DD292952A5 - Verfahren zur optimierung der verbrennung von kraftstoffen bei minimaler co-emissionen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Verbrennung von Kraftstoffen bei minimaler CO-Emission durch vorherige Einfuehrung eines Wasser und/oder Alkohol enthaltenden Fluessigkeitsnebels in das Luft-Kraftstoff-Gemisch und Erzeugung eines homogenen Fluessigkeit-Kraftstoff-Gemisches. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens. Um erhebliche Benzinmengen einzusparen sowie die Kohlenmonoxidemission zu verringern, wird vorgeschlagen, dem Luft-Kraftstoff-Gemisch eine nebelartige Fluessigkeit in einem turbulenten Stroemungsfeld beizugeben, um moeglichst kleinvolumige Kraftstofftroepfchen zu erhalten bzw. deren Existenz bis zur Verbrennung aufrechtzuerhalten. Dies geschieht mittels eines Fluessigkeitszerstaeubers, der dosiert Fluessigkeitstroepfchen in eine Zerstaeuber-Wirbelkammer abgibt, wo diese auf einen Kraftstoff- bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch treffen. Der Fluessigkeitsnebel wird entweder zum groeszten Teil aus destilliertem Wasser, dem eine schwache organische Saeure in geringer Konzentration beigemengt ist, und Alkohol oder aus einem Gemisch von gleichen Teilen von Wasser, Methanol und geringen Mengen Glyzerin einerseits und einem Methanol-OEl-Gemisch andererseits besteht.{Verbrennung Kraftstoffe; CO-Emission minimal; Benzin, eingespart; Vorrichtung; Fluessigkeitsnebel wasser-, alkoholhaltig in Luft-Kraftstoff-Gemisch eingefuehrt}

Description

Hierzu 8 Seiten Zeichnungen

Anwendungen 'biet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Verbrennung von Kraftstoffen bei minimaler CO-Emission durch vorherige Einführung eines Wasser und/oder Alkohol enthaltenden Flüssigkeitsnebels in das Luft-Kraftstoff-Gemisch und Erzeugung eines homogenen Flüssigkeits-Kraftstoff-Gemisches. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die hier in Rede stehenden verwendeten flüssigen Kraftstoffe beruhen auf Erdölbasis, wobei Otto-Motoren leicht siedende und relativ zündunwillige, Dieselmotoren hingegen relativ zündwillige Kraftstoffe erfordern.

Bei der Gemischbildung und Verbrennung im Otto-Motor werden „gasförmige" Kraftstoffe meist in einer Mischkammer kurz vor Eintritt in den Zylinder mit der Luft gemischt, flüssige Kraftstoffe in einer inkorrekt mit Vergaser bezeichneten Zerstäubungseinrichtung. Bei Einsprit7-Otto-Motoren wird flüssiger Kraftstoff nahe dem Einlaßventil in das Ansaugrohr gespritzt, seltener unmittelbar in den Zylinder. Zum Zündzeitpunkt ist der Kraftstoff verdampft und bildet mit der Luft ein möglichst homogenes Gemisch mit einem sich nur in engen Grenzen ändernden Mischungsverhältnis als Voraussetzung für die Zündung und Verbrennung. Die Verbrennung breitet sich aus, wenn die freiwerdende Energie genügt, um benachbarte zündfähige Gemischteile zur Reaktion zu bringen, wobei bei normaler Verbrennung die Flammenausbreitung ohne sprunghafte Geschwindigkeitsänderungen erfolgt, so daß sich die Flammenfront nahezu kugelförmig von der Zündkerze aus fortpflanzt. Die Flammenfrontgeschwindigkeit besteht aus der Brenngeschwindigkeit relativ zum unverbrannten Gemisch vermehrt um die Geschwindigkeit, mit der die Flammenfront durch Eigenbewegung des Gasgemisches transportiert wird. Bekannt ist, daß die durch den Einlaßvorgang und die Brennraumgeometrie des Motors beeinflußbare Transportgeschwindigkeit beeinflußbar ist, wobei hohe Turbulenz der Strömung den Mischungsvorgang begünstigt, während gerichtete Strömungen die Bildung eines homogenen Gemisches behindern. Als Störungen der Verbrennung sind das sogenannte Zündungsklopfen sowie die Oberflächenzündung (Frühzündung oder Nachzündung) bekannt. Beim Zündungsklopfen entzündet sich ein Teil des von der Flammenfront noch nicht erfaßten Gemisches von selbst und verbrennt so heftig, daß Druckwellen hoher Frequenz entstehen, die Klopf- und Klingelgeräusche sowie thermische und mechanische Überbeanspruchung von Bauteilen, wie Kolben und Lager, verursachen. Bei der Oberflächenzündung erfolgt die initiierte Wärmezufuhr an das Gemisch unabhängig vom Zündzeitpunkt durch heiße Stellen der Brennraumoberfläche, z. B. durch glühende Ölkohlebeläge, vorstehende Dichtungskanten oder Zündkerzen zu niedrigen Wärmewertes.

Beim Dieselmotor wird der Kraftstoff erst kurz vor dem oberen Totpunkt durch eine Düse in die hochverdichtete heiße Luft eingespritzt, wobei sich der Strahl in einzelne Kraftstofftröpfchen unterschiedlicher Größe und Durchschlagkraft aufteilt und ein heterogenes Gemisch entsteht. Die Selbstzündung setzt ein entsprechend hohes Verdichtungsverhältnis voraus, dessen unterer Grenzwert mit dem Kolbendurchmesser abnimmt. Die Verbrennung setzt bei einzelnen Brennstofftröpfchen ein, indem durch Wärmeaufnahme aus der umgebenden heißen Luft Sieden und Verdampfen eintritt. Durch geeignete Diffusion von Kraftstoffdampf und Luft entsteht um den noch flüssigen Kraftstoffrest eine Mischungszone unterschiedlicher Konzentration entsprechend einem von Null (Tropfenoberfläche) auf unendlich zunehmendem Luftverhältnis. Nachteilig bei Dieselmotoren ist die bekannte Rußbildung. Entsprechend dem Siedeverhalten des Kraftstoffes verbrennen zuerst die Moleküle mit hohem Wasserstoffen teil, während schwersiedende Anteile zum Teil Crackreaktionen unterliegen, wobei schwer entzündbare Moleküle aus nahezu reinem Kohlenstoff entstehen und bei niedrigen Verbrennungstemperaturen Im Abgas als unverbrannter Ruß verbleiben. Er verursacht auch die starke leuchtende Gelbfärbung einer Diffusionsflamme, wogegen vorgemischte Flammen von blauer Farbe sind (Otto-Motor).

Insbesondere in den Abgasen von Otto-Motoren bildet das Kohlenmonoxid, das infolge unzureichender Verbrennung entsteht, einen hohen Schadstoffanteil. Es ist bekannt, daß Kohlenmonoxid vor allem im Luftmangelgebiet durch unvollkommene Verbrennung entsteht, wobei der Reaktionsablauf weitgehend der Wassergasreaktion folgt. Da das wirkliche Kraftstoff-Luft-

Gemisch nicht völlig homogen ist, tritt demnach auch bei Luftüberschuß noch CO auf, Aus diesem Grunde sind die Versuche zur Schadstoffreduzierung durch entsprechende Änderung der Brennraumgestaltung zur verbesserten Verwirbelung der Verbrennung nur bedingt erfolgreich. Der Versuch, die Motoren im sogenannten Magerbetrieb arbeiten zu lassen, erfordert eine kontrolliert«), energiereiche Zündung und ein Ausspülen der Restgase bei möglichst hoher Wandtemperatur der Brennkammer. Zum Teil wirken sich die getroffenen Maßnahmen jedoch leistungsmindernd bei den Motoren aus. Zum Teil zeigen sie nur unzureichende Wirkungen.

Nicht zuletzt der Gesetzgeber hat daher das Hauptforschungsinteresse auf eine Abgasverminderung durch Verwendung von Katalysatoren gerichtet. Der Katalysator benötigt wabenartige Oberflächen mit einer Platin-, Radium- und Palladiumbeschichtung, auf der das endgültige Verbrennen von Kohlenwasserstoffverbindungen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) sowie die Reduzierung von NO_x in freien Stickstoff abläuft. Beim sogenannten Dreiwege-Katalysator wird ein geschlossener Regelkreis für die Kraftstoffzufuhr gefordert (O₂-Messung als Regelgröße mittels der sogenannten „Lambda'-Sonde). Nachteiligerweise erlauben die Katalysatoren jedoch nicht die Verwendung von bleihaltigem Benzin, da dieses die wirksame Katalysatoroberfläche angreift. Darüber hinaus erfordern Katalysatoren hohe Verbrennungstemperaturen von 600 bis zu 800°C. Ein nicht unwesentlicher Nachteil ist der erhöhte Kraftstoffverbrauch sowie die Forderung nach Motorkonzeptionen, dip mit bleifreiem Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl batrieben werden können. Bei Dieselmotoren ist der beschriebene Katalysator praktisch wirkungslos, da er den Ruß nicht oder nur unzureichend verbrennt. Auch bestehen Bedenken hinsichtlich der Platin-Absonderungen an die Umwelt. Es ist zwar bereits bekannt, dem Benzin unmittelbar sogenannte Additive beizugeben, die jedoch vornehmlich-falls sie überhaupt Wirkung zeigen-die Schmierfähigkeit im Motorraum erhöhen sollen. In bezug auf eine Schadstoffemissionsreduzierung sind die bisher vorgeschlagenen Additive praktisch wirkungslos. In der US-PS 3767172 wird ferner vorgeschlagen, dem Kraftstoff eine Zusatzmischung beizugeben, die aus 2,5 Teilen Wasser und einem Teil Methylalkohol besteht. Hierbei soll der Alkohol eine kühlende Wirkung entfalten, die ein Zündzeitpunkttiming erlaube.

Ziel der Erfindung

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden in Verbrennungsmotoren erhebliche Benzinmengen eingespart sowie die Kohlenmonoxidemission verringert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung tier eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Verbrennung dahingehend optimiert wird, daß der Kraftstoffverbrauch gesenkt und der Schadstoffausstoß (insbesondere CO-Emission) erheblich vermindert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, dessen erfindungswesentlicher Grundgedanke es ist, eine vollständige Verbrennung dadurch zu bewirken, daß der Kraftstoff vor Einleitung in den Brennraum derart „zerstäubt" wird, daß während der Verbrennungszeit nicht nur eine vollständige Oxydation der Kohlenstoff-Wasserstoffteilchen im Bereich der Tröpfchenoberfläche abläuft, sondern aller Kohlenstoff-Wasserstoffmoleküle in einem Tröpfchen. Mit anderen Worten, durch Feinstzerteilung der Kraftstoffpartikel wird die zur Verbrennung angebotene Oberflache vergrößert. Hierzu wird ein Flüssigkeitsnebel auf ein Luft-Kraftstoff-Gemisch oder ein mit Luft vermengter Flüssigkeitsnebel auf einen Kraftstoffstrom derart gelenkt, daß dieser die Benzintröpfchen in Feinsttröpfchen zerteilt. Bei dieser Zerteilung entstehen in nicht unerheblichem Maße positiv oder negativ geladene Benzintröpfchen, die sich normalerweise wiedervereinigen würden. Diese Wiedervereinigung (Rekombination) wird dadurch verhindert, daß die neutralen Flüssigkeitsteilchen die Benzin-Kleinsttröpfchen in einem Gemisch umlagern und somit ihre Feinheit aufrechterhalten.

Durch die vollständigere Verbrennung wird der angebotene Kraftstoff hinsichtlich seines Energiegehaltes auch mit der Folge vollständig ausgenutzt, daß die Benzineinsparung beim Betrieb eines Otto-Motors bis zu 25%, teilweise auch 30 % erreicht wird. Mit dieser vollständigen Verbrennung geht die Minderung der CO-Emission einher, in praktischen Versuchen konnten CO-Restgehalte im Abgas unter 0,05% gemessen werden, die erheblich unter den bisher mittels anderer Techniken erreichbaren Werten liegen

Die Flüssigkeit bzw. ein Flüssigkeitsgemisch weist mindestens eine der folgenden Eigenschaften auf:

- spezifisch schwerer als der Kraftstoff, um ihn zerstäuben zu können,

- eine hohe Klopffestigkeit, damit die Flüssigkeit die Verbrennung im Brennraum nicht verschlechtert,

- die Flüssigkeit sollte in der Lage sein, die Verbrennungszeit zu verlängern bzw. die Verbrennungs-(Detonation)geschwindigkeit zu hemmen, um die Kohlenwasserstoffe in jedem Benzintröpfchen vollständig verbrennen zu können.

Insbesondere besteht der Flüssigkeitsnebel entweder zum größten Teil aus destilliertem Wasser, dem eine schwache organische Säure in einer auf das destillierte Wasser bezogenen Konzentration zwischen 1/500 bis 1/200, vorzugsweise 1/300, beigemengt ist und Alkohol, wobei dieser Flüssigkeitsnebel in einer auf den Kraftstoff bezogenen Menge im Verhältnis von 1 bis 2,5:100 dem Kraftstoff zugegeben wird. Das Wasser schützt den Alkohol vor frühzeitigem ggf. explosivem Verbrennen. Die zugegebene schwache organische Säure besitzt eine reinigende Wirkung. Dazu kommt, daß die genannte Mischung eine hohe ' Neutralisationsfähigkeit aufweist, welche die Zusammenballung (Adhäsion) kleiner Benzinteilchen zu größeren verhindert, ferner besitzt die Mischung gute Antiklopffähigkeiten, was insbesondere die Verwendung unverbleiten Benzins in hochverdichteten Motoren gestattet und für eine bessere gleichmäßigere Verteilung der Zündflamme im gesamten Brennraum sorgt. Die Flüssigkeit ist weiterhin chemisch nicht aggresiv. Dennoch wird die Verbrennung ohne scharfen Peak energiereicher, da alle Partikel verbrannt werden, schließlich senkt der Alkohol den Gefrierpunkt des Gemisches erheblich und hat ebenso wie die organische Säure gute Verbrennungseigenschaften. Dabei wirkt sich die gute Brennbarkeit der Alkohole aus, die auch eine sonst zu befürchtende Abmagerung des Benzingemisches verhindert, welche die Gefahr einer unzureichenden Verbrennung vermeidet.

Vorzugsweise enthält die Flüssigkeit auf zwei Volumenteile destilliertes Wasser einen Volumenteil Alkohol, vorzugsweise

gliederkettige Alkohole, davon insbesondere Methanol und/oder Ethanol, was ebenso wie Wasser langsamer als Benzinverbrennt und eine Rußbildung im Zylinder verhindert.

Altornativ hierzu ist es zur Lösung der gestellten Aufgabe ebenso möglich, dem Kraftstoff ein Gemisch von etwa gleichen Anteilen von Wasser und Methanol mit geringen Glyzerinmengen einerseits und einem Methanol-Öl-Gemisch andererseits im Verhältnis 200 bis 400g, vorzugsweise 300g Öl auf 5 Liter Methanol zuzugeben. Hierbei soll das Verhältnis von Wasser zu dem zu

verbrennenden Kraftstoff wie auch das Verhältnis des Wasser-Methanol-Gemisches etwa 2,5l:2l:200-300g betragen.

Aus verfahrenstechnischen Gründen müseen das Wasser-Methanol-Glyzerin-Gemisch einerseits und das Methanol-Ölgemisch

andererseits getrennt in den Luft-Kraftstoff-Strom eingegeben werden, und zwar dergestalt, daß in einer ersten Stufe ein Nebel aus Wasser, Methanol und Glyzerin dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zugegeben wird und dio hieraus resultierende Mischung in

einer zweiten Stufe mit einem Methanol-Öl-Gemisch versetzt wird. Hierzu wird hochtemperaturfestes synthetisches Öl verwendet, was eine schmierende Wirkung hat und im übrigen zur Reinigung der Verbrennungskammer beiträgt. Vorzugsweise sollte die Flüssigkeit einen niedrigen Gefrierpunkt haben, je nach Einsatzort auch unter -25⁰C, damit sie auch im Winterbetrieb verwendbar ist und nicht einfriert.

Durch die genannten Maßnahmen wird die Ablagerung noch nicht vollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe im Brennraum sowie der Ausstoß in den Abgasbereich (Auspuff) im wesentlichen verhindert. Was die Verminderung der Ablagerungen im Brennraum betrifft, so führt diese zusätzlich zu einer erheblichen Reibungsminderung bei der Kolbenbewegung; die Schmierfähigkeit des Öls wird länger erhalten, da das Öl nicht durch unverbrannte Schadstoffe belastet wird. Als Nebeneffekt stellt sich somit der weitere Vorteil ein, daß die Ölwechselintervalle erheblich verlängert werden können. Bei den bisher gebräuchlichen Otto-Motoren führt der Ausstoß unverbrannter Kohlenwasserstoffe und deren Ablagerung im Auspuffbereich auch dazu, daß diese den Gasausstoß behindern. Darüber hinaus sammelt sich zwischen den Vertrustungen leicht Wasser an, was normalerweise zu einem frühzeitigen Durchrosten der Auspufftöpfe führt. Eine Vermeidung der Ablagerungen verlängert somit die Lebensdauer von Auspufftöpfen und Auspuffrohren nicht unerheblich.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht die mit organischer Säure versetzte Flüssigkeit zum größten Teil aus destilliertem Wasser. Versuche mit nichtdestilliertem Wasser haben ergeben, daß die darin enthaltenen Verunreinigungen einen schädigenden Einfluß im Verbrennungsmotor haben, der deren Lebensdauer nicht unerheblich vermindert, während reines (neutrales) Wasser die vollständige Verbrennung der Kohlenwasserstoffe fördert. Zur Erzeugung des Flüssigkoitsnebels wird die Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter dosiert in die genannte Zerstäuberkammer gegeben, in der ein etwa stets gleichmäßiger Flüssigkeitsstand besteht.

Vr .wendet man das mit einer organischen Säure versetzte destillierte Wasser, vermengt mit Alkohol, wird vorzugsweise die Flüssigkeit aus einem einzigen Vorratsbehälter dosiert in eine Zerstäuberkammer abgegeben, in der in etwa ein stets gleichmäßiger Flüssigkeitsstand besteht, wobei in der Flüssigkeit ein poröser Formkörper liegt, durch den über den geringen Druck oberhalb des Flüssigkeitsspiegels Luft von außen angesaugt wird, die die in dem Formkörper befindliche Flüssigkeit aus der übrigen Flüssigkeit feinsttropfenförmig {nebelartig) herauspreßt, und anschließend die Feinsttröpfchen (der Nebel) über ein Regelventil dem Luft-Kraftstoff-Gemisch bzw. dem Kraftstoff beigemengt werden.

Verwendet man einerseits ein Gemisch aus destilliertem Wasser, Methanol und Glyzerin und das Öl-Methanolgemisch andererseits, so wird dies in verschiedenen Vorratsbehältern dosiert in jeweilige Zerstäuberkammern abgegeben. Hierbei wird in dem mit Wasser versehenen Vorratsbehälter ein poröser Formkörper und in dem mit dem Alkohol-Ölgemisch versehener Vorratsbehälter ein mit einem engmaschigen Metallgitter ummantelter Kunststoffkörper mit feineren Kanälen bzw. Austrittsöffnungen verwendet. Aus den jeweils als Zerstäuber dienenden Körpern wird über den geringen Druck oberhalb des Flüssigkeitsspiegels Luft von außen angesaugt, die die in dem Formkörper bzw. dem Kunststoff körper befindliche Flüssigkeit aus der jeweils übrigen Flüssigkeit feinsttröpfchenförmig (nebelartig) herauspreßt. Anschließend wird der Nebel jeweils über ein zugeordnetes Regelventil dem Luft-Kraftstoff-Gemisch bzw. dem Kraftstoff in verschiedenen Stufen beigemengt. Das über dem Flüssigkeitsspiegel bestehende (Fast-)Vakuum übt eine Sogwirkung aus, wobei die den Formkörper oder den Kunststoffkörper bzw. deren feinen Kanälo verlassenden Flüssigkeitströpfchen reibungsbedingt feinstzerteilt werden. Die auf die Flüssigkeit ausgeübte Preßwirkung kann bei Benzin-Einspritzmotoren dadurch erhöht werden, daß der Formkörper zusätzlich über eine regelbare Pumpe mit einem Druck beaufschlagt wird. Die angesaugte Luft reißt dann die Flüssigkeitströpfchen mit in den über dem Flüssigkeitsspiegel bestehenden Unterdruckraum. Hierbei bleiben die Flüssigkeitströpfchen elektrisch neutral. Um schädliche Polarisierungseinflüsse zu vermeiden, die durch etwa in der Außenluft vorhandene Ladungsträger eingeschleust werden, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die angesaugte Luft vorher entladen (neutralisiert) wird. Es versteht sich von selbst, daß die angesaugte Luftmenge jeweils bei der Beimengung der übrigen Luft zu dem Kraftstoff berücksichtigt werden muß. Ferner und nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Luftfeuchtigkeit der Außenumgebung dadurch berücksichtigt, daß eine Membran die Luftzufuhr bei höherer Luftfeuchtigkeit mindert. Diese Minderung ist deshalb vonnöten, weil ansonsten eine zu große Wassermenge in den Verbrennungsraum geleitet werden würde und dort zu einer Abmagerung des Kraftstoff-Gemisches führte.

Vorzugsweise wird die Flüssigkeitsdosierung in die Zerstäuberkammer (Verdampferkammer) durch einen Schwimmer elektromagnetisch gesteuert. Dieser Schwimmer hat in erster Linie die Aufgabe, den Flüssigkeitspegel in der Zerstäuberkammer zu regeln, d. h., für einen im wesentlichen gleichbleibenden Flüssigkeitspegel zu soi gen. Des weiteren sorgt er bei Verbrauch der Flüssigkeit dafür, daß die betreffende Versorgungsleitung abgesperrt wird und das System auf den üblichen Luftansaugbetrieb - wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist - umschaltet. Die Luft wird dann ohne Beimengung und Zerstäubung von Flüssigkeit über die Zerstäubungskammer angesaugt.

Um zu verhindern, daß zu große Flüssigkeitsteilchen in das Luft-Benzin-Gemisch geraten, ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, den Flüssigkeitsnebel über einen Tropfenabscheider zu leiten, der vor dem Kammerauslaß angeordnet ist. Vorzugsweise wird hierzu ein feinmaschiges mehrlagiges Sieb verwendet, alternativ wären zickzackförmige Leitflächen mit Prallblechen denkbar, welche die zu großen Tröpfchen durch Prallwirkung ausscheiden bzw. weiter zerkleinern. Die dort festgehaltenen Tröpfchen fallen in das Flüssigkeitsbad der Zerstäuber-(Verdampfer-)Kammer zurück.

Die Feinstzerteilung der Kraftstoff-Tröpfchen wird dadurch bewirkt, daß in einem Diffusorraum der Flüssigkeitsnebelstrom über radiale Einlasse (Düsen) als auch über eine zentrale Düse so auf den Kraftstoffteilchenstrom gelenkt wird, daß die geforderte

Scher- bzw. Zerkleinerungswirkung der Kraftstoffteilchen eintritt. Gleichermaßen entsteht inmitten der Zerstäuber-Wirbelkammer eine etwa ringförmige Unterdruckzone, die beschleunigend auf das Flüssigkeitströpfchen-Kraftstoff-Luft-Gemisch wirkt. Die Flüssigkeit&zugabe wird hier z. B. durch das Öffnen der Vergaserklappe gesteuert. Die Teilchengeschwindigkeit dürfte mehrere m/sec betragen.

Gleichzeitig verhindern dia Flüssigkeitsteilchen, die sich anschließend mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch vermengen, daß die kleinen Kraftstofftröpfchen sich zu größeren wieder verbinden.

Zusätzlich - und zwar (zeitlich wie räumlich) vor der Zerstäubung durch die beigemengte Flüssigkeit - kann vorzugswel-9 der Kraftstoff durch Ultraschallbestrahlung direkt oder indirekt vorzerstäubt worden. Diese Maßnahme allein dürfte jedoch nicht ausreichen, es sei denn, die Wiedervereinigung der Kraftstoffteilchon wird - wie nach der vorliegenden Erfindung - durch neutrale Flüssigkeitströpfchen, vorzugsweise kleineren Durchmessers, verhindert. Die Flüssigkeit hat vor allem auch den dßtonationshemmenden Charakter, andererseits unterstützt sie die Aufrechterhaltung der Brennflamme bis zur vollständigen Verbrennung der Kraftstoffteilchen. Der Motor arbeitet leise und gleichmäßig. Nicht zuletzt hat die vorzugsweise beigefügte organische Säure auf den Verbrennungsraum eine reinigende Wirkung. Das Gemisch aus Wasser-Ethanol-organischer Säure ist für die Bedienungsperson völlig ungiftig und bei NormaldruckAtemperatur nicht explosiv.

Entsprechendes, wie vorstehend über das aus destilliertem Wasser, einer organischen Säure und Alkohol bestehende Nebelgemisch Ausgesagte, gilt auch für den Fall, daß destilliertes Wasser-Methanol-Glyzerin-Gemisch einerseits und das

Methanol-Öl-Gemisch andererseits in getrennten Zerstäuherkammern verwendet werden.

Das Glyzerin wird während der Verbrennung des Kraftstoffes auf die jeweilige Verbrennungstemperatur ohne chemische Reaktion erhitzt und dient als Wärmespeicher im Abgasstrom, der den Verbrennungsraum verläßt. Bringt man in dem Abgasrohr bzw. Abgassammeirohr für mehrere Verbrennungsräume einen netzartigen Diffusor an, so können sich die nur teilweise verbrannten Partikel, ggf. nach Zerstäubung an dem Diffusor, aufgrund der herrschenden Temperatur zwischen 800 und 1000⁰C im Diffusionsbereich selbst entzünden, wo sie in einer sich ausbildenden Flamme endgültig verbrennen. DieseNachverbrennung bringt eine zusätzliche C0-Minimierung und hat den Vorteil, daß sie im Vergleich zu einem Katalysator praktisch ohne Leistungseinbuße abläuft.

Es ist bekannt, daß bei herkömmlichem Betrieb eines Verbrennungsmotores die Verbrennung sehr stark von der Motortemperatur bzw. den Motordrehzahlen abhängt. So ist die Verbrennung bei Motoren, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind, vor allen Dingen im Leerlauf besonders schlecht bzw. dann ist der CO-Gehalt sehr hoch. Daher wird im Leerlaufbetrieb des Motors dieser auch nur mit den genannten Flüssigkeiten betrieben, wozu die Benzin-Zufuhr auch über die Leerlauf-Bypase-Leitung praktisch auf Null gedrosselt wird.

Vorzugsweise sollte jedoch die die organische Säure enthaltende Flüssigkeit bezogen auf die Kraftstoffmenge im Verhältnis von 0,1 bis 1,5:100 zugegeben werden. Das heißt, daß bei einer Kraftstoffmenge von 10001 im Durchschnitt etwa nur 1 bis 1,51 Zusatz-Flüssigkeit benötigt werden, so daß der notwendige Flüssigkeitsvorratsbehältertank nur einen geringen Raum beansprucht und keine aufwendige Vergrößerung des Motorraumes fordert. Entsprechendes gilt für die Verwendung von einem Wasser-Methanol-Glyzerin-Gemisch und dem Methanol/Öl-Gemisch.

Vorzugsweise soll weiterhin bei Drehzahlbeschleunigung des Motors (Kickdown) die angesaugte Luft durch hochfrequentes Öffnen und Schließen eines Einwegventils pulsierend (impulsartig) in die Zerstäuberkammer gegeben werden. Die Frequenz des Ventils beim öffnen und Schließen liegt im Ultraschallbereich, wodurch eine bessere Zerstäubung der in Rede stehenden Flüssigkeiten in der Zerstäuberkammer erreicht wird.

Weiterhin wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, etwa noch verbleibende Reststoffe, dia den Verbrennungsraum unvollständig verbrannt verlassen, in einem Abgasrohr durch Selbstentzündung in einem netzartigen Diffusor nachzuverbrennen, wobei das Glyzerin als Wärmespeicher entsprechend den in dem Verbrennungsraum herrschenden Temperaturen dient.

Wesentliche Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein oder zwei Vorratsbehälter für die Flüssigkeit bzw. Flüssigkeiten, der jeweils hieraus gespeiste Verdampfer bzw. Zerstäuber für die Flüssigkeit sowie eine Zerstäuber-Wirbelkammer mit den bereits oben beschriebenen radialen Zuführungen und der zentralen Zuführung für den Flüssigkeitsnebel sowie ggf. eine Neutralisationsvorrichtung für die angesaugte Luft. Wie bereits oben angesprochen, wird in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Motors der Flüssigkeitsnebel - mit oder ohne Luft- mit dem Kraftstoff, meist in einer oder zwei Vormischkammern, vermengt.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich zunächst nur auf einen Zerstäuber, in dem das mit einer organischen Säure versetzte destillierte Wasser und Alkohol zerstäubt werden.

Der Zerstäuber bzw. Verdampfer für die Flüssigkeit besitzt dabei neben üblicherweise notwendigen Regeleinrichtungen für die Flüssigkeitsbeimengung eine mit dem Vorratsbehälter verbundene Vorkammer mit einem Schwimmer, der mit einem den Flüssigkeitsfluß steuernden Magnetventil verbunden ist. Die eigentliche Verdampfer- bzw. Zerstäuber- (oder auch Atomisier) Kammer weist einen Unterdruckregler auf, der gleichzeitig als Ausgang bzw. Verbindungsglied zu der bereits erwähnten Zerstäuber-Wirbelkammer dient. Als .Atomisator" für die Flüssigkeit dient ein poröser Formkörper, vorzugsweise ein luft- und flüssigkeitsdurchlässiger gepreßter Verbundkörper, der in der Flüssigkeit in der Zerstäuberkammer eingetaucht ist und der über eine Leitung mit der Außenumgebung verbunden bzw. verbindbar ist. Die genannte Leitung erhält einen weiteren Regler für die Luftzufuhr. Mit anderen Worten, der Formkörper besitzt eine Luftsaugkammer, die mit dem Umgebungsdruck oder ggf. mit einer ' Pumpe (bei Einspritzmotoren) in Verbindung steht, über die direkt oder indirekt ebenfalls eine Luftzufuhr möglich ist. Während des Motorbetriebes bleibt der Unterdruck in der Zerstäuber-(Verdampfer-)Kammer aufrechterhalten. Vorzugsweise durch die in den Formkörper angesaugte Luft werden die Flüssigkeitsteilchen nicht nur mitgerissen, sondern aufgrund der dünnen Formkörperkanäle reibungsbedingt zerteilt und gelangen somit über den Auslaß in die Zerstäuber-Wirbelkammer, wo sie auf den Kraftstoff-Teilchenstrom treffen. Die größeren Teilchen der Flüssigkeit werden durch einen Tropfonabscheider zurückgehalten und fallen in das Bad der Zerstäuberkammer zurück. Der Unterdruckregler hält nicht nur den Vakuumdruck in der Zerstäuberkammer aufrecht, sondern regelt auch gleichzeitig die Flüssigkeitszugabe zum Kraftstoff. Als weitere Steuereinrichtungen dienen ein Absperrventil zwischen dem Vorratsbehälter und der Vorkammer, welches vorzugsweise taktweise Flüssigkeit in die Vorkammer abgibt, ein zentraler Schalter, der sowohl die Flüssigkeitsentnahme auf dem Vorratsbehälter sowie die Sauerstoffzufuhr in die Zerstäuberkammer bei Abschalten des Motors unterbricht und der ebenfalls die erwähnte Pumpe ausschaltet bzw. einschaltet, wenn die Flüssigkeit verbraucht ist und die Verbrennungsmaschine auf den

nach dem Stand der Technik bisher üblichen Betrieb umgeschaltet wird. Ferner schaltet der zentrale Schalter auch den Neutralisator für die von außen angesaugte Luft ein. Vorzugsweise besitzt die Zuleitung zur Zerstäuber-Wirbelkammer noch einen elektronischen Verteiler, der den zentralen Düseneinlaß und die radialen Düsen bzw. deren Zufuhr regelt. Insbesondere vermindert der elektronische Verteiler, daß sich die Flüssigkeitsteilchen vor der Einspritzung in die Zerstäuber-Wirbelkammer unter Bildung größerer Tropfen setzen. Der Zerstäuber-Wirbelkammer-Innenraum ist so gestaltet, daß er zum Aufbau eines turbulenten Strömungsfeldes geeignet ist. Dabei werden die Kraftstofftröpfchen auf der einen Seite durch ein Bombardement von Teilchen (Tröpfchen) kleineren Durchmessers von außen nach innen wie von innen nach außen zerteilt, mit den Tropfen zu einem weitgehend homogenen Gemisch vermengt und allmählich aufgrund der Sugwirkung in Richtung des Motorzylinders abgeführt. Die Zerstäuber-Wirbelkammer kann domnach sehr kurz ausgeführt sein, z. B. die Dicke einer Vergaserdichtung besitzen, an deren Stelle die Zerstäuber-Wirbelkammer vorzugsweise eingesetzt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist oberhalb der Zerstäuber-Wirbelkammer in vorzugsweise 1,5 bis 2mm Abstand eine Ultraschallvorrichtung angeordnet, die etwa hochgewirbelte Benzin- und Flüssigkeitsteilchen weiter zerkleinert. Verwendet man statt dessen Stoffe, die nicht miteinander lösbar sind, wie etwa ein Gemisch aus Methanol, destilliertem Wasser und Glyzerin einerseits und ein Methanol-Öl-Gemisch andererseits, werden jeweils zwei Zerstäuberkammern und Zerstäuber-Wirbelkammern benötigt. Für das Methanol-Öl-Gemisch ergibt sich dabei die Besonderheit, daß zu dessen Feinstverteilung/ Verdampfung kein poröser Formkörper verwendet wird, sondern ein mit einem Metallgitter bzw.-netz ummantelter etwa 50 mm

langer Kunststoffkörper mit feinen Auslaßkanälen nachgeschaltet, so daß auch das Methanol-Öl-Gemisch hinreichend zerstäubt wird.

Für den Fall, daß Glyzerin verwendet wird, sollte nach einer Weiterbildung der Erfindung dem Verbrennungsraum bzw. den Verbrennungsräumen nachgeschaltete Auspufftrakt einen netzartigen Diffusor aus korrosionsfestem Material aufweisen, in dem eine durch die heißen Abgase selbsttätig ausgelöste Nachverbrennung stattfindet. Die Maschenweite des Diffusors liegt etwa im Bereich von 0,5 bis 3μπι, vorzugsweise 1 bis 2μιη, womit gewährleistet wird, daß die unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Kraftstoffpartikel mit noch hohem CO-Gehalt an dem Gewebe aufgesprengt werden und somit die Verbrennungsoberfläche vergrößert wird. Dem Glyzerin kommt in diesem Falle die Wärmeträgerwirkung zu, d. h. in dem Bereich, in dem der Diffusor angeordnet ist, herrschen nach wie vor Abgastemperaturen zwischen 800 bis 1000⁰C, wodurch es zu einer Nachverbrennung kommt. Die Nachverbrennung wird verbessert, wenn die Maschenweite des netzartigen Diffusors zum Austrittsende der Abgase hin kleiner ist als im davorliegenden Teil. Vorzugsweise wird der freie, nicht vom Diffusor-Netz überdeckte Durchströmkanal für das Abgas konkav ausgebildet, wobei sich die gegenüberliegenden konvex ausgestalteten Diffusor-Netzbereiche etwa im mittleren Bereich berühren. Zusätzlich können nach einer Weiterbildung schaufelartige Leitbleche im Diffusor-Netz vorgesehen sein, die sich in Längsrichtung erstrecken und die das Abgas in einer laminaren Strömung durchfluten lassen. Um hohe Temperaturbelastungen d< s eigentlichen Auspuffrohres zu verhindern, ist das Auspuffrohr im Bereich des Diffusors mit einer inneren feuerfesten Auskleidung versehen. Der Diffusor arbeitet nach dem Prinzip einer Gasleuchte, in deren Gasstrom ein netzartiges Gewebe angeordnet ist, welches eine vollständige Verbrennung gewährleistet, ohne den Nachteil eines hohen mechanischen Widerstandes zu bilden.

Ausfuhrungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und sollen im folgenden näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Nachrüsten eines Benzin-Motors; Fig. 2: eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 entsprechende Ausbildung nach Fig. 1 und 2 mit jeweils doppelten Vorrats-, Zerstäuber- und

und 4: Zerstäuber-Wirbelkammern;

Fig. 5 a, b: jeweils einen Ausschnitt aus einem Abgasabführungsrohr mit einem Diffusor Im Längsschnitt;

Fig. β a

bisc: jeweils Querschnittsansichten entsprechend Fig. 5 a und

Fig. 7: einen Querschnitt durch einen Zerstäuber-Kunststoffkörper.

Zum Nachrüsten eines herkömmlichen Benzin-Motors benötigt man einen Vorratsbehälter 1, der über eine flexible Schlauchleitung 22 mit dem Zerstäuber 18 verbunden ist. Von diesem Zerstäuber 18führt wiederum eine Verbindungsleitung 23 zu der Zerstäuber-Wirbelkammer 13, die an die Stelle der üblicherweise vorhandenen Vergaserdichtung (Dichtungsring) tritt. Die Zerstäuber-Wirbelkammer besteht aus einem gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Material, das elektrostatisch nicht aufladbar ist, also neutral bleibt.

Die zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung benötigte Luft wird Ober den Luftansaugstutzen 24 angesaugt, der eine Membran aufweist, die sich bei größerer Außenluftfeuchtigkeit entsprechend schließt und weniger Luft ansaugt. Im einzelnen enthält das Gehäuse des Zerstäubers 18 die in Fig. 2 dargestellte Vorkammer 2, die mit einem Schwimmer 3 ausgerüstet ist, der dazu dient, den Flüssigkeitsstand in der Zerstäuberkammer 4 zu regeln, die mit der Vorkammer 2 in Verbindung steht. Diese Verbindung kann ggf.-z. B. wenn die neutrale Flüssigkeit aufgebraucht ist-durch den Schwimmer unterbrochen werden. In der Zerstäuberkdmmer 4 befindet sich ein poröser Formkörper 5, der einerseits mit einer Leitung 19 über einen Regler 11 mit der Außenlut und andererseits Ober eine Luftansaugleitung 8 mit einer Pumpe β verbunden ist, die von einem weiteren Regler 12 gesteuert wird. Die Zerstäuberkammer 4 besitzt ferner ein zwischen dem porösen Formkörper 5 und dem Unterdruckregler 9, der gleichzeitig als Auslaßventil der Zerstäuberkammer 4 dient, angeordneten Tropfenabscheider 7, der nur Flüssigkeitstropfen unterhalb eines fest vorgegebenen Durchmessers durchläßt. Des weiteren ist zwischen dem Vorratsbehälter 1 und der Vorkammer 2 ein steuerbares Absperrventil 10 vorgesehen. Entweder in einem Vorraum oder über eine entsprechende Ansaugleitung 20 bzw. den bereits in Fig. 1 erwähnten Luftansaugstutzen 24 ist eine Luftansaugurig möglich. In diesem Vorraum bzw. der Ansaugleitung 20 ist ein Neutralisator eingebaut, der verhindert, daß Ladungsträger in die Zerstäuberkammer 4

gelangen. Über den bereits erwähnten Unterdruckregler 9 und die Verbindungsleitung 23 steht der Zerstäuber 18 mit der Zerstäuber-Wirbelkammer 13 in Verbindung. Diese weist zunächst einen elektronisch gesteuerten Verteiler 14 auf, der sowohl die zentrale Düse 15 als auch radial angeordnete Düsen 1 θ mit nebelartiger Flüssigkeit derart bedient, daß diese Flüssigkeit auf einen Kraftstoff bzw. Kraftstoff-Luft-Strom gerichtet wird und diesen in noch feinere Kraftstoffteilchen als bisher möglich zerteilt und diese Feinsttröpfchen auch aufrechterhält

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Die aus dem Vorratsbehälter 1 über Schlauchleitung 22 taktweise mittels des steuerbaren Absperrventils 10 in die Vorkammer 2 gelangende Flüssigkeit aus zwei Teilen destilliertem Wasser, einem Teil Ethanol und, bezogen auf das Wassor 1:300 organische Säure, vorzugsweise eine solche, die reinigend auf den Motorraum wirkt, wird in die Zerstäuberkammer 4 abgegeben, wo sie von dem porösen Formkörper aufgesogen wird. Oberhalb des porösen Formkörpers bzw. oberhalb des Flüssigkeitsspiegels herrscht in der Zerstäuberkammer 4 ein starker Unterdruck, der zu einer „Verdampfung" der Flüssigkeit führt. Da der Außendruck mindestens fünfzehnmal so groß ist wie der Unterdruck in der Zerstäuberkammer 4, gelangt über die Luftzufuhrleitung 19 Luft in den Formkörper, welche beim Durchlaufen der feinen Kanäle des Forr.ikörpers 5 die Flüssigkeit mitreißt. Durch die hohe Fließgeschwindigkeit wird die Flüssigkeit durch Reibungseffekte in feine Tröpfchen zerteilt, etwa die Flüssigkeitsoberfläche durchdringende Bläschen unterliegen einer derart großen Scherwirkung, daß sie ebenfalls in viele kleine

Bläschen zerplatzen. Dies führt zur Bildung eines Nebels aus feinsten Flüssigkeitströpfchen. Die etwa noch vorhandenen

größeren Flüssigkeitströpfchen werden durch den Tropfenabscheider 7 abgefangen und fallen wieder in das Flüssigkeitsbad bzw. auf den Boden der Zerstäuberkammer 4 zurück. Von dem Unterdruckregler wird über die Verbindungsleitung 23 der Flüssigkeitsnebel an den elektronisch gesteuerten Verteiler 14 geführt, wo er an ringförmig angeordnete Düsen 16 sowie eine zentrale Düse 15 dosiert verteilt wird. Die genannten Düsen sind In einer Zerstäuber-Wirbelkammer 13 (Länge etwa 2 bis 5cm) angeordnet, die vom Kraftstoff bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch durchflossen wird. Treffen die Flüssigkeitströpfchen auf den Kraftstoffstrom mit hoher Geschwindigkeit, so zerteilen sie die Kraftstoffteilchen in feine Tröpfchen mit kleinem Durchmesser. Eine Wiedervereinigung der Tropfen wird d ldurch verhindert, daß die Flüssigkeit neutral ist, die sich als „Puffer" zwischen etwa elektrisch geladene Benzintröpfchen befinden. Das aus der Zerstäuber-Wirbelkammer 13 abgeführte Gemisch kann dann in einer Brennkammer, z. B. dem Zylinder eines Otto-Motors, verbrannt werden, wobei die Flüssigkeit die Verbrennung in derWeise unterstützt, daß sie unter Vermeidung einer schlagartigen Detonation bis zur vollständigen Oxidation der Kohlenwasserstoffanteile des Benzine aufrechterhalten wird. Die vollständige Verbrennung ist gleichbedeutend mit einem Minimum an CO-Ausstoß, der selbst bei großvolumigen Motoren weit unterhalb von 0,5% lag.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden auch Kohlenstoffablagerungen im Verbrennungsraum vermieden, die in Verbindung mit Feuchtigkeit hoch korrosiv wirken. Ferner werden Kohlenstoffablagerungen auf Kolbenringen vermieden, die in

der Regel bisher zur Minderung des Kompressionsdruckes sowie zu einem schnellen Verschleiß des Zylinders f—'ührt haben.

Gleiches gilt für die Ventilflächen, die Zündkerze sowie den gesamten Auspufftrakt. Ein weiterer wesentlicher Nebeneffekt des erfindungsgemäßen Verfahrens is,t das Vermeiden des sogenannten Motorklopfens. Die verwendete Flüssigkeit sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Brennraum und verhindert den Aufbau einer

abrupten Verbrennung.

Im bisher durchgeführten Testbetrieb konnten Benzineinsparungen bis zu 35% sowie reduzierte CO-Werte erreicht werden, die

teilweise sogar bei Werten unter 0,05% lagen.

Im Unterschied zur Abbildung in Fig. 1 besitzt die Vorrichtung nach Fig. 3 einen zwei Kammern aufweisenden Vorratsbehälter 1

mit (eweilicnn Schlauchleitungen 22, worüber mittels nines steuerbaren Absperrventils 10 bzw. 10' Flüssigkeiten in dieVorkammern 2 und 2' gelangen. Dir Aufbau der Zerstäuberkammern 4 und 4' (siehe Fig.4) ist jeweils entsprechend mit der Maßgabe, daß statt des porösen Formkörpers 5 ein aus einem mit einem Metallgitter ummantolten porösen Kunststoffkörper 5' vorgesehen ist, der in Fig.7 näher dargestellt ist. Dieser Kunststoffkörper 5' besteht aus einem porösen, im wesentlichen zylindrischen, im Durchmesser etwa 40mm großen und etwa 50 bis 60mm langen Kunststoffkörper 32, der eine mittlere Sacklochbohrung 33 eines Durchmessers zwischen 2 und 3mm aufweist, in welche die Luftzufuhrleitung 19 mündet. Der Kunststoffblock ist mit einem fest aufgespannten Drahtgeflecht (Metallgitter) einer Maschenweite von ca. 0,2 pm ummantelt und weist an reinem Außenmantel ringförmige oder spiralig verlaufende Nuten 34 einer maximalen Breite von 2 mm auf, die im axialen Abstand von 5mm angeordnet sind. Diese Nut oder Nuten 34 dienen zum Sammeln sich etwa bildender Bläschen. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, daß das Methanol leichter als Wasser verdampft und das Öl den betreffenden Formkörper 5 nicht zusetzen darf bzw. nicht mit einem aus Mineralen zusammengesetzten Formkörper 5 in chemische Reaktionen treten soll. Weiterhin sind die Zerstäuberkammern 4 und 4' über eine Leitung miteinander verbunden, die ein regelbares Klappenventil 24' aufweist, welches über eine elektronische Steuerung 25 bzw. ein Magnetventil betätigt wird. Während in der ersten Kammer des Vorratsbehälters destilliertes Wasser eingefüllt ist, ist die zweite Kammer des Vorratsbehälters 1 mit einem Methanol-Öl-Gemisch gefüllt. Von beiden Zerstäuberkammern 4 bzw. 4' gelangt der nebelartige Flüssigkeitsdampf In eine jeweilige Zerstäuber-Wirbelkammer 13 bzw. 13', die nacheinander angeordnet sind, so daß dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zunächst ein Wassernebel beigegeben wird und anschließend dem daraus resultierenden Gemisch ein Methanol-Öldampf zugegeben wird. Da die betreffenden Vorrichtungsteile Zu- und Abführleitungen einander entsprechen, kann hinsichtlich der Zerstäuberkammern und der Zerstäuber-Wirbelkammern auf vorstehende Ausführungen in entsprechender Weise verwiesen werden.

Weiterhin besitzen die Leitungen 19 und 19' ein Einweg-Lippenventil 36 bzw. 36', das bei zusätzlicher Luftzufuhr über Luftansaugleitung 39 in Schwingungen versetzt wird und die Luft impulsartig an den porösen Formkörper 5 bzw. Ku nststoffkörper 5' abgibt. Diese zusätzliche Luftmenge wird zugeführt, sobald über einen Regler 37 das Absperrventil 38 geöffnet wird, welches beim Kick-down des Gashebels eines Pkw-Motors offenstehen soll. Im Leerlauf des Motcrs oder bei Nichtbelastungszuständen (Bergabfahrten) bleibt das Absperrventil 38 geschlossen. Gleichzeitig wird beim Leerlaufbetrieb oder unbelasteten Zustand bei Talfahrten eines Pkw die Benzinzufuhr über eine Drosselklappe praktisch auf Null zurückgefahren; auch das Nadelventil im Bypass (Leerlaufdüse) wird geschlossen. In diesen Fällen wird lediglich das aus den Zerstäuberkammern 4; 4' kommende Gemisch verbrannt. Hierbei wird sich insbesonder e das Glyzerin auf die NO„-Entstehung reduzierend auswirken.

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Fig. 6 a zeigt einen Längsquerschnitt durch ein Auspuffrohr 26 Im unmittelbar an den Verbrennungsraum angrenzenden Bereich. Die durch die vier Pfeile 27 skizzierten Abgasströme werden gesammelt diesem Auspuffrohr 26 zugeführt, welches einen Diffusor 28 aufweist, der in Abgasrichtung gesehen den gesamten Rohrquerschnitt überstreicht. Wie der Querschnittszeichnungnach Fig. 5 a zu entnehmen ist, hat der Diffusor einen netzartigen Aufbau, wobei der nicht vom Diffusor überdeckte Raum sichzunächst konisch bis auf Null verjüngt und anschließend eine entsprechende konische Erweiterung erfährt. Dar ankommende Abgasstrom, der auf Verbrennungstemperatur erhitztes Glyzerin enthält und der unverbrannte oder nur teilweise verbrannte Partikel mitführt, wird über das Diffusor-Netz geleitet, wobei aufgrund der kleinen Maschanweite, die sich in Richtung des Abgasstromes zum Ausgang hin verdichtet, unverbrannte oder nur teilweise verbrannte Partikel weiterhin zerstäubt werden. Die in diesem Bereich herrschenden hohen Temperaturen führen zu einer Selbstentzündung der unverbrannten Partikel, wodurch sich eine Flamme 30 ausbildet, die sich Ober den gesamten Diffusor und einen etwa gleich langen Teil erstreckt. Der Diffusorsollte etwa eine Länge von 25cm haben, so daß sich eine gesamte Flammenlänge von ca. 50cm ergibt. Zum Schutz des

Auspuffrohres 26 ist dieses mit einer feuerfesten Innenverkleidung 29 versehen. Die Verjüngung des nicht von dem Diffusor-Netz belegten Durchströmraumes ist den Fig. 6 a bis c zu ersehen, wobei das Bezugszeichen 28 den jeweiligen Rand des Diffusor-Netzes darstellt. Fig. Bb zeigt eine Ausführungsvariante, bei der ein zweistufiger Diffusor vorgesehen ist. Die erste Stufe entspricht der in Fig. 5 a Hergestellten, so daß auf diesbezügliche Ausführungen verwiesen werden kann. Diesem Diffusor ist jedoch ein zweiter Teil 28'

nachgeschaltet, der entsprechend aufgebaut ist, wobei die Diffusormaschenweite zum Auspuffausgang abnimmt. Der erste

Diffusorteil 28 sollte etwa 15cm lang sein, der zweite Teil 28' ca. 10cm. Weiterhin ist aus Fig. 6 zu ersehen, daß mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Leitbleche vorgesehen sind, welche die Aufgabe haben, den Abgasstrom möglichst laminar durch den Bereich zu führen, in welch im der Diffusor angeordnet ist. Mit d' in Fig.3 bis β dargestellten Vorrichtung wird vorzugsweise Glyzerin in Abhängigkeit von der eingespeisten Kraftstoffmenge zugegeben. Insbesondere beim sogenannten „Kick-down* ist die zugeführte Glyzerinmenge maximal. Die Lebensdauer des Diffusors nach Fig. 5 und 6 wird in der Regel zwei Jahre nicht unterschreiten, insbesondere dann nicht,

wenn das betreffende Netz aus nichtrostendem Stahl besteht, der ohne Schaden bis ca. 1800⁰C belastbar ist.

Claims (44)

1. Verfahren zur Optimierung der Verbrennung von Kraftstoffen bei minimaler CO-Emission durch vorherige Einführung eines Wasser und/oder Alkohol enthaltenden Flüssigkeitsnebels in das Luft-Kraftstoff-Gemisch und Erzeugung eines homogenen Flüssigkeits-Kraftstoff-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß der (entionisierte) neutrale Flüssigkeitsnebel entwederzum größten Teil aus destilliertem Wasser, dem eine schwache organische Säure in einer auf das destillierte Wasser bezogenen Konzentration zwischen 1/500 bis 1/200, vorzugsweise 1/300, beigemengt ist und Alkohol oder aus einem Gemisch von gleichen Anteilen von etwa gleich großen Mengen Wasser und Methanol mit geringen Mengen Glyzerin, vorzugsweise 200 bis 300g Glyzerin auf 4,51

Wasser/Methanol einerseits und einem Methanol-Ölgemisch andererseits im Verhältnis 200 bis 400 g, vorzugsweise 300 g, Öl auf 51 Methanol besteht und dem Kraftstoff in einer auf den Kraftstoff bezogenen Menge im Verhältnis von Ibis 10:1000, vorzugsweise 0,1 bis 1,5:100, zugegeben wird, wobei der Flüssigkeitsnebel in Feinsttröpfchenform mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem turbulenten Strömungsfeld vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit bzw. ein entsprechendes Flüssigkeitsgemisch zusätzlich einen niedrigen Gefrierpunkt, vorzugsweise -25°C, aufweist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der organischen Säure versetzte Flüssigkeit auf zwei Volumenteile destilliertes Wasser einen Volumenteil Alkohol, vorzugsweise niederkettige Alkohole oder die mit Glyzerin versetzte Flüssigkeit eine Mischung aus 2,5 Vol.-Teilen Wasser, 2 Teilen Methanol und 200 bis 300g Glyzerin, enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Methanol und/oder Ethanol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schwache organische Säure aus der Gruppe der Carbonsäuren stammt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl ein synthetisches Öl mit hoher Verdampfungstemperatur ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einer Kammer mit möglichst geringem Druck, vorzugsweise 20 bis 30% unter dem Außendruck, zerstäubt wird, bevor sie dem Luft-Kraftstoff-Gemisch beigegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus mit einer organischen Säure versetztem Wasser und Alkohol bestehende Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter dosiert in eine Zerstäuberkammer abgegeben wird, in der ein in etwa stets gleichmäßiger Flüssigkeitsstand besteht, wobei in der Flüssigkeit ein poröser Formkörper liegt, durch den über den geringen Druck oberhalb des Flüssigkeitsspiegel Luft von außen angesaugt wird, die die in dem Formkörper befindliche Flüssigkeit aus der übrigen Flüssigkeit feinsttropfenförmig (nebelartig) herauspreßt, und anschließend die Feinsttröpfchen (der Nebel) über ein Regelventil dem Luft-Kraftstoff-Gemisch bzw. dem Kraftstoff beigemengt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus destilliertem Wasser, Methanol und Glyzerin einerseits und das Öl-Methanol-Gemisch andererseits in verschiedenen Vorratsbehältern dosiert in jeweilige Zerstäuberkammern abgegeben werden, wobei in dem mit Wasser, Methanol und Glyzerin versehenen Vorratsbehälter ein poröser Formkörper (Sprudelstein) und in dem mit dem Alkohol-Öl-Gemisch versehenen Vorratsbehälter ein poröser, mit einem Metallgitter ummantelter Kunststoffkörper liegen, durch die über den geringen Druck oberhalb des Flüssigkeitsspiegels Luft von außen angesaugt wird, die die in dem Formkörper bzw. dem Kunststoff körper befindliche Flüssigkeit aus der jeweils übrigen Flüssigkeit feinsttröpfchenförmig (nebelartig) herauspreßt und anschließend die Feinsttröpfchen (Nebel) über ein jeweiliges Regelventil dem Luft-Kraftstoff-Gemisch bzw. dem Kraftstoff beigemengt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die angesaugte Luft vorher entladen (neutralisiert) wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr, vorzugsweise durch eine Membran, derart geregelt wird, daß die Luftzufuhr bei höherer Luftfeuchtigkeit entsprechend gemindert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Dosierung in die jeweilige Zerstäu jerkammer über einen Schwimmer elektromagnetisch gesteuert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper bzw. der Kunststoff körper zusätzlich über eine regelbare Pumpe mit Druck beaufschlagt wird, der dem Druck entspricht, mit dem Kraftstoff über eine Einspritzdüse eingespritzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ois7 und 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drehzahlbeschleunigung des Motors die angesaugte Luft durch hochfrequentes (Ultraschallbereich) Öffnen und Schließen eines Einwegventils pulsierend (impulsartig) in die Zerstäuberkammer gegeben wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die nebelartige

Flüssigkeit übe einen Tropfenabscheider, vorzugsweise ein feinmaschiges Sieb, geführt wird, der bzw. das nur Tropfen unterhalb des durch die Maschenweite festgelegten Durchmessers, vorzugsweise unter 0,3 mm, durchläßt, bevor sie unter Erzeugung eines turbulenten Strömungsfeldes dem Luft-Kraftstoff-Gemisch beigemengt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeits-Nebel, ggf. jeweils, über einen zentralen sowie radiale Einlasse (Düsen) in einen Diffusorraum unter Erzeugung eines turbulenten Strömungsfeldes derart eingeblasen wird, daß die auf die Kraftstoffteilchen auftreffenden Nebeltröpfchen die Kraftstoffteilchen (mechanisch) zerteilen und sich mit den zerkleinerten Kraftstoffteilchen derart durchmischen, daß eine Wiedervereinigung der Kraftstoffteilchen zu Tröpfchen größeren Durchmessers verhindert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff vor oder bei dem Eindüsen des Flüssigkeitsnebels durch Ultraschall (vor-)zerstäubtwird, vorzugsweise indem die als Prallblech für die Kraftstoffteilchen dienende Vergaserklappe mit Ultraschall bestrahlt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,4,6,7 oder 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe ein aus destilliertem Wasser, Methanol und Glyzerin bestehender Flüssigkeitsnebel und in einer zweiten Stufe der aus einem Alkohol-Öl-Gemisch bestehende Flüssigkeitsnebel dem Kraftstoff bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeblasen wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,4,6,7 oder 9 biß 18, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verbrennungsraum verlassenden unvollständig verbrannten Kraftstoffteilchen in einem Abgasrohr durch Selbstentzündung in einem netzartigen Diffusor nachverbrannt werden, wobei das Glyzerin als Wärmespeicher entsprechend den in dem Verbrennungsraum herrschenden Temperaturen dient.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, mit einem dem Vergaser oder einer Vormischkammer des Motors vorgeschalteten Zerstäuber (18,18') für eine Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Zerstäuber (18,18') im wesentlichen mindestens einen Vorratsbehälter (1) für die Flüssigkeit(en), eine Vorkammer (2,2') mit einem Schwimmer (3,3'), der mit einem den Flüssigkeitsnebelfluß steuernden Magnetventil verbunden ist, und mindestens eine Zerstäuberkammer (4,4') mit einem Unterdruckregler (9,9') besitzt, die mit mindestens einer Zerstäuber-Wirbelkammer (13,13') zur Vermischung des Flüssigkeitsnebels mit dem Luft-Kraftstoffgemisch bzw. Kraftstoff verbunden ist, wobei die Zerstäuber-Wirbelkammer (13,13') radiale und eine zentrale Zuführung(en) (Düsen 16,16'; 15,15') für den Flüssigkeit;» .ebel aufweist bzw. aufweisen, die so gerichtet sind, daß sie weitgehend senkrecht auf den Luft-Kiaftstoff-Gemisch- bzw. den Kraftstoff-Strom treffen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen (Düsen 16,16'; 15, 15') über einen Druckregler (9,9') und einen elektronisch gesteuerten Verteiler (14,14') mit dem Zerstäuber (18,18') verbunden sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorratsbehälter (1) und der Vorkammer (2,2') ein steuerbares Absperrventil (10,10') vorgesehen ist, das vorzugsweise taktweise Flüssigkeit in die Vorkammer (2,2') abgibt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i 0 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (3,3') den Zufluß zwischen dir Vorkammer (1) und der Zerstäuberkammer (4,4') abriegelt, wenn keine Flüssigkeit mehr aus dem Vorratsbehälter (1) abgebbar ist bzw. der Flüssigkeitsstand in der Vorkammer (2; 2') einen vorgebbaren Level unterschreitet.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß in die in der Zerstäuberkammer (4; 4') anstehende Flüssigkeit ein poröser Formkörper (5), vorzugsweise ein luft- und flüssigkeitsdurchlässiger gepreßter Verbundkörper, mit einer Porosität bis zu 60%, vollständig eingetaucht ist, der über eine einen Regler (11) aufweisende Leitung (19) mit der Außenumgebung (Luft) verbunden bzw. verbindbar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Vorratsbehältern oder einem Vorratsbehälter (1) mit zwei Kammern in der zweiten Zerstäuberkammer (4') ein mit einem korrosionsfesten Metallgitter (35) ummantelter Kunststoffkörper (32) vorgesehen ist, der ebenfalls über eine einen Regler (11') aufweisende Leitung (19') mit der Außenumgebung (Außenluft) verbunden bzw. verbindbar ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhrleitungen (19; 19') jeweils mit einem Einweg-Lippen-Ventil (36) ausgestattet sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe der Einweg-Lippenventile (36; 36') eine weitere, ein mit einem von einem Regler (37) betätigbaren Absperrventil (38) versehene Luftansaugleitung (39) in die Leitungen (19; 19') mündet, wodurch über Leitungen (39) angesaugte Luft die Ventile (36; 36') in hochfrequente Schwingungen im Ultraschallbereich versetzt.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in den Formkörper (5) und/oder in den Kunststoff körper (5') eine weitere, mit einer regelbaren Pumpe (6; 6') verbundene Luftansaugleitung (8; 8') mündet.

29. Von Ichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zerstäuberausgang bzw. dem Unterdruckregler (9; 9') ein Tropfenabscheider (7; 7') für solche Tröpfchen vorgesehen ist, die eine (bestimmte) Größe von vorzugsweise maximal 0,3 mm überschreiten, vorzugsweise ein mechanisches mehrlagiges Maschensieb.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftzufuhrleitung (19; 19') oder einem Vorraum des Zerstäubers (4; 4') ein Neutralisator (17), vorzugsweise ein Kondensator, vorgesehen ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Regler bzw. Ventile und Verteiler (3; 9; 10; 11; 12; 14; 24; 25 und 36 bis 38) über eine zentrale Steuerung miteinander verbunden sind.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeige vorgesehen ist, die den Flüssigkeitsstand im Vorratsbehälter (1) bzw. den Vorratsbehältern oder Kammern bzw. deren vollständigen Verbrauch anzeigt.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuber-Wirbelkammer zweistufig aufgebaut ist, wobei jede Stufe mit einem Vorratsbehälter (1) verbunden ist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber-Wirbelkammer bzw. jeder Zerstäuber-Wirbelkammer in der Kraftstoffzuführleitung eine Ultraschallquelle vorgeschaltet ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallquelle auf die als Prallblech für den Kraftstoff dienende Vergaserklappe gerichtet ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallquelle unmittelbar über der Zerstäuber-Wirbelkammer, vorzugsweise in 1,5 mm bis 2 mm Abstand, angeordnet ist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zerstäuber-Wirbelkammern (13; 13') vorgesehen sind, durch die in der ersten Stufe (13) ein Nebel aus einem Wasser-Methanol-Glyzerin-Gemisch und in der zweiten Stufe (13') ein Methanol-Öl-Gemischnebel dem Kraftstoff bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeblasen wird und daß dem oder den Verbrennungsräumen ein von den Abgasen (27) durchströmtes Auslaßrohr (Auspuff) nachgeordnet ist, das einen netzartigen, den gesamten Rohrquerschnitt überdeckenden Diffusor (28) aus korrosionsfestem Material, insbesondere nichtrostendem Stahl, aufweist, in dem eine durch die heißen Abgasströme (27) selbsttätig ausgelöste Nachverbrennung stattfindet.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen 0,5 und 3μιη liegende Maschenweite des netzartigen Diffusors (28) zum Austrittsende der Abgase hin kleiner ist als im davorliegenden Teil.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite zum Abgasaustrittsende hin halb so klein ist wie im ersten Teil.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß der freie, nicht vom Diffusor-Netz (28) überdeckte Durchströmkanal für die Abgasströme (27) konkav ausgebildet ist, wobei sich die gegenüberliegenden konvex ausgestalteten Diffusor-Netzbereiche etwa im mittleren Bereich berühren.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß der freie, nicht vom Diffusor-Netz (28) überdeckte Durchströmkanal für das Abgas konkav ausgebildet ist, wobei sich zwei in Abgas-Auslaßrohr in Reihe unmittelbar hintereinander angeordnete gegenüberliegende konvex ausgestaltete Diffusor-Netzbereiche jeweils etwa im mittleren Bereich berühren.

42. Vorrichtung nach Anspruch 40 oder41, dadurch gekennzeichnet, daß- in Ausströmrichtung gesehen - der erste Diffusor-Netz-Bereich einschließlich etwaiger Stabilisierungsbefestigungen oder Leitbleche aus nichtrostendem Stahl, der darauffolgende Bereich aus einer nichtrostenden

Stahllegierung mit Cu-Anteilen und der letzte Teil aus einer reinen Cu-Legierung besteht.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß schaufelartige Leitbleche (31) im Diffusor-Netz vorgesehen sind, die das Abgas in einer laminaren Strömung durchfluten lassen und das Diffusor-Netz (28) stützen.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuffrohr (26) im Bereich des Diffusors (28) und in einem etwa gleich langen nachfolgenden Bereich mit einer feuerfesten Innenverkleidung (29) versehen ist.