DE2056131A1 - Operating petrol engines - with additional substance in the fuel supply - Google Patents

Description

• Betr.: Patentanmeldung in D.
• "Verfahren zum Betrieb von Otto-Motoren" Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb insbesondere von Otto-Motoren mit Hilfe eines Treibstoff-Luftgemisches, wobei als Treibstoff vorzugsweise Benzin verwendet wird.
• Die bekannten Treibstoff-Luftgemische enthalten TreibstoffUberschüsse zwischen 10 und 15 zog Der Betrieb von Otto-Motoren mit solchen treibstoffreichen Gemischen führt aber infolge unvollständiger Verbrennung zur Bildung von Kohlenoxyd und zu unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Die Verbrennungsgeschwindigkeit ist so gering, daß in erheblichem Umfang Stickoxyde erzeugt werden. Wird dagegen mit Luftüberschuss gearbeitet, wie dies für eine vollständige Verbrennung erwünscht ist, so wird die Verbrennungsgeschwindigkeit so stark herabgesetzt, daß Nachbrennen im Expansionshub erfolgt, was zu einem Ueberhitzen des Motors führt. Eine noch weitere Erhöhung des Luftanteils führt zu Zündschwierigkeiten.
• Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daf3 ein Verfahren zum Betrieb von Otto-Motoren mit einem Treibstoff-Luftgemisch geschaffen wird, bei dem als Treibstoff vorzugsweise Benzin verwendet wird, und bei dem ferner erfindungsgemöß der Luftanteil mindestens so groß als bezüglich CO und H 0 stöchiometrisch notwendig ist, 2 2 während mindestens ein Stoff zugesetzt wird, der bei diesem hohen Luftanteil dem Gemisch die notwendige Zündfähigkeit und Verbrennungsge schwindigkeit verleiht.
• Durch die Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit wird erfahrungsgemäß insbesondere ein starkes Absinken des Gehaltes an Stickoxyden im Abgas bewirkt.
• Besonders zweckmäßig ist es, als Zusatz Wasserstoff zu verwenden.
• Auch organische Verbindungen, insbesondere organische Sauerstoffverbindungen, eignen sich zur Verwertung als Zusatzstoffe im Sinne der Erfindung, wenn sie die Verbrennungsgeschwindigkeit steigern.
• Als organische Sauerstoffverbindung wird zu diesem Zweck Dimethoxyäthan, insbesondere aber 1, 1-Dimethoxyäthan vorgeschlagen.
• Auch Diäthyläther und Dimethyläther kommen zur Verwendung als Zusatzstoffe im Sinne der Erfindung in Frage.
• Ferner noch die Verbrennungsgeschwindigkeit steigernde Spaltprodukte des Dimethoxyäthans und/oder des Dimethoxypropans.
• So verwendbare Spaltprodukte können mindestens einer der folgenden Stoffe sein: Radikale, sowie Kohlenwasserstoffe und von letzteren insbesondere Methan, Methan, Äthylen oder dgl.
• Hinsichtlich der Eigenschaften für die Zusatzstoffe ist es zweckmäßig, wenn sie in Benzin löslich oder zumindest mit Benzin mischbar sind.
• Besonders günstig ist es ferner, wenn die organischen Sauerstoffverbindungen mit Benzin mischbar sind oder wenn nach einem anderen Vorschlag die Zusatzstoffe gasförmig sind um damit besondere Verfahrensabwandlungen durchführen zu können.
• Die dem zu verbrennenden Gemisch zuzusetzende Menge an Wasserstoff wurde durch Versuch ermittelt. Sinnvoll ist es, nur soviel Wasserstoff zu verwenden wie zur vollständigen Durchzündung erforderlich ist, bei einem Gemisch, das mindestens stöchiometrisch ist in Bezug auf C02 und H20, also ohne allzuviel Luftüberschuß.
• Es wurde zum Versuch ein Motor verwendet, dessen Benzinzufuhr so stark gedrosselt wurde, daß die Zündung durch die Zündkerze aussetzte.
• Dann wurden dem Gemisch zwei Vol.Z Wasserstoff, bezogen auf das Gesamtgemisch zugegeben, worauf der Motor wieder einwandfrei lief. Luftüberschuß 10 . Die Analyse der Auspuffgase ergab: CO2 11,9 Vor.% CO 0,0 Vol.% O2 2,1 Vor.% Kohlenwasserstoffe waren nicht nachweisbar. Zweckmäßig ist es dananch, bezogen auf das Gesamtgemisch, zwei Vol.SO Wasserstoff zuzusetzen und mit 10 So Luftüberschuß zu fahren.
• Durch einen anderen Versuch wurde die Menge von 1,1 Dimethoxyäthan bestimmt und der erforderliche Luftüberschuß,um günstige Ergebnisse zu erzielen. Dabei wurde wiederum ein Motor, dessen Treibstoffzufuhr so stark gedrosselt wurde, daß die Zündung durch die Zündkerze aussetzte, verwendet. Nach dem Zusatz und bei 5 % Luftüberschuß lief der Motor einwandfrei weiter. Die Analyse der Auspuffgase ergab: CO2 14,6 Vol.% CO 0,0 Vol.SO 02 1,0 Vol.% Kohlenwasserstoffe waren nicht nachweisbar0 Aufgrund dieser Versuche erscheint es beim Verfahren nach der Erfindung vorteilhaft zu sein, den Luftüberschuß zwischen 5 und 10 % über dem stöchiometrischen Wert zu wählen.
• Eine Abwandlung des Verfahrens besteht darin, daß die zur Wasserstofferzeugung benötigte thermische Energie den Auspuffgasen des Motors entnommen wird.
• Es ist ferner möglich, das Gemisch bereits vor dem Zylinder durch die thermische Energie der Auspuffgase zu zerlegen. Dadurch kann die Wirksamkeit der Verbindungen erhöht werden.
• Schließlich muß man sich auch überlegen, wie man am besten zu den Zusatzstoffen, zunächst mal zu Wasserstoff gelangt. Man könnte Druckflaschen verwenden, was umständlich ist,oder einen,für die Zwecke der Erfindung besonders geeigneten wirtschaftlichen und leichten Wasserstoff-Generator. Ein anderer Weg, den die Erfindung ferner vorschlägt geht dahin, die, die Verbrennungsgeschwindigkeit steigernden Stoffe im Verbrennungsraum selbst zu erzeugen.
• Die gute Zündbarkeit des luftreichen Gemisches nach der Erfindung, insbesondere bei Zusatz von Wasserstoff, ermöglicht die Verwendung einer Vorkammer, die in direkter Verbindung mit dem Verbrennungs raum angeordnet ist und in der sich die Zündkerze befindet, Die nach der Zündung aus der Vorkammer au strömenden heißen Verbrennungsgase bewirken eine starke Verwirbelung des Gemisches im Verbrennungsraum und damit eine weitere Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit, sodaß auch der Anfall von Stickoxyden weiter reduziert wird.
• Deshalb wird durch die Erfindung ferner vorgeschlagen, das Gemisch in einer Vorkammer zu zünden. Die Verwendung von solchen Vorkammern für diesen Zweck, scheiterte bisher an der mangelnden Zündfähigkeit der mageren Treibstoff-Luftgemische.
• Der oder die Zusatzstoffe des Treibstoff-Luftgemisches können aber au i hinter dem Treibstoff-Vergaser beigemischt werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Zusatzstoffe gasförmig sind.
• Der benötigte Wasserstoff kann durch pyrolytisches oder katalytisches Aufspalten von Kohlenwasserstoffen oder deren Verbindungen hergestellt werden.
• Die als Zusatzstoffe geeigneten Spaltprodukte können nach weiteren Vorschlägen der Erfindung entweder durch thermische Zersetzung von l,l-Dimethoxyäthan oder 2,2-Dimethoxypropan erzeugt werden.
• Sämtliche im Text und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale und alle ihre Kombinationen sind erfindungswesentlich.

Claims (30)

1. Betr.:

   Patentanmeldung in D.

   "Verfahren zum Betrieb von Otto-Motoren" Patentansprüche Verfahren zum Betrieb von Otto-Motoren mit einem Treibstoff-Luftgemisch, wobei als Treibstoff vorzugsweise Benzin verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftanteil bezüglich CO und H20 2 2 mindestens so groß ist, wie der stöchiometrische Luftanteil und dem Treibstoff-Luftgemisch mindestens ein Stoff zugesetzt wird, der bei hohem Luftanteil zündbar ist und die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gesamtgemisches erhöht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff zugesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoffe die Verbrennungsgeschwindigkeit steigernde organische Verbindungen verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoffe die Verbrennungsgeschwindigkeit steigernde organische Sauerstoffverbindungen verwendet werden.
5. 5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Sauerstoffverbindung Dimethoxyathan verwendet wird.

   5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Benzin l,l-Dimethoxyäthan zugesetzt wird.
6. 6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Diäthyläther verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Dimethylöther verwendet wird.
8. 8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit steigernde Spaltprodukte des Dimethoxyathans verwendet werden.
9. 9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoffe die Verbrennungsgeschwindigkeit steigernde Spaltprodukte von Dimethoxypropan verwendet werden.
10. 10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der folgenden Spaltprodukte verwendet wird: Radikale, Kohlenwasserstoffe und von letzteren insbesondere Methan, Äthan, Äthylen oder dgl.
11. 11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Benzin lösliche Zusatzstoffe verwendet werden.
12. 12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Benzin mischbare Zusatzstoffe Verwendung finden.
13. 13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Benzin mischbare organische Sauerstoffverbindungen zugesetzt werden.
14. 14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe gasförmig sind.
15. 15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur soviel Wasserstoff zugegeben wird, als zur einwandfreien Durchzündung des Gemisches erforderlich ist.
16. 16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf das Gesamtgemisch zwei Vor.% Wasserstoff zugesetzt werden.
17. 7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 20 So 1,1-Dimethoxytithan zugesetzt werden.
18. 18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftüberschuß 5 bis 10 % über dem stöchiometrischen Wert liegt.
19. 19. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wasserstofferzeugung benötigte thermische Energie den Auspuffgasen des Motors entnommen wird.
20. 20. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bereits vor dem Zylinder durch die thermische Energie der Auspuffgase zerlegt wird.
21. 21. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit steigernden Stoffe im Verbrennungsraum selbst erzeugt werden.
22. 22. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einer Vorkammer gezündet wird.
23. 23. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Zusatzstoffe dem Treibstoff-Luftgemisch hinter dem Treibstoff-Vergaser beigemischt werden.
24. 24. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benötigte Wasserstoff durch pyrolytisches Aufspalten von Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.
25. 25. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benötigte Wasserstoff durch katalytisches Aufspalten von Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.
26. 26. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benötigte Wasserstoff durch pyrolytisches Aufspalten von Kohlenwasserstoffverbindungen erzeugt wird.
27. 27. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benötigte Wasserstoff durch katalytisches Aufspalten von Kohlenwasserstoffverbindungen erzeugt wird.
28. 28. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benötigte Wasserstoff durch Aufspalten üblicher Motorentreibstoffe, insbesondere Benzin, erzeugt wird,
29. 29. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benötigte Wasserstoff durch katalytische Methanol-Wosserumsetzung erzeugt wird.
30. 30. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltprodukte durch thermische Zersetzung von l,l-Dimethoxyathan erzeugt werden.

    31o Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltprodukte durch thermische Zersetzung von 2,2-Dimethoxypropan erzeugt werden.