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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, einer Turbine oder eines Strahltriebwerkes, denen Kraftstoff und Verbrennungsluft zur Ausbildung eines zündfähigen Gemisches zugeführt werden, wobei der Verbrennungsluft ein Additiv zugemischt wird, das in einen zum Verbrennungsmotor, zur Turbine oder zum Strahltriebwerk führenden Luftkanal eingeführt wird.
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Es sind diverse Treibstoffadditive bekannt, die in der Regel im Betrieb eines Verbrennungsmotors, einer Turbine oder eines Strahltriebwerkes dem Treibstoff oder Öl beigemischt werden. Es ist auch bereits bekannt, ein Treibstoffadditiv über die Luftansaugung in den Verbrennungsmotor, die Turbine oder das Strahltriebwerk einzuführen.
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In der nichtveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 10 2013 003 726.3 ist ein Verfahren mit der eingangs beschriebenen Art beschrieben. Hierbei wird der Verbrennungsluft ein Additiv zugemischt, wobei das Additiv in die Verbrennungsluft eingedüst oder eingespritzt wird.
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In neuerer Zeit sind Treibstoffadditive entwickelt worden, bei denen es auf eine besonders feine Dosierung ankommt. Solche Treibstoffadditive entfalten gerade dann ihre optimale Wirkungsweise, wenn sie über eine Feindosierung dem Luftstrom zugesetzt werden. Eine stärkere Dosierung würde hierbei die Wirkungsweise nicht verbessern, sondern ggf. sogar verschlechtern.
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Andererseits ist es bekannt, Treibstoff unter hohem Druck in Luftkanäle bzw. Brennräume einzuspritzen bzw. einzudüsen. Hierbei wird der Treibstoff mithilfe einer Hochdruckpumpe auf den für die Einspritzung benötigten Druck gebracht, und durch Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse mithilfe einer Ventilnadel erfolgt der entsprechende Einspritzvorgang. Diese Vorgehensweise ist sehr aufwendig und für das Einführen eines Additivs in geringen Mengen in den Luftstrom der Verbrennungsluft nicht geeignet.
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Es stellt sich daher generell die Problematik, die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors, einer Turbine oder eines Strahltriebwerkes so mithilfe eines Treibstoffadditivs zu konditionieren, dass das zugesetzte Additiv seine optimale Wirkung entfalten kann. Das Treibstoffadditiv soll dabei ohne aufwendige Ausgestaltung der zugehörigen Einrichtungen präzise dem zu konditionierenden Luftstrom zugeführt werden. Speziell liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zur Verfügung zu stellen, das eine besonders einfache und genaue Konditionierung der Verbrennungsluft ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass das flüssige oder das vom flüssigen in den gasförmigen Zustand überführte Additiv durch den durch den Luftkanal angesaugten oder eingedrückten Luftstrom in den Luftkanal gezogen wird, und dass die Einführung des Additivs in den Luftkanal so gesteuert wird, dass sich eine Dosierung des Additivs im ppm-Bereich (bezogen auf den Luftstrom) ergibt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein beliebiges Treibstoffadditiv mithilfe einer besonders feinen Dosierung, nämlich einer sogenannten ppm-Dosierung (ppm = parts per million), in den Luftstrom des Verbrennungsmotors, der Turbine oder des Strahltriebwerkes eingeführt. Die Einführung erfolgt dabei allein dadurch, dass das Additiv nach dem Strahlpumpenprinzip oder dem Venturi-Prinzip durch den angesaugten oder eingedrückten Luftstrom in den Luftkanal gezogen und mit dem Luftstrom entsprechend vermischt wird. Das Additiv wird hierbei nicht unter Druck bzw. Hochdruck gesetzt, um in den Luftstrom eingeführt zu werden. Auf diese Weise gelingt es mit einfachen Einrichtungen eine präzise Einführung des Additivs in den Luftstrom zu bewerkstelligen, wobei sich auf diese Weise eine Dosierung des Additivs im ppm-Bereich erreichen lässt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Dosierung des zugeführten Additivs regelbar ist. Hierdurch lässt sich die Dosierung des Additivs einstellen, insbesondere an die entsprechenden Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, der Turbine oder des Strahltriebwerkes anpassen. Beispielsweise kann hierbei der entsprechende Betriebsparameter gemessen und in Abhängigkeit hiervon eine Einrichtung zur Zuführung des Additivs so angesteuert werden, dass die für den entsprechenden Betriebsparameter gewünschte Additivdosierung eingestellt wird. Bei einer einfachen Lösung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Dosierung des zugeführten Additivs regelbar sein, indem eine entsprechende Zuführeinrichtung manuell eingestellt wird. Dies kann beispielsweise vor Inbetriebnahme des entsprechenden Motors, der Turbine oder des Strahltriebwerkes und/oder während entsprechender Wartungsmaßnahmen geschehen.
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Die Dosierung im ppm-Bereich kann beispielsweise über die Dimensionierung der Austrittsfläche einer Additiveinführeinrichtung erzielt werden. Mit anderen Worten, die Austrittsfläche einer derartigen Einrichtung wird hierbei so eingestellt, dass sich die gewünschte Dosierung im ppm-Bereich ergibt. Als Additiveinführeinrichtung kann hierbei beispielsweise eine Nadel oder eine Lanzette verwendet werden.
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Die Dosierung im ppm-Bereich kann aber auch über die Dimensionierung der Querschnittsfläche eines Additivzuführkanals erreicht werden. Mit anderen Worten, bei dieser Ausführungsform erfolgt die entsprechende Einstellung zur Dosierung bereits vor dem Austrittspunkt des Additivs, beispielsweise über eine geeignete Ventileinrichtung, wie eine Ventildüse. Ein solches Ventil kann beispielsweise in einem einen Behälter für das Additiv mit dem Luftkanal verbindenden Kanal (Rohr, Schlauch etc.) angeordnet sein.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Additiv aus einem im Luftkanal oder im Luftfilter oder im Luftfilterkasten angeordneten Behältnis dem Luftstrom zugeführt. Ein solches Behältnis kann beispielsweise Perforationen aufweisen, über die das Additiv angesaugt und in den Luftkanal, in den Luftfilter oder in den Luftfilterkasten eingeführt wird. Ebenso kann das Behältnis mindestens eine poröse Wand besitzen, durch die das Additiv strömen kann. Die entsprechenden Perforationen und/oder Poren sind hierbei so bemessen, dass eine Dosierung des Additivs im ppm-Bereich erreicht wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Additiv als flüssiges Additiv oder als in den gasförmigen Zustand überführtes Additiv dem Luftstrom zugeführt werden. Erfindungsgemäß wird daher ein Aerosol erzeugt, das entweder flüssige Additivpartikel im Luftstrom oder gasförmige Additivpartikel im Luftstrom enthält. Diese Partikel werden dem Luftstrom so beigemischt, dass ihr Anteil bezogen auf die entsprechende Volumeneinheit des Luftstromes im ppm-Bereich liegt.
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Bei Einführung des Additivs im flüssigen Zustand wird dieses eingespritzt oder eingedüst. Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Additiv zuerst verdampft und dann im gasförmigen Zustand dem Luftstrom zugeführt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Additiv durch Regelung der Verdampfungsmenge dosiert werden kann. Durch Regelung der entsprechenden Temperatur kann dabei die Verdampfungsmenge geregelt werden. Die Temperatur kann in Abhängigkeit von Betriebsparametern z. B. mithilfe eines Temperaturreglers so geregelt werden, dass die gewünschte Dosierung in Abhängigkeit von den entsprechenden Betriebsparametern erzielt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Additiv Vibrationen ausgesetzt und hierdurch dosiert. Dies kann beispielsweise mithilfe von Ultraschallvibrationen durchgeführt werden. Mit derartigen Vibrationen kann insbesondere das in einem Behälter angeordnete Additiv beaufschlagt werden.
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Es versteht sich, dass entsprechende Regelungsverfahren für die Feindosierung des Additivs einzeln oder in Kombination miteinander Anwendung finden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige Treibstoffadditive geeignet, die im feindosierten Zustand der Verbrennungsluft zugeführt werden müssen bzw. sollen. Die Zuführung des Additivs zum Luftstrom der Verbrennungsluft wird dadurch erreicht, dass das Additiv im flüssigen oder gasförmigen Zustand durch den angesaugten oder eingedrückten Verbrennungsluftstrom nach dem Strahlpumpenprinzip in den Luftstrom gezogen und mit diesem vermischt wird. Dabei wird die Dosierung des Additivs so eingestellt, dass eine Zumischung im ppm-Bereich erreicht wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Einführung eines Treibstoffadditivs in den Luftkanal eines Verbrennungsmotors, einer Turbine oder eines Strahltriebwerkes, über den Verbrennungsluft angesaugt oder eingedrückt wird.
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Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Behältnis für das Additiv und eine mit dem Behältnis in Verbindung stehende oder Teil des Behältnisses bildende Einführeinrichtung für das Additiv in den Luftkanal umfasst, die so dimensioniert ist, dass das Additiv mit einer Dosierung im ppm-Bereich in den Luftkanal gezogen und dem Verbrennungsluftstrom beigemischt wird.
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Vorzugsweise weist die Einrichtung eine Regeleinrichtung zur Dosierung des zugeführten Additivs auf, die eine manuelle oder automatische Einstellung der Dosierung ermöglichen kann, wie vorstehend ausgeführt. Um die Dosierung im ppm-Bereich zu erreichen, kann beispielsweise die Austrittsfläche oder Querschnittsfläche der Einführeinrichtung für das Additiv entsprechend dimensioniert sein. Die Einführeinrichtung kann hierzu beispielsweise eine Nadel oder Lanzette umfassen, die im Luftkanal angeordnet ist oder in diesen hineinragt. Auch kann die Einführeinrichtung ein Ventil aufweisen, beispielsweise eine Ventildüse, um die entsprechende Dosierung einzustellen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Einrichtung umfasst das Additivbehältnis ein im Luftkanal, im Luftfilter oder im Luftfilterkasten angeordnetes Behältnis mit perforierter und/oder poröser Wand, durch die das Additiv aufgrund des vorbeiströmenden Luftstromes in den Luftkanal eingezogen werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Einführung eines Treibstoffadditivs;
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2 eine Darstellung entsprechend 1 einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine Darstellung entsprechend 1 einer dritten Ausführungsform; und
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4 eine Darstellung entsprechend 1 einer vierten Ausführungsform.
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Die nachfolgenden Beispiele betreffen einen Verbrennungsmotor. Entsprechende Ausgestaltungen können jedoch auch an einer Turbine, einem Strahltriebwerk oder einer entsprechenden Einrichtung, bei der Verbrennungsluft mit einem Treibstoff vermischt wird, vorgenommen werden.
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1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 1, dem Verbrennungsluft über einen Luftkanal 2 zugeführt wird. Die Treibstoff- bzw. Kraftstoffzuführung für den Verbrennungsmotor ist hier nicht dargestellt. Die dargestellte Einrichtung besitzt ein Behältnis 3 zur Aufnahme eines Treibstoffadditivs, das aus dem Behältnis 3 in den Luftkanal 2 eingeführt wird. Hierzu ist eine Düsennadel 4 vorgesehen, die vom Behältnis 3, ggf. unter Zwischenschaltung einer entsprechenden Leitung, in den Luftkanal 2 mündet. Die Austrittsfläche der Düsennadel 4 ist hierbei so dimensioniert, dass durch den vom Verbrennungsmotor 1 durch den Luftkanal 2 angesaugten Luftstrom 7 ein Strahlpumpeneffekt generiert wird, durch den das Treibstoffadditiv über die Düsennadel 4 mit einer im ppm-Bereich liegenden Dosierung in den Luftkanal 2 gezogen und dort mit dem Luftstrom vermischt wird. Pro Volumeneinheit Luft werden daher im ppm-Bereich liegende Anteile an Treibstoffadditiv dem Luftstrom beigemischt. Das Treibstoffadditiv wird daher nicht durch Pumpendruck eingespritzt.
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Bei der in 2 schematisch dargestellten Ausführungsform besitzt die Einführeinrichtung für das Treibstoffadditiv einen von einem Additivbehältnis 3 ausgehenden Schlauch 6, in dem eine Ventildüse 5 angeordnet ist, mittels der eine entsprechende Dosierung des Additivs erfolgt. Der Schlauch 6 mündet in den Luftkanal 2. Durch den vom Verbrennungsmotor 1 durch den Luftkanal 2 angesaugten Luftstrom 7 wird das Additiv aus dem Behältnis 3 über die Ventildüse 5 und den Schlauch 6 in den Luftkanal 2 gezogen und dort mit dem Luftstrom vermischt. Durch Einstellung der Ventildüse 5 wird eine Dosierung im ppm-Bereich erreicht.
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Bei der schematisch in 3 gezeigten Ausführungsform ist ebenfalls ein zu einem Verbrennungsmotor 1 führender Luftkanal 2 vorgesehen. Im Luftkanal 2 ist ein Luftfilter oder ein Luftfilterkasten 8 schematisch dargestellt, in welchem sich ein Additivbehältnis 9 befindet, das mindestens eine poröse Wand (bei 10 schematisch dargestellt) aufweist. Durch den vom Verbrennungsmotor 1 angesaugten Luftstrom 7 wird sich im Behältnis 9 befindendes Additiv durch die poröse Wand 10 in den Luftkanal 2 gezogen und dort mit dem Luftstrom 7 vermischt. Die poröse Wand 10 ist hierbei vorzugsweise auf der Seite des Behältnisses angeordnet, die dem Motor zugewandt ist, so dass keine Luft in das Behältnis eindringen kann.
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Bei der Ausführungsform der 4 befindet sich das Behältnis 9 mit der porösen Wand 10 in Luftströmungsrichtung vor dem Luftfilter oder vor dem Luftfilterkasten 8. Diese Ausführungsform funktioniert jedoch im Übrigen wie die Ausführungsform der 3.
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Zur Dosierung bzw. zur Unterstützung der Dosierung des Additivs können entsprechende Hilfseinrichtungen vorgesehen sein, die in den Figuren nicht dargestellt sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Einrichtung zur Temperaturregelung des Additivs oder um ein Ultraschallvibrationsgerät im Behältnis für das Additiv handeln. Das Additiv kann im Behältnis verdampft werden und im gasförmigen Zustand dem Luftstrom beigemischt werden. Auch kann durch Erzeugung von entsprechenden Vibrationen die Dosierung gesteuert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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