DE3221083C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem in einem
Zylinder hin- und hergehend bewegbaren Kolben, der zusammen mit dem Zylin
der einem Brennraum zum Verbrennen eines Luft/Brennstoff-Gemisches bildet,
wobei mindestens ein Teil der Innenwandung des Brennraums eine Katalysator
schicht trägt, die einen von einer Trägerschicht gehaltenen, der Verbesserung
des Verbrennungsvorganges dienenden Katalysator aufweist.
Bei einer bekannten, als Dieselmotor ausgelegten Brennkraftmaschine dieser
Art (DE-OS 20 43 025) ist die Innenwandung des Brennraums mit einer Be
schichtung als Alumosilikat versehen, die aus 60 bis 90% Siliziumoxid und
40 bis 10% Aluminiumoxid besteht. Die Alumosilikatschicht soll den Verbren
nungsvorgang dadurch verbessern, daß eine Niedertemperaturverharzung der
Auspuffeinrichtung verhindert und die Brennstoffvorbereitung zur Entzündung
beschleunigt wird. Insbesondere soll die Alumosilikatbeschichtung den Zerfall
der Ausgangsmoleküle des Brennstoffs vor der Entflammung unterstützen und
die Menge der ungesättigten Verbindungen in den flüssigen Auspuffprodukten
verringern.
Zur Verminderung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe ist es daneben be
kannt, das Mischungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs unter den theo
retischen Wert (etwa 14,6 für Benzin) abzumagern. In der Regel nimmt die
Bildung der drei Hauptschadstoffe, nämlich der Stickoxide (NOx), der unver
brannten Kohlenwasserstoffe (CH-Verbindungen) und von Kohlenmonoxid (CO)
in dem Verbrennungsprozeß ab, wenn das Gemisch magerer wird. Ein Gemisch,
das so weit abgemagert ist, daß allein dadurch die gesetzlichen Bestimmungen
der Abgasentgiftung erfüllt werden, ist jedoch schwierig zu zünden und ver
ursacht häufige Fehlzündungen. Um dem zu begegnen, hat man der Stelle, an
welcher der elektrische Zündfunke erzeugt wird, örtlich ein fetteres Gemisch
zugeführt, um eine einwandfreie Zündung zu erreichen, worauf sich die Flamme
in den restlichen Teil des Verbrennungsraums hinein ausbreitet, der mit einem
magereren Gemisch gefüllt ist. Dies erlaubt eine Zündung und Verbrennung
eines als Ganzes relativ mageren Gemisches; es werden jedoch verhältnismäßig
komplizierte und damit kostpielige konstruktive und verfahrenstechnische Maß
nahmen notwendig.
Des weiteren ist es bekannt, einen Katalysator in der Auspuffanlage vorzusehen
der durch Oxidation und Reduktion die Gehalte an NOx, CH-Ver
bindungen und CO im Abgas herabsetzt. Dadurch wird jedoch der Strömungswi
derstand für die Abgase in der Auspuffanlage erhöht. Außerdem steigt die Tem
peratur des Katalysators häufig auf über 1000°C, was zu Versetzungen im Kri
stallgefüge des Katalysators führen kann, insbesondere wenn ein hochaktiver
Träger vorgesehen wird. Das Betriebsverhalten des Katalysators verschlechtert
sich daher rasch; der Katalysator muß häufig ausgetauscht werden. Wenn Stick
oxide mit CH-Verbindungen und CO reduziert werden müssen, stellt sich ferner
ein niedrigerer Verbrennungswirkungsgrad ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaf
fen, bei der auf einfache und dauerhafte Weise der Ausstoß von schädlichen Ab
gasen, insbesondere Stickoxiden, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Koh
lenmonoxid, verringert ist, ohne daß dadurch die Funktions- und Leistungs
fähigkeit der Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Brennkraft
maschine der eingangs genannten Art die Katalysatorschicht nur an mindestens
einem Teil der außerhalb des Kolbenaufbereiches liegenden Innenwandung des
Brennraums vorgesehen ist, welcher Wandlungsteil sich mindestens während der
Anfangsphase der Verbrennung auf einer unter 250°C liegenden Temperatur be
findet und beim Maschinenlauf im Falle von Dieselmotoren eine Temperatur von
nicht mehr als 800°C und im Falle von anderen Brennkraftmaschinen eine Tem
peratur von nicht mehr als 500°C erreicht und entlang des Wandungsteils sich
beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine relativ dünne Kaltgasschicht ausbildet,
wobei der Katalysator aus einem eine katalytische, flammenlose Verbrennung des
Luft/Brennstoff-Gemisches in der Kaltgasschicht bewirkenden pulverisierten Me
tall oder Oxid der Platinmetallgruppe besteht.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß einer der für den Schadstoff
gehalt der Abgase von Brennkraftmaschinen hauptsächlich verantwortlichen Fak
toren die unvollständige Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemisches ist, die
durch die dünne Kaltgasschicht verursacht ist, die sich unter dem Einfluß der
Kühlwirkung der umgebenden Metallwände im Bereich der Brennraumwandung
ausbildet. Das in dieser Kaltgasschicht befindliche Gas wird aus dem Brennraum
ausgestoßen, bevor die Flamme die Kaltgasschicht erreicht hat. Ein Teil des
unverbrannten Gasgemischs wird zwar auf seinem Weg zur Atmosphäre dadurch
verbrannt, daß es Heißgasen ausgesetzt wird. Der größere Teil bleibt jedoch
unvollständig verbrannt und verteilt sich diffus in den Auspuffgasen, wodurch
eine Nachverbrennung oder Rückführung schwierig wird. Wenn sich der Kolben
in seinem oberen Totpunkt befindet, steht die Kaltgasschicht mit den umgeben
den Wandungsteilen der Brennkammer in Kontakt, die von der Innenwand des
Zylinderkopfes, dem Kolbenboden und dem außerhalb des Kolbenlaufbereiches
liegenden Teil der Zylinderwand begrenzt wird. Unter normalen Arbeitsbedin
gungen, d. h. wenn der Zylinder in der vorgesehenen Weise gekühlt wird, dürf
te sich die Kaltgasschicht auf Temperaturen befinden, die für eine Zündung
nicht ausreichen, so daß in dieser Schicht befindliche Gas bei den bekann
ten Brennkraftmaschinen nicht verbrannt wird.
Die erfindungsgemäß nur an mindestens einem Teil der außerhalb des Kolben
laufbereiches liegenden Innenwandung des Brennraums vorgesehene Katalysator
schicht aus einem pulverisierten Metall oder Oxid der Platinmetallgruppe be
wirkt eine katalytische, flammenlose Verbrennung des Luft/Brennstoff-Gemisches
in der Kaltgasschicht bei einer Temperatur von 500°C oder darunter, wobei sich
die Reaktionswärme in das Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffen und Luft hinein
ausbreiten kann, das in der Brennkammer komprimiert wird. Auf diese Weise
läßt sich die Verbrennung eines Luft/Brennstoff-Gemisches, das zu mager ist,
um normalerweise mittels eines elektrischen Zündfunkens allein gezündet zu wer
den, in der Niedertemperaturzone der Kaltgasschicht auslösen, ohne daß Fehl
zündungen zu befürchten sind. Der Verbrennungswirkungsgrad wird gesteigert.
Der Schadstoffgehalt der Abgase insbesondere auch an Stickoxiden wird vermin
dert; der Energieverbrauch wird gesenkt.
Der für die Katalysatorschicht vorgesehene Katalysator braucht nicht hohen
Temperaturen (beispielsweise von 1000°C und mehr) standzuhalten; er muß
vielmehr nur bei niedrigen Katalysatortemperaturen von etwa 500°C oder we
niger in stabiler Weise für eine Verbrennung des Luft/Brennstoff-Gemisches
sorgen. Der Katalysator kann infolgedessen aus handelsüblich verfügbaren
Platingruppenmetallen ausgewählt werden.
Als Trägerschicht eignet sich insbesondere eine Schicht aus Aktiv-γ-Aluminium
oxid (Al₂O₃) von großer spezifischer Oberfläche. Dabei kann die Katalysator
schicht vorteilhaft durch Glühen eines Salzes eines Metalls der Platinmetallgrup
pe auf einer Trägerschicht aus Aktiv-γ-Al₂O₃ bei einer Temperatur von höch
stens 900°C ausgebildet sein. Die Katalysatorschicht kann unmittelbar auf den
außerhalb des Kolbenlaufbereiches liegenden Innenwandungen des Brennraums
ausgebildet oder aber vorgefertigt und dort in zweckentsprechender Weise be
festigt werden.
Die Katalysatorschicht hat vorzugsweise eine rauhe und unebene Oberfläche,
beispielsweise eine körnige, wabenförmige oder gezackte Oberfläche. Der Kata
lysator kann aus Platinschwamm bestehen, der durch Glühen von Ammonium-
Chloroplatinat ausgebildet ist.
Bei der Brennkraftmaschine nach der Erfindung ist der Wirkungsgrad der Brenn
stoffverbrennung verbessert. Es werden schadstoffarme Auspuffgase mit verrin
gertem Gehalt an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen erhal
ten, indem eine unvollständige Verbrennung des Luft/Brennstoff-Gemisches in
der erläuterten Kaltgasschicht vermieden wird. Der Stickoxidgehalt des Abgases
läßt sich weiter verringern, indem mit einem Gemisch gearbeitet wird, das über
den für bekannte Brennkraftmaschinen kritischen Grenzwert hinaus abgemagert
ist und bei relativ niedrigen Temperaturen verbrannt wird, ohne daß es zu
Fehlzündungen kommt. Der für eine sichere Verbrennung sorgende Bereich des
Luft/Brennstoff-Verhältnisses läßt sich erweitern.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Abb. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Kolben-Zylinder-
Anordnung eines Benzinmotors,
Abb. 2 in größerem Maßstab einen Teilschnitt des Bereichs A der
Abb. 1,
Abb. 3 bis 6 Teilschnitte entsprechend Abb. 2 für abgewandelte Ausfüh
rungsformen und
Abb. 7 einen senkrechten Schnitt durch eine Kolben-Zylinder-Anord
nung eines Dieselmotors.
Bei jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele sind Katalysatorschichten 7 an
dem außerhalb des Kolbenlaufbereiches liegenden Wandungsteil des Brennraums 2
einer Brennkraftmaschine 1 vorgesehen, d. h. einem Teil der Zylinderumfangs
wand 3, der Zylinderkopfwand 4 und der Kolbenbodenwand 5. Der Katalysator
besteht aus einem pulverisierten Metall oder Oxid der Platinmetallgruppe, das
bei 500°C oder weniger eine stabile katalytische, flammenlose Verbrennung des
Luft/Brennstoff-Gemischs in der relativ dünnen Kaltgasschicht bewirkt, die
sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine entlang diesem Wandungsteil ausbil
det. Die Katalysatorschichten 7 sind auf dem genannten Wandungsteil unmittel
bar aufgetragen oder dort mittels Bolzen 8 oder eines hitzebeständigen Binde
mittels 8′ befestigt.
Als Katalysatorschicht eignet sich ein Metallschwamm der Platinmetallgruppe, der
von einer Trägerschicht aus γ-Aluminiumoxid gehalten wird und eine rauhe oder
unebene Oberfläche aufweist, oder ein von der selben Trägerschicht gehaltenes
Platingruppenmetall in Form einer Schicht mit körniger Oberfläche 7′ oder waben
förmiger oder gezackter Oberfläche 7′′. Die γ-Al₂O₃-Trägerschicht kann auch
durch eine andere Trägerschicht ersetzt werden.
Während Abb. 1 die Katalysatorschicht bei einem Benzinmotor veranschaulicht,
bei dem jeder Brennraum mit einem Einlaßventil und einer elektrischen Zündker
ze ausgestattet ist, kann eine solche Schicht auch bei einem Dieselmotor mit Ein
spritzventilen 11 vorgesehen werden, wie dies in Abb. 7 gezeigt ist.
Mittels der außerhalb des Kolbenaufbereichs der Innenwandung des Brennraums
2 liegenden Katalysatorschicht 7 wird die Oxidationsaktivierungsenergie der Koh
lenwasserstoffe in der Kaltgasschicht herabgesetzt. Das in dieser Schicht vor
liegende Gasgemisch wird bei relativ niedrigen Temperaturen (unter 500°C) ver
brannt, und die Verbrennung wird abgeschlossen, bevor das Luft/Brennstoff-
Gemisch der Kaltgasschicht in unvollständig verbranntem Zustand in das übrige
Abgas hineindiffundiert. Auch das Gasgemisch in der der Kaltgasschicht benach
barten Zone wird katalytisch verbrannt, und die auf die katalytische Verbren
nung zurückzuführende Oxidationswärme breitet sich in das den Zylinder füllen
de, unter Druck stehende Luft/Brennstoff-Gemisch hinein aus. Dadurch wird
die Verbrennung auch in einem stärker abgemagerten Gemisch unterstützt, d. h.
einem Gemisch, das bei bekannten Motoren zu Fehlzündungen neigt.
Die Konzentrationen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und
Stickoxiden in den Verbrennungsprodukten des mageren Gemisches werden deut
lich abgesenkt. Dadurch kommt es in Verbindung mit der Verbrennung des Ga
ses der Kaltgasschicht insgesamt zu einer starken Verminderung des Schadstoff
gehalts des Abgases. Neben einer Senkung der Luftverschmutzung wird durch
Verbrennen des Brennstoffes in der Kaltgasschicht die Motorleistung erhöht,
und Brennstoff wird eingespart. Indem die Innenwände des Brennraums und
der Auspuffanlage sauber gehalten werden, wird für eine lange Lebensdauer
der Brennkraftmaschine gesorgt.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß wegen der Kühlwirkung der Innenwände des
Brennraums ohne die Katalysatorschicht 7 die Verbrennung des Gemischs inner
halb der Kaltgasschicht selbst dann nicht in Gang kommen kann, wenn der
Hauptteil des Gemisches eines hohe Temperatur (über 2000°C) annimmt. Die
Kaltgasschicht ist sehr dünn und hat bei im oberen Totpunkt stehendem Kolben
6 die Form einer Eierschale. Infolgedessen ist die Oberfläche der Kaltgasschicht
im Vergleich zu ihrem Volumen so groß, daß es relativ einfach ist, für eine aus
reichende Kontakfläche mit dem Katalysator zu sorgen. Bei im oberen Totpunkt
stehendem Kolben 6 wird der Brennraum 2 nur von außerhalb des Kolbenlaufbe
reiches liegenden Wandungen begrenzt, wo die Katalysatorschicht auf verschie
denartige Weise problemlos aufgebracht oder befestigt werden kann.
Die Katalysatorschicht des unten erläuterten Ausführungsbeispiels besteht aus
pulverisiertem Platinmohr auf einer Trägerschicht aus γ-Aluminiumoxid. Aus
dem Katalysator und einem hauptsächlich aus einem Aluminiumoxidzement beste
henden Bindemittel wurde eine Paste hergestellt, die in Ausnehmungen der Wän
de des Kolbenbodens und des Zylinderkopfes eingebracht wurde. Durchmesser
und Tiefe der in diese Wände zwecks Ausbildung einer Wabenstruktur eingebohr
ten Öffnungen lagen bei 2 bis 3 mm. Danach wurde der Zement ausgehärtet,
und es wurden sicher fixierte Katalysatorschichten erhalten.
Änderungen des Durchmessers und der Tiefe dieser Ausnehmungen beeinflussen
naturgemäß den Wärmeübergang; auf diese Weise läßt sich daher die Oberflä
chentemperatur des Katalysators in einen gewünschten Bereich bringen.
Die Katalysatorschicht kann auch im Vakuumaufdampfverfahren aufgebracht
werden, gemäß dem ein Substrat mit einem Katalysator überzogen werden kann,
indem der Katalysator in Form eines Metalls oder Oxids als aufgeheizte Anode
benutzt wird, während das Substrat die Kathode bildet, wobei zwischen beide
eine Gleichspannung angelegt wird. Eine Katalysatorschicht mit besonders guter
Anhaftung an dem Substrat kann mit hoher Reproduzierbarkeit auch in einem
Plasmaverfahren aufgebracht werden, bei dem Anode und Kathode in ein Hoch
frequenzfeld eingebracht werden, das die Metallatome ionisiert und auf der
Kathode ablagert. Ein oxidischer Katalysatorfilm läßt sich mit dem Trägerwerk
stoff gegebenenfalls dadurch besonders fest verbinden, daß in dem Entladungs
raum eine gewisse Menge an Sauerstoff vorgesehen wird. Die Dicke des Überzu
ges läßt sich auf einen gewünschten Wert einstellen, indem die Aufdampfdauer
und die Verdampfungsenergie entsprechend gewählt werden. Auf diese Weise
läßt sich dafür sorgen, daß der Katalysator die für eine zufriedenstellende Ar
beitsweise der Brennkraftmaschine erwünschte Oberflächentemperatur annimmt.
Die Dicke und die Porosität der Katalysatorschicht lassen sich auch dadurch
beeinflussen, daß die Oberflächen, auf die der Katalysator aufgebracht wird
(d. h. die Oberflächen der Innenwandung des Zylinderkopfes und des Kolben
bodens) rauh oder grobkörnig gemacht werden und daß entsprechende Über
zugsbedingungen gewählt werden. Auf diese Weise läßt sich nicht nur die Tem
peratur der Katalysatoroberfläche einstellen, sondern es kann auch für eine
große spezifische Katalysatoroberfläche gesorgt werden.
Ein den Katalysator tragender Träger kann auch in einer den Innenwandflächen
des Zylinders und des Kolbens angepaßten Form vorgefertigt und dann mit Letz
teren über Bolzen 8 oder ein temperaturbeständiges Blindemittel verbunden wer
den. Auch in diesem Fall können die Dicke die Oberflächenausbildung der
Katalysatorschicht in der zuvor erläuterten Weise gewählt werden.
Wenn ein herkömmlicher Benzinmotor normal läuft sind die Wandoberflächen
temperaturen der Zylinder relativ niedrig, d. h. im Bereich von 200°C bis
250°C. Die geschmierten Zylinderwandflächen, entlang deren die Kolben gleiten,
haben eine Temperatur von etwa 100°C (oder im Falle eines Dieselmotors noch
weniger). Die Katalysatorwirkung wird daher durch die Wandoberflächentempera
tur nicht nachteilig beeinflußt. Die Innenwandungen, an denen vorliegend die
Katalysatorschicht vorgesehen wird, sind die außerhalb des Kolbenlaufbereiches
liegenden nichtgeschmierten Flächen. Weil dort normalerweise Wandtemperaturen
von 200°C bis 250°C herrschen, ist es nicht schwierig, die Katalysatorschich
ten so auf- oder anzubringen, daß im Falle von außengekühlen Kolbenbrenn
kraftmaschinen die Katalysatoroberflächentemperatur unter 1000°C, und vor
zugsweise unter 500°C, gehalten wird. Aber auch bei Dieselmotoren ist es er
wünscht, den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen, während die Temperatur
der Innenwandflächen auf 800°C oder niedriger gehalten wird. Infolgedessen
kann die Katalysatorschicht auch bei solchen Dieselmotoren vorgesehen werden,
ohne daß es zu Problemen bei höheren Reaktionsgeschwindigkeiten kommt. Viel
mehr kann dafür gesorgt werden, daß der Katalysator in einem für ihn beson
ders günstigen Temperaturbereich arbeitet und damit die katalytischen Eigen
schaften während einer langen Zeitspanne aufrechterhalten bleiben.
Praktische Versuche wurden mit einem konventionellen Motorrad-Viertakt-Ben
zinmotor mit einem Gesamthubraum von 90 cm³ durchgeführt. Vor den Versu
chen wurde dieser Motor modifiziert, indem der Durchmesser der Brennstoff
kanäle (oder der Hauptdüsen) im Vergaser so verengt wurde, daß nur eine
geringere als die normale Brennstoffmenge durchtreten konnte. Diese Ände
rung bewirkte, daß dem Motor ein so stark abgemagertes Gasgemisch zuge
führt wurde, daß er unregelmäßig und instabil lief.
Dann wurden Vergleichsversuche mit und ohne Katalysatorschichten an den
Brennraumwänden (Zylinderkopf und Kolbenboden) durchgeführt. Die Ergeb
nisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt.
Die für die Messungen benutzten Instrumente waren ein CO-Prozent-Meßgerät
für die CO-Menge sowie ein Chemielumineszenzanalysator für die Stickoxidmen
gen.
Nach Abschluß der 200 h lang andauernden Versuche wurde der Motor auseinan
dergenommen, und die außerhalb des Kolbenlaufbereiches liegenden Oberflächen
des Brennraums wurden überprüft. Die Katalysatorschichten erwiesen sich als
einwandfrei und unverändert; sie zeigten keine Spur von Verschmutzung, wäh
rend die nicht mit der Katalysatorschicht bedeckten Wandflächen durch Rußab
lagerungen geschwärzt waren. Dies zeigte, daß die Katalysatorschicht zu der
Oxidation der Kaltgasschicht wirkungsvoll beitrug.
Die Katalysatorschichten erhöhen grundsätzlich die Reaktionsgeschwindigkeit,
verursachten bei dem Versuch aber keine Unregelmäßigkeiten, wie Klopfen,
in Folge von Frühzündung. Die in der Tabelle zusammengestellten Daten lassen
die vorteilhafte Auswirkung der Katalysatorschicht deutlich erkennen.
Die angegebenen Versuchsdaten liegen nicht sonderlich günstig im Vergleich
mit den für Fahrzeuge mit Abgasentgiftung veröffentlichten Werten. Dies ist
darauf zurückzuführen, daß der Versuchsmotor abgenutzt war und kein aus
reichend hohes Kompressionsverhältnis erzielen konnte, sowie daß die Kataly
satorkontaktfläche auf den außerhalb des Kolbenlaufbereichs liegenden Wand
teilen des Brennraums zu klein war. Die Abgasemissionsdaten wären bei einem
Motor mit normalem Kompressionsverhältnis und ausreichend großflächiger Kata
lysatorschicht zweifelsohne besser ausgefallen.
Durch die geschilderten Maßnahmen kann eine abgasentgiftete, energiesparen
de Brennkraftmaschine einfach und wirtschaftlich gebaut werden, ohne daß
die Konstruktion vorhandener Maschinen wesentlich modifiziert zu werden
braucht.
Claims (6)
1. Brennkraftmaschine mit mindestens einem in einem Zylinder hin- und
hergehend bewegbaren Kolben, der zusammen mit dem Zylinder einen
Brennraum zum Verbrennen eines Luft/Brennstoff-Gemisches bildet,
wobei mindestens ein Teil der Innenwandung des Brennraums eine Kata
lysatorschicht trägt, die einen von einer Trägerschicht gehaltenen, der
Verbesserung des Verbrennungsvorganges dienenden Katalysator auf
weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ka
talysatorschicht nur an mindestens einem Teil der außerhalb des Kolben
laufbereiches liegenden Innenwandung des Brennraums vorgesehen ist,
welcher Wandungsteil sich mindestens während der Anfangsphase der
Verbrennung auf einer unter 250°C liegenden Temperatur befindet und
beim Maschinenlauf im Falle von Dieselmotoren eine Temperatur von nicht
mehr als 800°C und im Falle von anderen Brennkraftmaschine eine Tem
peratur von nicht mehr als 500°C erreicht und entlang des Wandungs
teils sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine relativ dünne Kalt
gasschicht ausbildet, wobei der Katalysator aus einem eine katalytische,
flammenlose Verbrennung des Luft/Brennstoff-Gemisches in der Kaltgas
schicht bewirkenden pulverisierten Metall oder Oxid der Platinmetallgrup
pe besteht.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trägerschicht aus Aktiv-γ-Al₂O₃ von großer spezifischer Oberfläche
besteht.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Katalysatorschicht durch Glühen eines Salzes eines Metalls der Platinme
tallgruppe auf einer Trägerschicht aus Aktiv-γ-Al₂O₃ bei einer Tempera
tur von höchstens 900°C ausgebildet ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Katalysatorschicht eine rauhe und un
ebene Oberfläche hat.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus Platinschwamm besteht.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Platinschwam durch Glühen von Ammonium-Chloroplatinat ausge
bildet ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56085679A JPS57200615A (en) | 1981-06-05 | 1981-06-05 | Lower temperature contacting combustion type reciprocating internal combustion engine and combustion thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3221083A1 DE3221083A1 (de) | 1982-12-23 |
DE3221083C2 true DE3221083C2 (de) | 1989-05-24 |
Family
ID=13865516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3221083A Granted DE3221083A1 (de) | 1981-06-05 | 1982-06-04 | Brennkraftkolbenmaschine und verbrennungsverfahren dazu |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4577611A (de) |
JP (1) | JPS57200615A (de) |
DE (1) | DE3221083A1 (de) |
GB (1) | GB2099919B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10025754A1 (de) * | 2000-05-25 | 2001-11-29 | Bruno Lindl | Vorrichtung zur Zündung der Verbrennungsvorgänge im Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere beim Kaltstart und Warmlauf einer Dieselmaschine |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4646707A (en) * | 1981-03-30 | 1987-03-03 | Pfefferle William C | Method of operating catalytic ignition engines and apparatus therefor |
US4811707A (en) * | 1981-03-30 | 1989-03-14 | Pfefferle William C | Method of operating catalytic ignition engines and apparatus therefor |
GB2129489B (en) * | 1982-11-03 | 1986-10-01 | British Leyland Cars Ltd | Catalyst arrangement in i c engine combustion chambers |
DE3331579A1 (de) * | 1983-09-01 | 1985-03-21 | Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln | Kolbenbrennkraftmaschine |
US4976248A (en) * | 1989-04-03 | 1990-12-11 | James Rowe | Apparatus for the generation of turbulence in internal combustion engines |
GB8910378D0 (en) * | 1989-05-05 | 1989-06-21 | Secretary Trade Ind Brit | Internal combustion engines |
US5136994A (en) * | 1991-04-15 | 1992-08-11 | Southwest Research Institute | Internal combustion engine |
US5655955A (en) * | 1993-07-30 | 1997-08-12 | Nagel Maschinen Und Werekzeugfabrik Gmbh | Method and tool for improving the structure of the inner faces of working chambers of machines and motors |
US6058918A (en) * | 1994-08-03 | 2000-05-09 | Financieres C. Vernes | Combustion catalyst device for an internal combustion engine |
US5857440A (en) * | 1996-06-07 | 1999-01-12 | Melco Engraving, Inc. | Engine piston and method for its manufacture |
EP1056938B1 (de) * | 1998-02-20 | 2006-10-04 | John J. Kracklauer | Verfahren zum bereitstellen und erhalten einer katalytisch aktiven oberfläche für brennkraftmaschinen |
ES2166253B1 (es) * | 1999-04-06 | 2003-02-16 | Magallon Pedro Solano | Elemento para acelerar el proceso de combustion para vehiculos a motor. |
US6655369B2 (en) * | 2001-08-01 | 2003-12-02 | Diesel Engine Transformations Llc | Catalytic combustion surfaces and method for creating catalytic combustion surfaces |
US20050056007A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-03-17 | Donald Pierre Bourgon | Internal combustion engine catalytic converter |
JP4209317B2 (ja) * | 2003-12-18 | 2009-01-14 | 三菱重工業株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
AT504423B1 (de) * | 2003-12-18 | 2009-06-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Steuervorrichtung für die abgabe von abgas an einer verbrennungskraftmaschine |
KR20090018599A (ko) * | 2006-02-01 | 2009-02-20 | 리치 아이디어스 크리에이티드-홀딩 컴패니, 인코포레이티드 | 내연기관 |
US8128399B1 (en) * | 2008-02-22 | 2012-03-06 | Great Southern Flameless, Llc | Method and apparatus for controlling gas flow patterns inside a heater chamber and equalizing radiant heat flux to a double fired coil |
US8851025B2 (en) * | 2008-09-26 | 2014-10-07 | Ronald D. Voisin | Powering an internal combustion engine |
WO2015054537A1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-04-16 | Speed Of Air, Inc. | Internal combustion engine |
DE102014002520A1 (de) * | 2014-02-22 | 2015-03-12 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Kolben-Brennkraftmaschine |
US11877687B2 (en) | 2015-07-27 | 2024-01-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Heater and cookware for flameless catalytic combustion |
US10584869B2 (en) * | 2015-07-27 | 2020-03-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Heater |
DE102015219895A1 (de) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | Ford Global Technologies, Llc | Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Kolben und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer derartigen Brennkraftmaschine |
US10562010B2 (en) | 2015-11-20 | 2020-02-18 | Mc Earth Holdings Ltd | Stratified charge combustion engine |
WO2018007865A1 (en) * | 2016-07-04 | 2018-01-11 | Dominique Bosteels | Stratified charge combustion engine |
US10018146B2 (en) | 2016-03-16 | 2018-07-10 | Federal-Mogul Llc | Piston with advanced catalytic energy release |
DE102017104741B4 (de) | 2017-03-07 | 2020-01-23 | Sls Technologies Gmbh | Arbeitskolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen |
CN109326107A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 爱烙达股份有限公司 | 火灾警报器的检测装置 |
CN115247603A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-10-28 | 广州汽车集团股份有限公司 | 氢气发动机活塞及其制造方法 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US30426A (en) * | 1860-10-16 | Improvement in metallic railroad-cars | ||
GB149915A (en) * | 1919-08-04 | 1921-12-05 | Marcus Brutzkus | Improvements in apparatus for chemical production and research |
GB211936A (en) * | 1922-11-27 | 1924-02-27 | Edward Sokal | Means for improving combustion after ignition in internal combustion engines |
GB445086A (en) * | 1935-07-23 | 1936-04-02 | Albert Bagnulo | Improvements in or relating to hot bulb internal combustion engines |
GB455329A (en) * | 1935-11-19 | 1936-10-19 | Teerverwertung Gmbh | Improvements in or relating to diesel oil engines |
US2101045A (en) * | 1936-06-06 | 1937-12-07 | Renette Company | Internal combustion engine |
GB583803A (en) * | 1943-06-07 | 1946-12-31 | Walter Basil Heaton | Improvements in or relating to the prevention of "knock" in internal combustion engines |
GB690805A (en) * | 1949-03-17 | 1953-04-29 | Eugene Jules Houdry | Improvements relating to piston engines operated by catalytic oxidation of fuel |
GB731889A (en) * | 1953-06-19 | 1955-06-15 | Eugene Jules Houdry | Means for improving the combustion efficency of reciprocating internal combustion engines |
US2926649A (en) * | 1954-10-11 | 1960-03-01 | Hicks J Byron | Internal combustion engines |
GB901981A (en) * | 1958-07-01 | 1962-07-25 | Rover Co Ltd | Internal combustion engines of the liquid fuel injection compression ignition type |
BE588969A (de) * | 1959-03-26 | |||
JPS507910A (de) * | 1973-05-29 | 1975-01-27 | ||
GB1578027A (en) | 1976-06-10 | 1980-10-29 | Ricardo Consulting Engs Ltd | Ic engines having catalytic ignition |
JPS5322906A (en) * | 1976-08-16 | 1978-03-02 | Hiroshi Kurosawa | Combustion chamber of internal combustion engine |
DE2648034A1 (de) * | 1976-10-23 | 1978-04-27 | Schmidt Gmbh Karl | Brennkraftmaschine |
-
1981
- 1981-06-05 JP JP56085679A patent/JPS57200615A/ja active Granted
-
1982
- 1982-05-28 US US06/382,944 patent/US4577611A/en not_active Expired - Lifetime
- 1982-05-28 GB GB8215677A patent/GB2099919B/en not_active Expired
- 1982-06-04 DE DE3221083A patent/DE3221083A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10025754A1 (de) * | 2000-05-25 | 2001-11-29 | Bruno Lindl | Vorrichtung zur Zündung der Verbrennungsvorgänge im Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere beim Kaltstart und Warmlauf einer Dieselmaschine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2099919B (en) | 1984-08-01 |
US4577611A (en) | 1986-03-25 |
DE3221083A1 (de) | 1982-12-23 |
JPS57200615A (en) | 1982-12-08 |
JPH0364687B2 (de) | 1991-10-08 |
GB2099919A (en) | 1982-12-15 |
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