DE2652337A1

DE2652337A1 - Spaltgasgenerator

Info

Publication number: DE2652337A1
Application number: DE19762652337
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Ing Abthoff; Rolf Gabler; Hans-Dieter Dipl Ing Schuster
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-11-17
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1978-05-18
Also published as: US4150954A; DE2652337C2; JPS5364203A

Description

Dniniler-IJenz Aktiengesellschaft Daim 11

Stut tgart-Untertiirkheim -[Ci. 11. J

Spaltga sßenorator

IMe Erfindung betrifft einen Spaltgasgenerator insbesondere für eine luftverdirlilende Hrennkraftraascliine zur Verringerung der Rußbildung,

Rs ist bekannt, daΠ ein Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltender Brennstoff, wie z.B. Benzin oder Dieselkraftstoff, unter Zuführung von Printärluft bei erhöhter Temperatur katalytisch in Spaltgas umgewandelt werden kann, welches u.a. aus Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und gasförmigen Kohlenwasserstoffen besteht, und daß durch Zugabe dieser Gase bzw. eines Gemisches dieser Gase zum angesaugten Luft-Kraftstoffgemisch einer Brennkraftmaschine der Verbrennungsvorgang beim Arbeitstakt mit wesentlich geringerem Rußanteil abläuft; die Abgase sind utnwoltschonender. Darüberhinaus sind Vergaser zum Herstellen von Spaltgas bekannt, die einesteils erschütterungsempfindlich und anderenteils infolge ihres Raumbedarfes in Kraftfahrzeugen kaum unterzubringen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem entsprechend kleinen Spoltgasgenerator in einem mit einer insbesondere luftverdichtenden Brennkraftmaschine versehenen Kraftfahrzeug die erforderlichen Gase zur schadstoffarmen Verbrennung wirtschaftlich durch katalytische Spaltvergasung unter Nutzung der Abgasrestwärme aus Dieselkraftstoff zu gewinnen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurcli gelöst, daß in einem Behälter ein die Spaltgasreaktion stützender Katalysator angeordnet ist, der von den Reaktionspartnern der Spaltgaserzeugung in Längsrichtung durchströmt wird, und daß im Katalysator Luftführungskariäl e eingebettet sind, die von Abgas und Frischluft entgegen der Richtung der Spaltgaströmung im Katalysator durchströmt werden und wobei die Luftführungskanäle in wärmeleitender Verbindung mit dem Katalysator stehen.

Durch den Einsatz spezieller Katalysatoren kann aus Luft-Kraftstoff gemisch in Verbindung mit der Abgasrestwärme ein Spaltgas, bestehend aus U₁ CO, CO , CIf. und H_0 gewonnen werden. Durch Zugabe von etwa 5 - 25$ dieses Spaltgases zur von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge wird ein veränderter, günstigerer Verbrennungsablauf als bei normaler Verbrennung erzielt. Die Flammgeschwindigkeit ist höher und es erfolgt ein besseres Durchbrennen auch in den sogenannten "Quetsch— zonen" (Zwischenraum zwischen einem im oberen Totpunkt stehenden Kolben und der Zylinderkopfwand einer Brenni raftmaschine). Dies führt zu einer Verringerung der Rußbildung. Cine ähnlich gute Verbrennung kann erzielt werden, wenn die einzelnen Bestandteile des Spaltgases, wie z.B. IL,, CO und gasförmiger Kohlenwasserstoff, für sich allein in etwa der gleichen, bereits genannten Konzentration dem Verbrennungsraum mit der Luft zugeführt werden.

Aus räumlichen u.a. Gründen kann der Katalysator topfförmig im Behälter angeordnet sein und die Luftführungskanäle können zentrisch innerhalb des Katalysators liegen.

Die im Innern des Behälters vorzugsweise im Gegenstromprinzip zur Spaltgasströmung zugeführte Zuluft (Abgas + Luft), wird durch Abgasrestwärme bzw. katalysatorseitige Wärmezufuhr rasch

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auf Hetriebstemperatur gebracht, wobei durch Zuführung von überwiegend Primärluft der Temperaturanstieg beschleunigt wird.

Der Katalysator kann aus einem Katalysatorträger, wie z.H. aus einem feine Kanäle aufweisenden Sinterlochstein, oder aus einer Granulatschüttung bestehen.

Außerdem kann zentrisch zu den Luftfiihrungskanälen eine Sprüh- und Verdampfungskammer für Kraftstoff angeordnet sein. Der eingesprühte und verdampfte Kraftstoff wird dadurch veranlaßt, sich beim Durchtritt durch den Sprühkammerboden flächenmäßig auf eine Vielzahl von zwischen Luftführungskanälen angeordneten Öffnungen (Verbindungskanäle) zu verteilen, die sich mit den Luftführungskanälen in einer Mischkammer vereinigen.

Durch die flächenmäßig sich über den gesamten Sprüh- und Verdampfungskammerboden erstreckende, in die Mischkammer einmündende Vielzahl von Luftführungs- und Verbindungskanälen, wird der eingesprühte und verdampfte Kraftstoff rasch und intensiv mit der Zuluft vermischt. Die Mischkammer ist mit einem perforierten Boden versehen. .

Außerdem kann beim Übertritt von der Mischkammer zum Katalysevtor und/oder beim Übertritt vom Katalysator in eine austrittseitig angeordnete Spaltgassammelkammer eine neutrale, poröse Wandung vorgesehen sein, die z.B. aus einem feine Kanäle aufweisenden Sinterlochstein oder aus einer Granulatschüttung bestehen kann. ·

Der Katalysator wird seinerseits durch eine perforierte Abdeckung von der Spaltgassammelkammer getrennt. Die Spaltgassammelkammer kann durch eine Leitung unmittelbar mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verbunden sein; sie kann aber auch über gesteuerte Ventile direkt mit den jeweiligen Verbrennungsräumen der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen.

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P'ür einen Kaltstart können im Katalysator Glühstifte vorgesehen sein. Diese können z.B. mit der Vorglüheinrichtung tier luftverdichtenden Brennkraftmaschine parallel geschaltet sein.

Schließlich kann in der Sprüh- und Verdampfungskammer ein verschließbarer oder regelbarer Frischlufteinlaß vorgesehen sein. Dieser dient insbesondere zum schnellen Hochfahren der Temperatur auf Betriebstemperatur infolge schnelleren Ablaufs des exothermen [ieaklionsprozesses, so daß bereits während des Anlassens bzw. Warmlaufens der Brennkraftmaschine umweltschonende Abgase erzielt werden.

Anhand eines Ausführunfjsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Fig. zeigt einen Spaltgasgenerator im Schnitt. Der Spaltgasgenerator besteht aus einem Behälter 1, in welchem ein topfförmiger Katalysator 2 angeordnet ist. Dieser kann z.B. aus einem eine katalysierende Substanz enthaltenden, porösen Katalysatorträger otler aus einer entsprechenden Granulatschüttung bestehen. Durch eine Wandung ') mit perforiertem Boden h vom Katalysator 2 getrennt, 3ind im topfförmigen Hohlraum desselben Luftführungskanäle "5 angeordnet, welche im Abstand zum perforierten Boden k einen Zwischenboden 6 aus einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen 7 und Verbindungskanälen 8 bilden. Durch den Zwischenboden 6 wird der topfförmige Hohlraum im Innern des Katalysators 2 in eine Mischkammer 9 und in eine Sprüh- und Verdampfungskammer 10 unterteilt.

Durch eine in der Sprüh- und Verdampfungskammer 10 vorgesehene Düse 11 wird Kraftstoff (Dieselkraftstoff) in die Sprüh- und Verdampfungskammer 10 eingespritzt. Die fein verdampften Kraftstoff te i lchen 12 gelangen durch die Verbindungskanäle 8 des Zwischenbodens 6 in die Mischkammer 9, wo eine intensive Vermischung mit der aus den Luftaustrittsöffnungen 7 ausströmenden Zuluft erfolgt. Diese ausströmende Zuluft kann

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teils aus Frischluft und anderenteils aus Abgasen bestehen. Das sicli in der Mischkammer 9 bildende Luft- Kraftstoffgemisch strömt durcli den perforierten Hoden U, durch eine neutrale, poröse Schicht 13 (z.B. eine Granulatschüttung) in den Katalysator 2. Beim Durchströmen des Katalysators 2 findet eine exotherme Reaktion statt, wodurch Spaltgas entsteht, welches durch eine am Katalysatorausgang angeordnete neutrale, poröse Schicht 1'*, durcli eine den Katalysator abschließende perforierte Wand 1*5 in eine Spaltgassammelkatnmer 16 strömt. Die Spaltgassammeikammer 16 ist über eine Leitung 17, eventuell unter Zwischenschaltung eines Drosselventils, mit einem nichtgezeichneten Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verbunden. Die Leitung 17 kann aber auch unmittelbar zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine führen, wobei der Einlaü über ein Steuerglied entsprechend geregelt wird.

Für den Kaltstart und zum Hochfahren auf die Betriebstemperatur

Verdampfungskammer ist in der Sprüh- und /10 ein verschließbarer oder regelbarer Frischlufteinlaß 18 vorgesehen, während im Katalysator 2 Glühstifte 10 angeordnet sind. Die Glühstifte 19 können mit den Glühkerzen der luftverdichtenden Brennkraftmaschine parallel geschaltet sein und bringen den Katalysator auf Anspringtemperatur, d.h. auf die Temperatur, bei der die Wirkung des Katalysators zu einer merklichen Reaktion führt. Durch Frischluft wird die exotherme Reaktion im Katalysator 2 gesteigert, so daß die Reformierungstemperatur, d.h. die Temperatur bei der aus einem Gemisch von Brennstoff und Abgas der Brennkraftmaschine, das unter anderem Wasserdampf und Kohlenoxid enthält, Methan, Kohlenmonoxid und gegebenenfalls Wasserstoff gewonnen wird, rasch erreicht wird. Die Strömungsrichtung der Zuluft ist vorzugsweise entgegengesetzt zur Strömungsrichtung im Katalysator. Beim Einpendeln der Katalysatortemperatur auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur kann durch Schließen des Frischlufteinlasses der Betrieb mehr und mehr auf Abgas umgeschaltet werden,

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wodurch der exotherme Reaktionsprozeß einem endothermen Prozeß angenähert wird. Durch einen möglichst angenäherten endothermen Ablauf wird die Betriebstemperatur des Spaltgasgeneratörs in etwa konstant gehalten.

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Claims

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Ansprüche

1. Spaltgasgenerator, insbesondere für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine", dadurch gekennzeichnet, daß in einem
Behälter (l) ein die Spaltgasreaktion stützender Katalysator (2) angeordnet ist, der von den Reaktionspartnern der Spalte gaserzeugung in Längsrichtung durchströmt wird, und daß im Katalysator (2) luf tführungskanäle (¹J) eingebettet sind,

die von Abgas und Frischluft entgegen der Richtung der
Spaltgasströmung im Katalysator durchströmt werden und
wobei die Luftführungskanäle in wärmeleitender Verbindung mit dem Katalysator stehen.

2. .Spaltgasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (2) topfförmig im Behälter (i) angeordnet ist und die Luf tführungskanäle (%) zentrisch, innerhalb des Katalysators liegen.

'). Spaltgasgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daü zentrisch zu den Luf t führungskanal en (=>) eine Sprüh- und Verdampfungskammer (io) für Kraftstoff angeordnet ist.

'f.. Spaltgasgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Luftführungskanäle (5) und Verbindungskanäle (8) von der Sprüh- und Verdampfungskammer
(TO) in einer Mischkammer (9) vereinigen.

5. Spaltgasgenerator nach den Ansprüchen 1 bis h_t dadurch gekennzeichnet, daß beim Übertritt von der Mischkammer (9)
in den Katalysator (2) und/oder be-iro Übertritt vom Katalysator (2) in eine austrittseitig angeordnete Spaltgassammeikammer (16) eine neutrale poröse Schicht (f>, i'O
vorgesehen ist.

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ORIQINAL INSPEGTED

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(j. Spaltgasgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Katalysator (2) Glühstifte (19) vorgesehen sind.

7. Spaltgasgenerator nach einem oder mehreren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sprühkammer (io) ein verschließbarer oder regelbarer Frischlufteinlaß (18) vorgesehen ist.

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