DE102017122051A1

DE102017122051A1 - Verfahren zur Senkung von Schadstoffemissionen aus Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE102017122051A1
Application number: DE102017122051.8A
Authority: DE
Inventors: Bodo M. Wolf
Original assignee: BW-ENERGIESYSTEME GmbH; BW Energiesysteme GmbH
Current assignee: BW-ENERGIESYSTEME GmbH; BW Energiesysteme GmbH
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absenkung der Emissionen, insbesondere von Stickoxiden und Feinstaub, aus mit flüssigen Kohlenwasserstoffen betriebenen Verbrennungskraftmaschinen. Die Zielstellung der Erfindung ist eine einfache technische Lösung, geeignet für die Nachrüstung von Antriebssystemen des Standes der Technik, gekennzeichnet durch Entnahme des Kraftstoffs aus dem systemintegrierten Tank über eine Druckerhöhungspumpe und die Zuführung des Kraftstoffs über eine rekuperative Vorwärmung zum Einspritzsystem der Verbrennungskraftmaschine ohne Vorverdampfung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Senkung von Schadstoffemissionen aus Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, die mit flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie Benzin, Diesel oder Kerosin, betrieben werden.
Das Einsatzgebiet der Erfindung ist die stationäre und mobile Erzeugung von technischer Arbeit in allen gesellschaftlichen Bereichen.
Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, stehen derzeit wegen hoher Emissionen an Feinstaub und Stickoxiden unter heftiger gesellschaftlicher Kritik wegen Umweltverschmutzung und Gesundheitsgefährdung, obwohl beim Stand der Technik solche Maschinen einen hohen Anteil der im zugeführten chemischen Enthalpie in technische Arbeit umwandeln und damit spezifisch weniger Kohlendioxid emittiert. Andere Kraftprozesse, wie Gasturbinen, erreichen das nicht.
Die Ursachen der unerwünschten Emissionen der Motoren sind begründet in der Zusammensetzung der Kraftstoffe, z.B. hohe Anteile an Aromaten, und in der Art und Weise ihrer Vermischung mit der Verbrennungsluft, die bei der Direkteinspritzung durch die Beladung der Verbrennungsluft mit Aerosolen erfolgt.
Es ist bekannt, dass einerseits die Stickoxidemissionen mit steigender Verbrennungstemperatur zunehmen, aber andererseits hohe Verbrennungstemperaturen erforderlich sind, um die durch Einspritzung eingetragenen Aerosole aufzulösen und die Kohlenwasserstoffe vollständig zu verbrennen. Mit der Patentanmeldung DE 102006051946A1 wurde ein Vorschlag unterbreitet, die Kraftstoffvermischung mit der Verbrennungsluft zu verbessern, indem dem Kraftstoff zwischen der Einspritzpumpe und der Einspritzdüse Wärmeenergie zugeführt werden soll. Obwohl nachgewiesen wurde, dass mit diesem Vorschlag eine deutliche Verringerung, insbesondere des Feinstaubaustrages bei Dieselmaschinen, erreicht wurde, wurde er von der Industrie nicht aufgegriffen, weil gravierende Änderungen in den Einspritzsystemen des Standes der Technik notwendig gewesen wären.
Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der Verbrennung in Verbrennungsmotoren, bei denen der Eintrag der Kraftstoffe in den Brennraum durch Druckerhöhungspumpen erfolgt. Die Zielstellung der Erfindung ist die Lösung der Aufgabe durch eine einfache technische Lösung, die es gestattet, vorhandene Einspritzsysteme nachzurüsten.
Die Zielstellung der Erfindung wird erreicht und die Aufgabe gelöst, indem erfindungsgemäß der Kraftstoff aus dem Tank dem vorhandenen Einspritzsystem über eine Druckerhöhungspumpe entnommen und über eine rekuperative Vorwärmung dem Einspritzsystem zugeführt wird. Die Vorwärmung erfolgt durch Motorabwärme oder elektrisch und wird erfindungsgemäß so eingestellt, dass die Temperatur des Kraftstoffes unterhalb der druckspezifischen Verdampfungstemperatur des Kraftstoffes liegt und zwischen der Druckerhöhungspumpe und dem Einspritzsystem keine Vorverdampfung erfolgt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absenkung der Emissionen, insbesondere von Stickoxiden und Feinstaub, aus mit flüssigen Kohlenwasserstoffen betriebenen Verbrennungskraftmaschinen. Mit dem Ziel einer einfachen technischen Lösung, geeignet für die Nachrüstung von Antriebssystemen des Standes der Technik, wird Kraftstoff aus dem systemintegrierten Tank über eine Druckerhöhungspumpe entnommen und über eine rekuperative Vorwärmung dem Einspritzsystem der Verbrennungskraftmaschine ohne Vorverdampfung zugeführt. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Senkung von Schadstoffemissionen aus Verbrennungskraftmaschinen dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kraftstofftank und Einspritzsystem eine Druckerhöhungspumpe und eine rekuperative Beheizung des Kraftstoffes angeordnet sind, wobei die Beheizung die Temperatur Kraftstoffes so anhebt, dass diese unter der Siedetemperatur des im Druck erhöhten Kraftstoffes liegt.
Der wirtschaftliche Vorteil der Erfindung besteht in der Absenkung der Schadstoffemissionen sowohl in Bezug auf Feinstaub als auch Stickoxide, damit in einem Beitrag zur Entlastung der Umwelt insbesondere in stark verkehrsbelasteten Ballungsräumen und in der Binnenschifffahrt und damit in der Vermeidung von Nutzungsbeschränkungen von Motoren.
Ausführungsbeispiel:
Die Erfindung wird beispielhaft wie folgt an einem Dieselmotor mit einem Durchschnittsverbrauch von 8 Liter Diesel/100 km beschrieben.
Die Druckerhöhung durch die Druckerhöhungspumpe erfolgt auf den Sattdampfdruck entsprechend einer Siedetemperatur von 250 °C, während die rekuperative Vorwärmung des Kraftstoffs zwischen der Druckerhöhungspumpe und der Pumpe des Einspritzsystems auf 200 °C erfolgt. Die rekuperative Vorwärmung des Kraftstoffs wird durch elektrische Beheizung realisiert. Der Bedarf an elektrischer Heizwärme ist im Anwendungsbeispiel kleiner als 0,30 kWh/100 km und beträgt damit einen Bruchteil der für die Einspritzung erforderlichen technischen Arbeit.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstofftank
2: Druckerhöhungspumpe
3: Elektrische Kraftstoffbeheizung
4: Einspritzsystem mit Einspritzpumpe
5: Verbrennungskraftmaschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006051946 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Senkung von Schadstoffemissionen aus Verbrennungskraftmaschinen dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kraftstofftank und Einspritzsystem eine Druckerhöhungspumpe und eine rekuperative Beheizung des Kraftstoffes angeordnet sind, wobei die Beheizung die Temperatur Kraftstoffes so anhebt, dass diese unter der Siedetemperatur des im Druck erhöhten Kraftstoffes liegt.