DE4332933A1

DE4332933A1 - Vorrichtung zur Additivierung flüssiger Kraftstoffe im Kraftstoffstrom

Info

Publication number: DE4332933A1
Application number: DE4332933A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Thuenker; Gabriele Dr Lohmann; Arnim Marschewski
Original assignee: Chemische Betriebe Pluto 44649 Herne De GmbH; PLUTO CHEM BETRIEBE
Current assignee: Innospec Deutschland GmbH
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2013-09-29
Also published as: US5573557A; DE4332933C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur direkten Additivierung von flüssigen Kraft stoffen mit Feststoffen, die im Kraftstoff löslich sind, sowie ein entsprechendes Ver fahren.

Die Vorteile der Kraftstoffadditivierung, insbesondere eine Verbesserung bzw. In tensivierung der Verbrennung des Kraftstoffes, sind dem Fachmann seit längerem bekannt. Dies gilt sowohl für mit flüssigen Kraftstoffen betriebene Feuerungsanlagen als auch für Verbrennungsmotoren z. B. in Kraftfahrzeugen.

Ein sehr effektives und toxikologisch unbedenkliches Feststoffadditiv ist Ferrocen (vgl. DE 25 02 307). Weitere Vorteile von Ferrocen enthaltenden Kraftstoffen, insbe sondere eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasverschmutzung sowie Entfernung bzw. Herabsetzung von kohlenstoffhaltigen Ablagerungen sind auch in der GB 1 477 806, US 4 389 220, DE 38 01 947 und in der DE 37 15 473 beschrieben worden.

In den beiden letztgenannten Druckschriften wird vorgeschlagen, das Additiv (Ferrocen) dem Kraftstoff in der entsprechenden Konzentration der dort empfohle nen Mengen unter Vermischen direkt zuzusetzen oder ein Konzentrat von gelöstem Ferrocen herzustellen und von diesem dann die erforderliche Volumenmenge dem Kraftstoff zur Einstellung der gewünschten Ferrocen-Konzentration zuzusetzen.

In der EP 0 334 248 wird eine Additivierung des Motorschmieröls für Dieselmotoren mit Ferrocen als eine vorteilhafte Alternative zur Additivierung des Dieselkraftstoffes oder zu einer zusätzlichen Dosiereinrichtung vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine Feststoffadditivierung von Kraftstoffen möglich ist, so daß das Feststoffadditiv jedem beliebigen Kraftstoff nicht schon bei dessen Herstellung bzw. Auslieferung und auch nicht bei dessen letzter Bevorratung, son dern erst unmittelbar in der Zuleitung zur Brennkammer bzw. zum Motor zugegeben werden kann. Außerdem soll ein zugehöriges Verfahren zur direkten Feststoffadditi vierung von flüssigen Kraftstoffen zur Verfügung gestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur direkten Additivierung von flüssigen Kraftstoffen mit Feststoffen, die im Kraftstoff löslich sind, gekennzeichnet durch einen mit dem Feststoff zumindestens teilweise gefüllten Hohlkörper, dessen Längsachse sich in einem Winkel α von 130 bis 170°, insbe sondere von 135 bis 165° zum anströmenden Kraftstoff befindet und dessen unte res vom anströmenden Kraftstoff umspültes Ende mindestens eine Öffnung aufweist, durch die der Kraftstoff in den Hohlkörper ein- und austreten kann.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es möglich, den Kraftstoff beim Durchströmen der Zuleitung zur Brennkammer bzw. zum Motor zu additivieren und dadurch die ein gangs erwähnten Vorteile in bezug auf eine Verbrauchsreduzierung, intensivere Verbrennung und Schadstoffminderung zu erzielen. Ein wesentlicher Vorteil ist die einfache Handhabung für den Anwender, da sich für ihn mit Ausnahme des gele gentlichen Nachfüllens von Feststoff nichts an der sonstigen Handhabung seiner Anlage bzw. seines Motors ändert.

Vorzugsweise ist der Hohlkörper rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse ausge bildet. Das untere Ende eines solchen zylindrischen Körpers kann plan geformt sein. Dieser plane Abschluß des Zylinders weist zumindest eine Öffnung auf, durch die der Kraftstoff ein- und austreten kann. Dieser Abschluß kann z. B. in Form eines Deckels mit Schraubverschluß auswechselbar am unteren Ende des Zylinders be festigt sein. Bei Bedarf könnte hier zwischen unterschiedlichen Deckeln mit unter schiedlicher Anzahl von Öffnungen und unterschiedlicher Größe der Öffnungen ent sprechend dem vorgegebenen Additivierungsproblem ausgewählt werden. Das unte re Ende des Hohlkörpers kann aber auch kugelsegmentartig bis halbkugelartig ge formt sein. Auch diese Ausführungsform kann bezüglich der Auswechselbarkeit und der Öffnungen genauso gestaltet sein, wie zu der planen Ausführungsform ausge führt. Die Anzahl und Größe der Öffnungen ist u. a. abhängig von der Art des Kraft stoffes und des Feststoffes, der Temperatur und der gewünschten Additivkonzen tration und läßt sich im Zweifelsfall durch einfache Versuche bestimmen. Üblicher weise sind die Öffnungen kreisförmig (Bohrungen). Sie sollten kleiner als die einge füllten Festkörperpartikel sein. Es kann auch bevorzugt sein, diese Öffnungen zu sätzlich mit einem engmaschigen Netz, Sieb oder Gitter zu versehen, damit keine größeren Feststoffpartikel aus dem Hohlkörper ausgespült werden können. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Feststoff in Form von Pillen ausgebildet ist. Zum einen ist dadurch ein erneutes Befüllen des Hohlkörpers einfacher zu handha ben, zum anderen ist durch diese Form des Feststoffes gewährleistet, daß genü gend große Zwischenräume vorhanden sind, die im unteren Bereich des Hohlkör pers durch den einströmenden Kraftstoff ausgefüllt werden können. Vorzugsweise werden Pillen verwendet, die einen Durchmesser von 1 bis 10 mm, insbesondere von 4 bis 6 mm aufweisen. Auch andere Formen des Feststoffs, wie Tabletten oder Stäbchen können geeignet sein. Üblicherweise handelt es sich dabei um soge nannte Preßkörper.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist Ferrocen ein besonders wirksames Additiv. Die der vorstehend beschriebenen Erfindung gemäße Vorrichtung ist auch besonders für den Einsatz von Ferrocen geeignet. Dies gilt insbesondere, wenn das Ferrocen, wie ebenfalls vorstehend beschrieben, in Form von kugelförmigen Pillen vorliegt, die vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 5 mm aufweisen. Entsprechend dem Durchmesser der Pillen liegt der Durchmesser der Öffnungen ebenfalls im Bereich von 1 bis 10 mm. Ein Bereich von 3 bis 6 mm ist bevorzugt.

Vorzugsweise ist der Hohlkörper wiederholt mit Feststoff zu befüllen. Hierzu kann zweckmäßigerweise das obere Ende des Hohlkörpers zu öffnen und wieder zu ver schließen sein. Dies kann z. B. durch einen Schraubverschlußdeckel geschehen.

Das Ende der Kraftstoffleitung mit der der Kraftstoff an das untere Ende des Hohl körpers herangeführt wird, besitzt von diesem einen Abstand, der abhängig ist von der Ausströmgeschwindigkeit des Kraftstoffes bzw. vom Druck. Jedoch muß dabei sichergestellt sein, daß die Kraftstoffleitung so weit an den Hohlkörper herangeführt wird, daß dessen unteres Ende vom anströmenden Kraftstoff umspült wird. Im Zweifelsfall kann dies durch einfaches Ausprobieren erfolgen. Üblicherweise beträgt der Abstand wenige Millimeter. Der das untere Ende des Hohlkörpers umspülende Kraftstoff tropft bzw. fließt üblicherweise frei vom unteren Ende des Hohlkörpers ab, wird gesammelt und durch eine Leitung weiter in Richtung Motor oder Brennkammer geführt.

Üblicherweise ist die Kraftstoffleitung ebenfalls ein zylindrisch geformter Körper. Der Winkel α wird gebildet durch die Mittelachse des mit Feststoff gefüllten Hohlkörpers und der des Kraftstoffstroms bzw. der Kraftstoffleitung (vgl. Fig. 1). Vorzugsweise beträgt dieser Winkel etwa 150°. Bevorzugt schneiden sich die beiden genannten Mittelachsen, die den Winkel α bilden, genau am unteren Ende des gefüllten Hohl körpers. Hier ist auch bevorzugt eine Öffnung zentrisch zur Mittelachse des gefüllten Hohlkörpers angebracht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt integraler Bestandteil eines Kraft stoff-Leitungssystems und befindet sich in der Regel zwischen Tank und Brenn kammer bzw. Motor. Das System ist vorzugsweise geschlossen, so daß kein Kraft stoff bzw. keine Kraftstoffdämpfe nach außen dringen können. Ein solcher Abschluß kann durch ein umgebendes Gehäuse (6) erfolgen. Dabei ist die Form des Gehäu ses von untergeordneter Bedeutung. Vorzugsweise ist das Gehäuse so konstruiert, daß es gleichzeitig als Halterung für den Hohlkörper (1) und die Kraftstoffleitung (4) dient, und damit auch der Winkel a fest eingestellt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren einsetzen. Ein be vorzugtes Anwendungsgebiet sind aber auch stationäre Motoren, wie sie z. B. zum Betreiben von Kompressoren oder Stromgeneratoren benutzt werden. Bei einem PKW hätte eine erfindungsgemäße Vorrichtung etwa folgende Abmessungen:
Innendurchmesser der Kraftstoffleitung: 4 bis 8 mm
Innendurchmesser des Hohlkörpers (1): 20 bis 30 mm.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur direkten Additivierung von flüs sigen Kraftstoffen mit Feststoffen, die im Kraftstoff löslich sind, dadurch gekenn zeichnet, daß ein mit mindestens einer Öffnung versehenes Ende eines zumindest teilweise mit Feststoff gefüllten Hohlkörpers mit anströmendem Kraftstoff umspült wird. Bevorzugt wird in diesem Verfahren die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer der beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt.

Fig. 1 zeigt die skizzenhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ei ner möglichen Ausführungsform. Über eine Kraftstoffleitung (4) wird ein Kraftstoff strom (2) an das untere Ende des Hohlkörpers (1) herangeführt. Die Mittelachse des Hohlkörpers und der Kraftstoffleitung bzw. des Kraftstoffstroms bilden einen Winkel von etwa 140°. Im Kreuzungspunkt der beiden Mittelachsen ist am unteren Ende des Hohlkörpers eine Öffnung (3) vorhanden. In dem Hohlkörper befindet sich der Feststoff. Der Kraftstoff umspült das untere Ende des Hohlkörpers und tritt durch die Öffnung in diesen ein und aus. Der austretende additivierte Kraftstoff wird aufgefan gen und durch eine Sammelleitung (5) in Richtung Brennkammer oder Motor gelei tet. Diese Sammelleitung ist vorzugsweise nach unten gerichtet, könnte aber auch z. B. zur Seite wegführen. Das Gehäuse (6) schließt die Vorrichtung in bezug auf den Kraftstoff bzw. Kraftstoffdämpfe hermetisch von der Umgebung ab.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1, allerdings mit einer zur linken Seite wegführenden Sammelleitung und einem halbkugelartig geformten unteren Ende des Hohlkörpers (1). Die Anordnung kann auch zweckmäßigerweise leicht zur linken Seite geneigt sein, damit der additivierte Kraftstoff besser ablaufen kann.

Das Wesen der Erfindung soll im folgenden durch einige Beispiele näher erläutert werden. Es wurde ein Versuchsaufbau verwendet, der im wesentlichen der Vorrich tung in Fig. 1 entspricht. Dabei wurde ein Kraftstoffvorrat an handelsüblichem Die selkraftstoff mit einem Volumenstrom von 10 l/h durch diese Vorrichtung gefördert. Diese besteht aus einem zylindrischem Hohlkörper (Einsatzstab) mit einem Innen durchmesser von 22 mm und einer zentrischen Bohrung am unteren Ende, der mit Ferrrocenpillen gefüllt ist sowie den Kraftstoffzu- und -abläufen und dem umgeben den Gehäuse. Der Innendurchmesser des Kraftstoffzulaufs beträgt 4,5 mm und der geringste Abstand zwischen Einsatzstab und Kraftstoffzulauf (4)1,5 mm. Die gelöste Ferrocen-Menge wurde durch Zurückwägen in zeitlichen Abständen bestimmt. Der Einsatzstab wurde mit verschiedenen geometrisch geformten (halbkugelartig und plan) Enden eingesetzt. Auch wurde die Größe der Bohrungen variiert (3, 4 und 6 mm Durchmesser). Jeder Versuch wurde über 500 Stunden betrieben. Als Feststoff wurden Ferrocen-Pillen mit 5 mm Durchmesser eingesetzt. Bei Öffnungen mit 4 und 6 mm Durchmesser wurden die Versuche abgebrochen, da eine zu große Streuung der Ergebnisse und keine Reproduzierbarkeit erreicht wurde. Dies ist dadurch zu erklären, daß die Pillen sich nicht zum größten Teil im Einsatzstab auflösen, sondern aus diesem ausgespült werden. Bei den verschiedenen eingestellten Winkeln wurde ein Maximum der Additivierungsrate bei etwa 150° erreicht. Die größte Linearität und Reproduzierbarkeit wurde mit einem halbkugelartigen Ende des Einsatzstabes erreicht. Die Ergebnisse der Versuche sind in den nachfolgenden Tabellen dargestellt. Die Güte der Additivierung wurde anhand der Linearität des Graphen Zeit vs gelöste Additivmenge mit Hilfe der linearen Regression bestimmt. Die Linearität ist um so besser, je näher der angegebene Regressionskoeffizient dem Wert 1 kommt.

Unteres Ende des Hohlkörpers: plan; zentrische Bohrung: 3 mm; Winkel α: 165°

Unteres Ende des Hohlkörpers: plan; zentrische Bohrung: 3 mm; Winkel α: 150°

Unteres Ende des Hohlkörpers: plan; zentrische Bohrung: 3 mm; Winkel α: 135°

Unteres Ende des Hohlkörpers: halbkugelartig; zentrische Bohrung: 3 mm; Winkel α: 165°

Unteres Ende des Hohlkörpers: halbkugelartig; zentrische Bohrung: 3 mm; Winkel α: 150°

Unteres Ende des Hohlkörpers: halbkugelartig; zentrische Bohrung: 3 mm; Winkel α: 135°

Claims

1. Vorrichtung zur direkten Additivierung von flüssigen Kraftstoffen mit Feststof fen, die im Kraftstoff löslich sind, gekennzeichnet durch einen mit dem Fest stoff zumindestens teilweise gefüllten Hohlkörper (1), dessen Längsachse sich in einem Winkel α von 130 bis 170°, insbesondere von 135 bis 165° zum anströmenden Kraftstoff (2) befindet und dessen unteres vom anströ menden Kraftstoff umspültes Ende mindestens eine Öffnung (3) aufweist, durch die Kraftstoff in den Hohlkörper ein- und austreten kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das un tere Ende des Hohlkörpers plan geformt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das un tere Ende des Hohlkörpers kugelsegmentartig bis halbkugelartig geformt ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen kleiner sind als die eingefüllten Festkör perpartikel.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper am oberen Ende zum Zwecke des Nachfüllens von Feststoff zu öffnen und wieder zu verschließen ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kraftstoffleitungssystem integriert ist.

8. Verfahren zur direkten Additivierung von flüssigen Kraftstoffen mit Feststof fen, die im Kraftstoff löslich sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit min destens einer Öffnung versehenes Ende eines zumindest teilweise mit Fest stoff gefüllten Hohlkörpers mit anströmenden Kraftstoff umspült wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7.