DE2613348B2 - Brennstoffaufbereitungs- und Förderanlage einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Brennstoffaufbereitungs- und Förderanlage einer BrennkraftmaschineInfo
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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 4r>
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 Ausrührungsbeispiel 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.
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.
Claims (3)
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- ir>
det ist und daß die Heizkammer (35) ein durch das Innengehäuse gebildeter Abgaskanal ist.
Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OF | Willingness to grant licences before publication of examined application | ||
8235 | Patent refused |