbehälter 48 vorhandene flüssige Methanol 50 mittels einer Kraftstoffpumpe 56 durch die Kraftstoffleitungen 54 und 62 zum Brenner 58 gepumpt, wenn das Ventil 64 geöffnet ist. In diesem Falle ist das Ventil 52 geschlossen. Mittels eines Gebläses 60 wird dem Brunner 58 Druckluft zugeleitet Der Brenner 58 erzeugt dann einen Methanolnebel, der durch die Zündkerze entzündet wird. Die heißen Verbrennungsgase strömen durch die ■»■> Heizkammer 35 und an den Wandungen der Reaktionskammer entlang, wobei sie das Innengehäuse 38 aufheizen. Die Heizkammer 35 kann zylindrisch ausgebildet sein oder irgendeine andere geeignete Form aufweisen und kann ferner einen Querschnitt haben, der w größer als der Querschnitt des Abgasrohres 42 ist Wie dieses deutlich in der Zeichnung zu erkennen ist, kann die Kraftstoffaufbereitungseinrichtung 32 an ihrem Einlaß eine konische Übergangswand und an ihrem Auslaß eine ebene Abschlußwand haben, die im rechten v> Winkel zum Abgasrohr 42 angeordnet ist. Diese Konstruktion ist deshalb vorteilhaft, weil sie den Wärmeübergang der sich in der Heizkammer 35 befindlichen Gase begünstigt, indem nämlich eine genügend große Verbrennungsgasmenge und/oder w» Abgasmenge in der r'.:izkammer 35 verweilen oder diese mit einer verringerten Geschwindigkeit durchströmen kann. Wenn die Temperatur des Katalysators 36 der Reaktionskammer 34 300⁰C erreicht, wird das Ventil 52 geöffnet, so daß Methanolkraftstoff 50 in den t>, gewundenen Wärmetauscherabschnitt der Kraftstoffleitung 54 gelangen kann, die sich in der Heizkammer 35 befindet, durch die die heißen Verbrennungsgase mit einer verringerten Geschwindigkeit hindurchströmen. Das Methanol wird also aufgeheizt und vollständig verdampft Das verdampfte Methanol gelangt dann in die Reaktionskammer 34 und kommt mit dem auf eine erhöhte Temperatur zwischen 300⁰C und 400⁰C aufgeheizten Katalysator 36 in Berührung. Das Aufheizen und vollständige Verdampfen des Methanols vor seinem Eintritt in die Reaktionskammer ist sehr günstig. Würde nämlich das Methanol der Reaktionskammer 34 aus dem Kraftstoffbehälter 48 direkt zugeleitet werden, dann würde es dem Katalysator 36 eine große Wärmemenge entziehen. Dieses würde einen plötzlichen und unerwünschten Temperaturabfall des Katalysators 36 zur Folge haben. Ein solcher Temperaturabfall würde die Reaktionsfähigkeit des Katalysators stark verringern. Die Reaktion findet auf der Katalysatoroberfläche statt wo das Methanol in ein gasförmiges Kraftstoffgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd umgewandelt wird. Dieses gasförmige Kraftsloffgemisch aus Wasserstoff und KohViimonoxyd wird dann über die zweite Kraftstoffleitung 30 in die Luftzumischeinrichtung 28 eingeleitet wo es mit Luft vermischt wird, bevor es über die Ansaugleitung 22 den Einlaß 24 und das Einlaßventil 26 in die Brennkammer 20 gelangt

Unter diesen Voraussetzungen wird die Brennkraftmaschine 10 durch eine herkömmliche Starteinrichtung gestartet und beginnt zu laufen, wobei das von der Luftzumischeinrichtung 28 erzeugte Kraftstoffgemisch verbrennt Die Abgase gelangen über den Auslaß 44, das Abgasrohr 42 und das Abgasventil 46 in die Heizkammer 35. Die Kraftstoffgemischfüllung wird mit einer Zündkerze gezündet die bei der dargestellten Brennkraftmaschine 10 jedoch nicht dargestellt ist Wenn die von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßenen Abgase durch das Abgasrohr 42 und die Heizkammer 35 hindurchströmen, wird dem in der Reaktionskammer 34 angeordneten Katalysator 36 zusätzlich zu der vor. dem Brenner 58 erzeugten Wärme Abgaswärme zugeführt. Die dem Katalysator 36 zugeführte Wärme wird durch eine entsprechende Regelung des Brenners 58 der Zusatzhetzeinrichtung 57 so gesteuert, daß die Temperatur des Katalysators 36 innerhalb des Bereichs von 300⁰C bis 400⁰C liegt. Die Funktionsweise des Brenners wird in Abhängigkeit von der Katalysaiortemperatur mit herkömmlichen Einrichtungen, wie z. B. mit einem Thermoe'ement gesteuert Wenn die Abgastemperatur hoch genug ist, um die Temperatur des Katalysators 36 innerhalb der Temperaturgrenzen von 300⁰C bis 400⁰C zu halten, wird die Förderung von Methanoi und Luft zum Brenner 58 unterbrochen, so daß die Brennerflamme erlischt Wenn die Temperatur des Katalysators einen i'-estimmten oberen Grenzwert überschreitet, wird nur Luft in das Abgasrohr 42 eingeleitet, um die Temperatur der Abgase abzusenken. Ausschließlich Methanol kann in die Abgase eingeleitet werden, um mit dem Restsauerstoff der Abgase zu verbrennen, wenn die Brennkraftmaschine 10 nach ihrer Aufwärmung mit einem mageren Gemisch betrieben wird, dessen LuftüberschuDfaktorA = 2 ist.

Mit Hilfe der vorbeschriebenen Konstruk'.io.i und Anordnung der einzelnen Bauteile wird ein Melhanolkraftstoff reformiert oder in ein Kraftstoffgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd mit einem verbesserten Wirkungsgrad umgewandelt, so daß eine genügend große Kraftstoffgemischmenge der Brennkammer /ur Verbrennung zugeführt wird.

Die mit dem erfindungsRemäßen Kraftstoffördcrsv-

stem ausgestattete Brennkraftmaschine besitzt im Vergleich zu herkömmlichen Brennkraftmaschinen, die mit Abgassteuervorrichtungen ausgestattet sind, insbesondere im Vergleich zu Brennkraftmaschinen, die mit einem mageren Gemisch betrieben werden, einen ruhigeren Lauf und ein ausgezeichnetes Ansprechvermögen.

Es wurde ferner festgestellt, daß das gasförmige Kriftstoffgemisch 20 bis 30% uniformierter Substanzen, wie z. B. Methanol, und Zwischenprodukte, wie z. B.

Formaldehyd oder Ameisensäure enthält. Diese unreformierlen Substanzen beeinflussen jedoch den ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine nicht, wenn sie der Luftzumischeinrichtung zusammen mit Wasserstoff und Kohlenmonoxyd zugeleitet werden.

Ferner sei erwähnt, daß das erfindungsgemäße Kraftstoffördersystem nicht nur bei zündkerzengezündeten Brennkraftmaschinen (Otto-Motoren), sondern auch bei konipressionsgezündeten Brennkraftmaschinen (Diesel-Motoren) verwendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kraftstoffaufbereiturtgs- und Förderanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffaufbereitungseinrichtung, die eine Reaktionskammer, einen darin angeordneten Katalysator und zu dessen Beheizung eine von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmte Heizkammer sowie eine Zusatzheizeinrichtung aufweist, und bei der eine erste Kraftstoffleitung zur Zufuhr von flüssigem Methanol vom Kraftstoffbehälter zur Reaktionskammer und eine zweite Kraftstoffleitung zur Zufuhr des aufbereiteten Kraftstoffgemisches von der Reaktionskammer zu einer in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine liegenden Luftzumischeinrich- is tung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizeinrichtung (57) einen im Bereich des Abgaseinlasses der Heizkammer (35) angeordneten Brenner (58) aufweist, der mit einer das Methanol vom Kraftstoffbehälter fördernden Kraftstoffpumpe (56) und einem den Brenner mit Luft versorgenden Gebläse (60) verbunden ist, und daß zur Zündung des aus dem Brenner austretenden Gemisches eine Zündeinrichtung mit einer Zündkerze vorgesehen ist

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Reaktionskammer (34) führende erste Kraftstoffleitung (54) einen gewunde.ien Wärmetauscherabschnitt aufweist, der in der Heizkammer (35) angeordnet ist in

3. Anlage eich Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafts»«ffaufbereitungseinrichtung (32) ein rohrförmiges Innengehäuse (38) und ein rohrförmiges Außeiigehä-ae (40) aufweist, zwischen denen die Reaktionskammer (34) ausgebil- i^r> det ist und daß die Heizkammer (35) ein durch das Innengehäuse gebildeter Abgaskanal ist.