-
''Verfahren und Vorrichtung durch Verbrennung von Gemischen
-
aus mittelschweren Kohlewasserstoffen" Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und Vorrichtungen zur Verbrennung von Gemischen aus mittelschweren Kohlewasserstoffen,
wie Dieselkraftstoff, Heizöl, Petroleum oder Schweröl unter Verwendung von Luftsauerstoff
in Brennaggregaten, insbesondere Verbrennungsmotoren.
-
In Verbrennungsmotoren wird der Kraftstoff vor seinem Einleiten in
den Brennraum zerstäubt. Zur Zerstäubung von Benzin in Benzinmotoren dienen Vergaser.
Bei diesen wird vom Motor angesaugte Luft durch einen Lufttrichter mit genauem Querschnitt
geleitet. Im engsten Querschnitt entsteht ein
von der durchströmenden
Luftmenge abhängiger Unterdruck, der zur Förderung des Benzins dient, indem er das
Benzin aus dem Schwimmergehäuse über eine Dosierdüse mit genau festgelegtem Querschnitt
heraussaugt. Der Kraftstoff wird am Austritt in den Lufttrichter von der Luft zerstäubt
und mitgerissen. Je nach Druck und Temperatur verdampft ein mehr oder weniger großer
Teil des Benzins. Der flüssige Rest wird in Tröpfchenform und als Strom an der Saugrohrleitung
entlang von der Luft zu den Einlaßventilen mitgerissen, wo er ebenfalls verdampft.
-
Die bekannten Einspritzdüsen zerstäuben bei Verbrennungsmotoren den
von der Einspritzpumpe unter hohem Druck gelieferten Kraftstoff und verteilen diesen
im Brennraum, bei Motoren mit unterteiltem Brennraum im Zusammenwirken mit der Nebenkammer.
Beim bisherigen Einbringen von Kraftstoffen in Srennräume erfolgt somit bei Vergasern
eine Zerstäubung durch die zugegebene Luft oder bei Einspritzpumpen durch den Druckabfall
beim Austritt aus der Spritzdüse.
-
Obwohl die Zerstäubung der Kraftstoffe durch Luft oder durch Einspritzdüsen
sich bewährt hat, besteht ein ständiges Bedürfnis, die Kraftstoffe noch besser zu
nutzen, um zu einer höheren Energieausbeute oder zu einer Kraftstoffersparnis zu
gelangen.
-
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, beim Betrieb von
Brennaggregaten, insbesondere Verhrennungsmotoren die Kraftstoffe verbessert auszunutzen,
um zu einer Leistungssteigerung bzw. einer Kraftstoffersparnis zu gelangen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Verbrennung
von Gemischen aus mittelschweren Kohlewasserstoffen, wie Dieselkraftstoff, Heizöl,
Petroleum oder Schweröl unter Verwendung von Luftsauerstoff in Brennaggregaten,
insbesondere Verbrennungsmotoren, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kraftstoff
zunächst auf eine über seinen Siedepunkt liegende Temperatur erhitzt und in dampfförmigen
Zustand mit der Verbrennungsluft dem Brennraum zugeführt wird.
-
Während Benzine aus einem Gemisch aus alephatischen oder zyklischen
Kohlewasserstoffen zwischen 30 und 2000 C sieden, haben die mittelschweren Kohlewasserstoffe,
wie Dieselkraftstoff, Heizöl, Petroleum oder Schweröl einen Siedebereich von 200
bis 3500 C. Nach der vorliegenden Erfindung wird somit vorgeschlagen, daß die Kraftstoffe
aus mittelschweren Kohlewasserstoffen auf eine, über ihren Siedepunkt liegende Temperatur
erhitzt und somit zur Verdampfung gebracht werden und als Dampf dem Verbrennungsraum
bzw. Brennaggregat zugeführt werden. Durch diesen Vorschlag wird erreicht, daß eine
unerwartet hohe Energieausbeute stattfindet.
-
Die erfindungsgemäße Lösung ist anwendbar für Brenner in Heizkesseln
oder sonstigen Brennaggregaten. Sie ist insbesondere anwendbar bei Verbrennungskraftmaschinen,
wie Dieselmotoren. Lin besonderes Anwendungsgebiet ergibt sich durch die Maßgabe,
die mittelschweren Kohlewasserstoffe, wie Dieselkraftstoff, Heizöl, Petroleum oder
Schweröl auf eine über ihren Siedepunkt liegenden Temperatur zu erhitzen und in
Dampfform ein Benzin-Luftgemisch zuzugeben und mit diesem in den Verbrennungsmotor
einzuführen. Die erfindungsgemäße Lösung macht es nunmehr möglich, auch einen Eenzinmotor
teilweise oder überwiegend oder sogar gänzlich mit einem Dieselkraftstoff, Heizöl,
Petroleum oder sogar Schweröl anzutreiben. Dadurch ergibt sich insgesamt eine Leistungssteigerung
oder ein verminderter Kraftstoffverbrauch, und zwar nicht lediglich in Bezug auf
die Kosten, sondern auch im Hinblick auf eine verbesserte Energieausbeute.
-
Beim Betrieb eines Benzinmotors wird in weiterer erfindungsgemäßer
Ausgestaltung vorgeschlagen, daß bezogen auf einen Liter Benzin eine Menge von 0,1
bis 0,5 ltr. Dieselkraftstoff oder Heizöl oder Petroleum oder Schweröl zugegeben
wird. Die Mengenangaben beziehen sich dabei auf den flüssigen Zustand.
-
Es sei aber bemerkt, daß die vorerwähnten mittelschweren Kohlewasserstoffe
mit einem Siedepunkt von in der Regel über 2000 C dem Benzin-Luftgemisch in dampff(.).rmigem
Zustand zugegeben
werden. Besonders vorteilhaft ist, daß einer
Menge von ein Liter Benzin eine Menge von 0,1 bis 0,2 Liter Dieselkraftstoff, Heizöl,
Petroleum oder Schweröl zugegeben wird.
-
Ein weiterer erfdindungsgemäßer Vorschlag geht dahin, daß die Hitze
der Auspuffgase der Verbrennungskraftmaschine zur Verdampfung des Kraftstoffes dienen.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Maßgabe,
daß vor dem Verbrennungsraum des Motors eine Siedekammer für den Kraftstoff angeordnet
ist. Dabei kann die Auspffleitung des Verbrennungsmotors in eine Siedekammer münden,
die mit einer Zuleitung für den flüssigen Kraftstoff und mit einer Ableitung für
den gasförmigen Kraftstoff versehen ist, die in die Ansaugleitung des Motors führt.
-
Weitere Vorschläge gehen dahin, daß die Siedekammer an ihrem Boden
eine Rückleitung in den Kraftstofftank hat. Ein weiterer Vorschlag beinhaltet eine
in die Siedekammer führende drosselbare Luftleitung. Ein weiterer Vorschlag geht
dahin, an die Siedekammer eine Druckausgleichs- bzw. Vorratskammer für den gasförmigen
Kraftstoff anzuschließen.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Siedekammer,
Fig. 2 die Oberansicht eines Vergasermotors mit Siedekammer Fig. 3 einen Querschnitt
durch eine Siedekammer, Fig. 4 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Siedekammer,
Fig. 5 im Querschnitt die Einheit von Auspuff und Siedekammer, Fig. 6 einen vertikalen
Schnitt durch eine abgewandelte Siedekammer.
-
Fig. 1 zeigt ein als Siedekammer bezeichnetes Gehäuse 10, in das über
die Leitung 11 in flüssiger Form Dieselkraftstoff, Heizöl, Petroleum, Schweröl oder
dergleich gleichwertige Stoffe eingefüllt werden. Am Boden der Siedekammer ist eine
Heizeinrichtung in Gestalt elektrischer Widerstandsdrähte 12 vorhanden, die oben
durch eine Platte 13 abgedeckt sind. Durch die Heizeinrichtung wird in der Siedekammer
eine Temperatur erzeugt, die höher ist als der Siedepunkt
des
eingeführten Kraftstoffes. Da Dieselkraftstoffe einen Siedebereich von 200 bis 350
° C haben, und öle ebenfalls den angegebenen Siedebereich haben, wird an der Platte
13 eine Temperatur von schätzungsweise 3500 C eingestellt, so daß mit Sicherheit
die Verdampfung des kontinuierlich eingebrachten Kraftstoffes erfolgt. Der verdampfte
Kraftstoff gelangt dann kontinuierlich durch die Austragleitung 14 in den Brennerkopf
15, in dem zugleich in angegebener Pfeilrichtung 16, 16a Verbrennungsluft einströmt.
Die Erhitzung ist so bemessen, daß der Kraftstoff in der Siedekammer nicht lediglich
verdampft, sondern in gasförmigem Zustand auch zu dem Brennraum gelangt. Um dies
zu erreichen, wird eine weit über dem Siedepunkt liegende Temperatur gewählt. Zusätzlich
erhält das Leitungsrohr 14 eine Isolierung.
-
Fig. 2 zeigt einen Benzinmotor mit vier Zylindern. Er hat einen Vergaser
V, in dem über einen Tank T1 und die Leitung 18 Benzin gelangt, Über den Ansaugstützen
19 erhält der Vergaser die Verbrennungsluft, wie das in üblicher Weise der Fall
ist. Der Dieselkraftstoff oder dergleichen Kraftstoff, der über seinen Siedepunkt
erhitzt und somit verdampft wird, wird aus dem Kraftstofftank T2 entnommen.
-
Von diesem führt eine Leitung 20 zu dem Auspuffrohr 21.
-
Die Leitung 20 umgibt das Auspuff rohr 21 spiralförmig, damit eine
erste Vorwärmung durch die Erhitzung des Auspuffrohres durch die Verbrennungsgase
des Motors M erfolgt.
-
Das Auspuffrohr 21 mündet in eine Siedekammer S, damit, soweit nicht
bereits innerhalb der Rohrschlange 20a geschehen, in der Siedekanmer die Erhitzung
über den Siedepunkt und somit die Verdampfung erfolgt. Der dampfförmige Kraftstoff
wird über die Leitung 22 von der Siedekammer in den Stutzen 23 zwischen Vergaser
und Motor eingebracht und gelangt über den Verteiler 24 zu den einzelnen Zylindern
17, 17b usw. Somit ergibt sich, daß zusätzlich dem Benzinluftgemisch, das in üblicher
Weise den Benzinmotor antreibt, der durch Erhitzung über den Siedepunkt gasförmige
Dieselkraftstoff od. dgl. zugemischt wird.
-
Es ist vorgesehen, daß der Antreil der Benzinzufuhr und des gasförmigen
Dieselkraftstoffes während des Laufens des Motors verändert werden kann. Dies kann
durch automatische Einrichtungen geschehen, aber auch durch von Hand oder von Fuß
betätigte Hebel.
-
Zum Betrieb des Motors nach Fig. 1 wird dieser zunächst als reiner
Benzinmotor gestartet. Sofern über das Auspuffrohr 21 die Siedekammer eine ausreichende
Erhitzung hat, um den Dieselkraftstoff od. dgl. mittelschwerer Kohlenwasserstoff
zu verdampfen, dann wird das in der Leitung 20vorhandene Ventil 25 geöffent, damit
die Vergasung bzw. Verdampfung des Dieselkraftstoffes stattfinden kann, wobei über
das Ventil 25
zugleich auch die Mengenregulierung stattfinden kann.
-
Die Ansaugung des gasförmigen Kraftstoffes erfolgt durch den Motor.
Unabhängig davon kann am Tank T2 eine Förderpumpe vorhanden sein, die den flüssigen
Kraftstoff in die Leitung 20 fördert. Auch kann die Förderung des Kraftstoffdampfes
durch eine Pumpe erfolgen.
-
Fig. 2 zeigt, daß der Siedetank S noch mit einer Rückleitung 26 versehen
ist, die in den Tank T2 zurückführt und den Dieselkraftstoff od. dgl. rückführt,
der in dem Siedetank S nicht verdampft oder zu Flüssigkeit kondensiert wurde. Dies
ergibt sich im einzelnen aus Fig. 3. Dort ist die RUckflußleitung 26 am Boden des
Siedetankes angeordnet. Fig. 3 zeigt auch, daß die Zuleitung 20 dicht oberhalb des
hocherhitzten Auspuffes 21 endet, so daß durch dessen Erhitzung die Vergasung des
Kraftstoffes stattfindet. Fig. 3 zeigt weiterhin, daß in den Siedebehälter noch
eine Luftleitung 27 mündet, die mit einem Regelventil 28 versehen ist, um die in
den Siedebehälter eintretende Luftmenge regulieren zu können.
-
Fig. 4 zeigt, daß in dem Siedebehälter ein Druckausgleichs-bzw. Vorratsbehälter
29 angeschlossen ist. Dies geschieht, damit überschüssiger Kraftstoff, der nicht
durch Ansaugung über den Vergaser oder dergl. Förderung in den Motor M gelangt,
auf Vorrat gespeichert wird. Auch ist dieser Behälter
29 eine
Drucksicherung. Sofern in der Siedekammer S durch die Gasbildung des Kraftstoffes
ein Uberdruck entsteht, öffnet sich das Ventil 30. Ein Rückströmen des Kraftstoffgases
in die Siedekammer kann durch das Ventil 31 erfolgen. Auch der Druckausgleichs-
bzw. Vorratsraum des Gehäuses 29 ist mit einer Rückleitung 26a versehen, die in
die Leitung 26 der Siedekammer mündet.
-
Fig. 5 zeigt die Maßgabe, daß die Siedekammer S und der Auspuff ein
einheitliches Bauteil z.B. als Gußgehäuse, sind.
-
Mit 31, 31a und 31b sowie 31c sind die Auspufföffnungen aus den Zylindern
des Motors dargestellt, die in die Auspuffleitung 21 münden. Der flüssige Kraftstoff
tritt durch die Leitung 20 in das Auspuffgehäuse ein und gelangt entlang dem Auspuffrohr
21 in die Siedekammer S. Nach der Verdunstung gelangt es über die Leitung 22 im
gasförmigen Zustand in die Zylinderräume des Motors M.
-
Fig. 8 zeigt die Lösung, das Verdampfen des Dieselkraftstoffes bei
einer Erhitzung über seinen Siedepunkt zu vereinfachen und zu vergleichmäßigen.
Dazu ist am Boden des Gehäuses 10 Sand 32 (vorzugsweise Quarzsand) vorhanden, dem
über die Leitung Dieselkraftstoff oder dergl. zugegeben wird. Der Sand ist oben
abgedeckt durch ein Sieb oder Siebplatte 33. Der Kraftstoff-Dampf wird durch die
Leitung 22 abgesogen. An
Stelle von Sand kann auch ein sonstiger
feinkörniger Stoff Anwendung finden. Auch kann Stahlwolle vorhanden sein.
-
Versuche mit einem Benzinmotor mit der Anordnung nach Fig. 2 haben
ergeben, daß auf Landstraßen und im Stadtverkehr eine Kraftstoffersparnis zwischen
50 und 30 % erreicht wurden, wobei auf vier Liter Benzin ein Liter Dieselkraftstoff
in gasförmigen Zustand zugegeben wurde. Die Lösung nach Fig. 2 hat den Vorteil,
daß der Motor ausschließlich als Benzinmotor gefahren werden kann. So wird er, wie
vorerwähnt, als Benzinmotor solange gefahren, bis die Siedekammer eine ausreichende
Temperatur hat. Auch sofern starke Beschleunigungen notwendig sind, kann ausschließlich
mit Benzin gefahren werden. Beim Fahren auf Autobahnen, bei denen im wesentlichen
gleichmäßige Geschwindigkeit beibehalten wird, wird der Anteil der Dieselkraftstoffzugabe
erhöht, wobei Verhältnisse von Benzin zu Dieselölkraftstoff von 1:1 möglich sind.
-
Es ist auch möglich, durch Einführen der verdampften Dieselkraftstoffe
einen Motor ausschließlich mit Dieselkraftstoff zu betreiben. Die Zugabe von verdampften
Dieselkraftstoffen zu einem Bezin-Luftgemisch führt zu einem sehr ruhigen Lauf des
Motors.
-
Versuche mit einem Benzin-Motor (amerikanischer Achtzylindermotor)
brachten folgende Ergebnisse:
Bei einer Drehzahl von 1200 U/min
lief der Motor mit einem Liter Benzin 16 Minuten.
-
Bei einer Drehzahl von 1200 U/min lief der Motor mit einem Liter Benzin
und einem Liter Dieselkraftstoff (umgewandelt in Dampfform) 83 Minuten.
-
- Patentansprüche -