DE4332933A1 - Vorrichtung zur Additivierung flüssiger Kraftstoffe im Kraftstoffstrom - Google Patents
Vorrichtung zur Additivierung flüssiger Kraftstoffe im KraftstoffstromInfo
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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.
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.
Claims (9)
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.
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