DE2932603A1

DE2932603A1 - Verfahren bzw. einrichtung zur verbesserung der verbrennung in verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2932603A1
Application number: DE19792932603
Authority: DE
Inventors: Theodor Prof Dr Ing Rummel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-10
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1981-02-26

Description

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München, den 1. August 1979 / Anwaltsaktenz.: 217 - Pat. 5

Professor Dr.-Ing. Theodor Rummel, Freihorstfeld 4l, 3000 Hannover 71

Verfahren bzw. Einrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen.

Es ist bekannt, an Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere

Explosionsmotoren, beispielsweise Dieselmotoren, Gasmotoren, Benzinmotoren, Glühkopfmotoren und dergleichen, bestimmte Maßnahmen zur Verbesserung der Verbrennung vorzunehmen, um die Rußentwicklung zu verringern und die Zusammensetzung der Abgase zu regulieren. Im Allgemeinen umfassen solche Maßnahmen die Regulierung der Gemischzusammensetzung des zu verbrennenden Kraftstoff-Luftgemisches und die Ableitung und Filterung der Abgase.

Die bisher bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der Verbrennung haben jedoch einen nachteiligen Einfluß auf den Wirkungsgrad und können nicht unabhängig von den übrigen Betriebsbedingungen des betreffenden Verbrennungsmotors eingestellt werden.

Durch die Erfindung soll also die Aufgabe gelöst werden, ohne eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der betreffenden Verbrennungskraftmaschine die Rußentwicklung und den

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Schadstoffgehalt der Abgase zu vermindern und den Verlauf des Verbrennungsvorganges beeinflussen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Verbesserung der Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen dadurch gelöst, daß dem zu verbrennenden Kraftstoff-Luftgemisch in feiner Verteilung geringe Mengen Erdalkalimetall oder Alkalimetall, insbesondere von Natrium, zugegeben werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens werden Erdalkaliverbindungen oder Alkalimetallverbindungen, insbesondere Natriumbicarbonat (NaHCO-) in einem Lösungsmittel, insbesondere in Wasser gelöst, zugeführt.

Es zeigt sich, daß eine nach dem soeben angegebenen Verfahren betriebene Verbrennungskraftmaschine eine geringere Rußentwicklung auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen zeigt, daß der Säuregehalt der Abgase vermindert wird und auch der Anteil von schädlichen Gasen herabgesetzt werden kann. Der taktweise Verbrennungsvorgang in der Verbrennungsmaschine wird zeitlich ausgedehnt, wobei Temperaturspitzen abgetragen werden.

Bei der Verwendung von Wasser als Lösungsmittel für die zuzuführende Alkalimetallverbindung zeigt sich, daß der Rußansatz an Teilen der Abgasanlage der betreffenden Verbrennungskraftmaschine vermindert werden kann, was auf ein "Abbeizen" des Rußes durch das im Abgas enthaltene Wasser zurückzuführen ist, wenn an den betreffenden Wänden, welche vor Rußansatz zu schützen sind, praktisch der Taupunkt erreicht wird. Um diesen Effekt nutzbar zu machen oder ver stärkt zur Wirkung zu bringen, was vornehmlich bei Verwen dung eines zur Ausnützung der Restwärme dienenden Wärmetausches im Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine zweckmäßig ist, kann es notwendig oder wünschenswert sein, zusätzlich Wasser in feiner Verteilung entweder in den Gemischoder Luftansaugkanal oder auch in den Abgaskanal vor dem vor Rostansatz zu schützenden Anlageteil einzubringen. Diese Maßnahme kann in verschiedenen Anwendungsfällen unabgigvon der Alkalimetall oder Erdai kai i metal 1 -ή fuhr cr-

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griffen werden und ist daher vorliegend von selbständiger Bedeutung.

Die Erfindung umfaßt auch eine Einrichtung zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens. Einzelheiten dieser Einrichtung sowie auch zweckmäßige Ausführungsformen und Ausgestaltungen des angegebenen Verfahrens sind im übrigen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut nochmals zu wiederholen. Nachfolgend werden einige Ausführungsformen unter bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Schemaskizze eines Verbrennungsmotors mit Einrichtungen zur Verbesserung der Verbrennung,

Fig. 2 eine schematische Abbildung einer

Dosierung- und Zuführungseinrichtung für das System nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Abbildung einer

anderen Ausführungsform der Dosier- und Zuführeinrichtung,

Fig. k eine nochmals abgewandelte Form

der Dosier- und Zuführungseinrichtung für die Anlage nach Fig. 1,

Fig. 5 eine schematische Abbildung einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Einri ch tung,

Fig. 6 eine Einrichtung zur Verminderung des Rußansatzes in Teilen des Abgaskanals einer Verbrennungskraftmaschine .

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Figur 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine in Gestalt eines Dieselmotors 1, dessen Luftansaugkanal mit 2bezeicb.net ist, während der Abgaskanal bei 3 angedeutet ist. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen sind in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Im Zuge des Luftansaugkanals 2 liegt eine Dosier- und Zuführungseinrichtung 4, welche die Aufgabe hat, der den Zylinderräumen des Dieselmotors 1 ztigeführten Luft in feiner Verteilung eine 3%lge wässrige Natriumbicarbonatlösung aus einem Vorratsbehälter 5 beizugeben, von welchem eine Leitung 6 zu der Dosier- und Zuführungseinrichtung k führt. In den oberen Teil des Vorratsbehälters 5 mündet eine Leitung 7 ein, mittels welcher der Vorratsbehälter 5 belüftet oder auch gemäß einer besonderen Ausführungsform der hier beschriebenen Einrichtung unter Druck gesetzt werden kann.

Im Zuge des Abgaskanales 3 liegt ein mit 8 bezeichneter Teil der Auspuffanlage, welcher vor Rußansatz geschützt werden soll. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Teil 8 um einen Wärmetauscher, welcher die Aufgabe hat, die im Abgas des Dieselmotors 1 enthaltene Restwärme auszunützen und über ein Wärmetauschmittel einem Nutzkreislauf zuzuführen. Diesbezügliche Einzelheiten zur Versind

einfachung der Darstellung/in der Zeichnung weggelassen.

Von dem Abgaskanal 3 zweigt eine Leitung 9 ab, welche zur Beruhigung dieses Abgasteilstromes zwei Drosseln 10 und einer Pufferkammer 11 zugeleitet wird, so daß schließlich ein gleichmäßiger Abgasstrom a zur Verfügung steht, welcher über ein Filter 12 geleitet und von diesem abgenommen wird. Der Abgasstrom a dient nachfolgend näherbeschriebenen Antriebszwecken.

Die in dem Vorratsbehälter 5 enthaltene wässrige Natriumbicarbonatlösung ist entweder in einer für eine bestimmte Betriebsdauer ausreichenden Menge vorgesehen oder wird aus einem größeren Vorratstank von Zeit zu Zeit mittels einer Pumpe nachgefördert·

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Die nach dem hier beschriebenen Vorschlag erzielte Verbesserung der Verbrennung beruht vermutlich auf einer katalytischen Wirkung des Alkalimetallions oder Erdalkalimetallions, vorliegend des Natriumions während des Verbrennungsvorganges. Die Verbrennung setzt früher ein, läuft zunächst rascher ab und setzt sich dann bei tieferen Temperaturen fort, als dies bei einer Verbrennung ohne das genannte Ion möglich wäre. Auch ist ein fotochemischer Effekt zu vermuten, welcher durch die Strahlung aufgrund des beigegebenen Zusatzes in bestimmten Spektrumsbereichen angeregt wird. Weiterhin ist das Alkalimetallion oder Erdalkalimetallion säurebindend. Man erzielt eine Neutralisation des Abgases (ph-Wert 7) und eine drastische Verminderung des CO, CH - und NO Gehaltes.

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Schließlich kann man auch einen ruhigeren Lauf des betreffenden Verbrennungsmotors beobachten, was auf einer Vergleichmäßigung der Gasexpension in den Zylinderräumen aufgrund eines gleichmäßigeren Verbrennungsvorganges beruhen dürfte.

Fig. 2 zeigt eine Ausbildung der Dosier- und Zuführungseinrichtung, welche nach dem Injektorprinzip arbeitet. Die der angesaugten Verbrennungsluft beizufügende Natriumbicarbonatlösung wird über die Leitung 6 durch den die Ansaugleitung durchströmenden Luftstrom in einem Injektor 13 angesaugt. Ein Dosierventil ik dient zur Einstellung der Menge der einzugebenden Natriumbicarbonatlösung.

Gemäß Fig. 3 besitzt der Ansaugkanal 2 einen nahe dem Dieselmotor 1 in den Abgaskanal einmündenden Seitenkanal 15 der an seinem Ende eine Injektoreinheit aufweist. Die Lösungsmittelleitung 6 ist mit dem Sauganschluß der Injektoreinheit verbunden und die Druckseite der Injektoreinheit wird durch den Abgasteilstrom a gespeist, so daß in den Seitenkanal 5 ein feiner Nebel des Lösungsmittels eingeführt wird und sich der Nebel dem Ansaugkanal 2 mitteilt.

Anstelle der Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 3 kann auch eine Druckzerstäubungseinrichtung gemäß Fig. k als Dosier- und Zuführungseinrichtung k vorgesehen werden. Hierzu ist Hie Leitung 6 π eine in dorn Ans&ugKanal 2 lie-

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gende Zerstäubungsdüse l6 angeschlossen. Die Belüftungsleitung 7 des Vorratsbehälters 5 wird von dem Abgas-Teilstrom a beaufschlagt, so daß der Vorratsbehälter 5 unter Druck steht. Dieser Druck fördert die beizumengende Flüssigkeit der Zerstäubungsdüse 17 zu, welche die betreffende alkalimetallhaltige bzw. erdalkalkimetallhaltige Lösung in den Ansaugkanal 2 hineinversprüht.

Abweichend von den in den Figuren 1-4 gezeigten Einrichtungen kann die Beigabe der erdalkalimetallhaltigen oder alkalimetallhaltigen Lösung auch in den Gemischzuführungskanal der Verbrennungskraftmaschine erfolgen, wenn etwa das zu verbrennende Gemisch nicht in den Kolbenräumen der Kraftmaschine sondern außerhalb in einem Vergaser oder in sonstiger Weise gebildet wird. Auch ist in bestimmten Fällen die Beimengung zum Kraftstoff möglich. Die feine Verteilung des Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls kann in diesem Falle gleichzeitig mit der Vernebelung des Kraftstoffes verwirklicht werden.

Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, gemäß Fig. eine alkalimetallhaltige oder erdalkalimetallhaltige wässrige Lösung mittels einer zusätzlichen Einspritzanlage unmittelbar in den Verbrennungsraum oder die Verbrennungsräume, insbesondere Zylinderräume, der Verbrennungskraftmaschine 1 einzuspritzen. Zu diesem Zwecke kann eine zusätzliche Einspritzanlage 17 vorgesehen sein, welche in Fig. 5 nur schematisch abgebildet ist, und über die Zuführungsleitung mit dem Vorratsbehälter 5 Verbindung hat. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Einspritzung erst unmittelbar nach der Zündung vorzunehmen. Man beobachtet hierbei eine Erhöhung des Wirkungsgrades bei geringerer Wärmebelastung für das Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine.

Fig. 6 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine, welche, was in der Zeichnung nicht wiedergegeben ist, mit ähnlichen Ausrüstungen versehen sein kann, wie sie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschrieben und gezeigt wurden. Zusätzlich ist eine weitere Einspritzanlage 18 vorgesehen, welche

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selbständig oder durch die Verbrennungsmaschine 1 angetrieben werden kann und über eine Leitung 19 Wasser dem Abgaskanal 3 zuführt und dort vernebelt. Die Wasserzufuhr zu dem zur Verbrennung gelangenden Gemisch und auch zum resultierenden Abgas kann zusätzlich von der in Fig. 6 beschriebenen Maßnahme oder anstelle dieser durch Regulierung der Wassermenge eingestellt werden, welche in der zugeführten alkalimetallhaltigen oder erdalkalimetallhaltigen Lösung enthalten ist. Eine zusätzliche Zufuhr von Wasser in vernebelter Form kann neben der oder parallel zur erwähnten Dosier- und Zuführungseinrichtung für das Alkalimetall oder Erdalkalimetall im Luftansaugkanal, im Gemischansaugkanal und in bestimmten Fällen auch in der Kraftstoffzufuhrleitung vorgesehen sein. Wie eingangs erwähnt hat die gegebenenfalls zusätzliche Wasserzufuhr die Wirkung, daß die Abgase in solchem Maße wasserhaltig werden, daß in nachgeschalteten Auspuffanlageteilen, insbesondere auch Wärmetauschern ein Selbstreinigungseffekt durch ein Abbeizen des Rußansatzes eintritt. In Wärmetauschern kann daher stets ein guter Wärmeübergang zum Wärmetauschmittel aufrechterhalten werden, da isolierende Rußschichten auf den Wärmetauschertrennwänden vermieden werden.

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Claims

Patentansprüche

1.iVerfahren zur Verbesserung der Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Explosionsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu verbrennenden Kraftstoff- Luftgemisch in feiner Verteilung geringe Mengen von Erdalkalimetall oder Alkalimetall, insbesondere Natrium, zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu verbrennenden Gemisch Erdalkalimetallverbindungen oder Alkallmetallverbindungen, insbesondere Natriumbicarbonat (NaHCO ) in feiner Verteilung zugeführt werden.

3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallverbindungen oder Alkalimetallverbindungen in einem Lösungsmittel, insbesondere in Wasser gelöst, zugeführt werden.

k. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß dem zu verbrennenden Gemisch eine wässrige Lösung von drei Gewichtsprozenten Natriumbicarbonat (NaHCO.) zugeführt wird.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Erdalkalimetalls oder Alkalimetalls im Gemischansaugkanal bzw. Luftansaugkanal der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Erdalkalimetalls oder Alkalimetalls unmittelbar in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine durch Einspritzen der bzw. einer erdalkalimetallhaltigen oder alkalimetallhaltigen Lösung erfolgt.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Erdalkalimetalls oder Alkalimetalls durch Beimengung zum Kraftstoff erfolgt.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7ι dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Wasser in feinster Verteilung in den Gemisch- bzw. Luftansaugkanal und/oder in den Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzufuhr so reguliert wird, daß in vor Rußansatz zu schützenden Teilen des Abgaskanals der Verbrennungskraftmaschine der Taupunkt erreicht wird.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9i gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (5) für eine Lösung einer Erdalkalimetallverbindung oder Alkalimetallverbindung und durch eine Dosier- und Zuführungseinrichtung (4 bzw. 17) zum Beifügen der Lösung zu dem zu verbrennenden Gemisch.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Dosier- und Zuführungseinrichtung ein von der Strömung im Luftansaugkanal (2) bzw. Gemischansaugkanal der Verbrennungskraftmaschine (1) betriebenen Injektor (13) enthält, welcher über eine Lösungsflüssigkeitsleitung (6) mit dem Vorratsbehälter (5) verbunden ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Zuführungseinrichtung einen ausgangssei tig in den Luftansaugkanal (2) bzw. Gemischansaugkanal der Verbrennungskraftmaschine (l) einmündenden Injektor enthält, welcher durch einen Abgasteilstrom (9> 10,11, 12, a) betrieben wird und über eine Lösungsflüssigkeitsleitung (6) mit dem Vorratsbehälter (5) verbunden ist (Figur 3) ·

13· Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Zuführungseinrichtung eine im Luftanlaufkanal (2) bzw. Gemischansaugkanal der Verbrennungskraftmaschine (l) angeordnete Zerstäuberdüse (l6) enthält, welche über eine Lösungsflüssigkeitsleitung (6) mit dem Vorratsbehälter (5) verbunden ist, der vom Abjraskanal (3) der Ver-

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brennungskraftmaschine aus mittels eines Abgasteilstromes (a) unter Druck setzbar ist (Figur k).

lk. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Zuführungseinrichtung eine Einspritzpumpe (17) enthält, welche über eine Lösungsflüssigkeitsleitung (6) mit dem Vorratsbehälter (5) verbunden ist und eine Einspritzdüsenanordnung speist, mittels welcher Lösungsflüssigkeit in einen Ansaugkanal (2) der Verbrennungskraft·» maschine oder in den bzw. die Verbrennungsräume, insbesondere Zylinderräume, der Verbrennungskraftmaschine einspritzbar ist.

15· Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis l4, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einspritzanlage (l8) zum Vernebeln von Wasser im Abgaskanal (3) und/oder in einem Ansaugkanal (2) der Verbrennungskraftmaschine (l).

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