DE2159837A1

DE2159837A1 - Verfahren zum betreiben von brennkraftmaschinen, insbesondere verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2159837A1
Application number: DE2159837A
Authority: DE
Inventors: Fedor Lange; Gerhard Lange
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1971-12-02
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1973-06-07
Also published as: JPS4875925A; IT973806B; FR2164170A5

Description

MESSER GRIESHEIM GMBH FMG 643

6000 Frankfurt/Main

Kennwort: Og-Motor
Erfinder: F. Lange, G. Lange

Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, wobei einem Verbrennungsraum Brennstoff und Verbrennungsmittel zugeleitet werden.

Bei Brennkraftmaschinen wird - wie allgemein bekannt - Brennstoff (beispielsweise Benzin oder Dieselöl) und Luft einem Verbrennungsraum (Zylinder) zugeleitet, dort komprimiert sowie gezündet und durch die dabei frei werdende Energie ein Kolben bewegt. Danach werden die aufgrund der Verbrennung entstandenen Abgase aus dem Zylinder in die Atmosphäre gedrückt .

Infolge unvollständiger Verbrennung enthalten die Abgase belästigende oder schädigende Bestandteile, beispielsweise CO, Stickoxyde, CO₂ sowie Bleiverbindungen. Um diese Bestandteile der Abgase möglichst gering zu halten, werden beispielsweise die Abgase "nachverbrannt¹¹, wobei Luft oder Sauerstoff als Verbrennungsmittel dienen. Ferner ist es möglich, durch geeignete Maßnahmen am Motor (Zündzeitpunkt-, Vergasereinstellung) sowie beim Brennstoff diese Schadensstoffe klein zu halten.

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Eine-andere Möglichkeit, "monoxydarmes Abgas" zu bekommen, wäre eine Änderung des Brennstoff-Luft-Gemisches, wobei der Luftanteil vergrößert wird, um die Verbrennung zu verbessern. Durch Vergrößerung des Luftanteiles ist aber wiederum bedingt, daß die Zündfähigkeit des Gemisches stark abnimmt bzw. ganz aufhört. Es kommt hinzu, daß die Motorleistung abnimmt.

Die Leistung der Motoren durch einfache Maßnahmen zu verbessern ist neben dem "Abgasproblem" eine weitere Forderung,, die an die Industrie gestellt wird.

So wurden beispielsweise die Verbrennungsräume'besonders gestaltet sowie die Brennstoffzufuhr und der Zündzeitpunkt elektronisch geregelt. Außer diesen bereits in der Praxis bewährten Verbesserungen wurde vorgeschlagen, die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern und zwar durch ozonisierte Verbrennungsluft (Deutsche Patentschrift 324 294), durch Verwendung eines Verbrennungsmittels mit relativ hohem Säuerstoffanteil (mehr als 30 Vol.-#, Schweizer Patentschrift 2β2 0β9) bzw. durch Verwendung von reinem gasförmigem oder flüssigem Sauerstoff als Verbrennungsmittel.

Die letztgenannten Leistungssteigerungsmaßnahmen sind jedoch unwirtschaftlich, insbesondere bei Anwendung in Fahrzeugen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die schädigenden Bestandteile im Abgas auf ein Minimum zu reduzieren und gleichzeitig eine Leistungssteigerung bei geringem wirtschaftlichem Aufwand zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß dem Brennstoff ein Verbrennungsmittel mit einem Sauerstoffvolumenanteil, welcher relativ gering über dem in Luft enthaltenen Sauerstoffvolumenanteil liegt, zugeführt wird..

Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene geringfügige Erhöhung des Säuerstoffvolumenanteils bewirkt eine Reduzierung der

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schädlichen Bestandteile im Abgas sowie gleichzeitig eine Leistungssteigerung, wie auch aus dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm und der dazugehörigen Beschreibung hervorgeht.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Sauerstoffvolumenanteil im Verbrerinungsmittel in einem Bereich zwischen etwa 21,1 % und etwa 23,0 % liegt.

Bei Viertakt-Otto-Motoren liegt der günstigste Bereich zwischen ca. 21,2 % und 21,5 Vol.-# und bei Kreiskolbenmotoren zwischen ca. 21,1 und 21,6

Dieser Sauerstoffvolumenanteil ist geringfügig größer als der Sauerstoffvolumenanteil (21 %) der Luft, so daß vorteil- ™ haft eine einfache Erzeugung des Verbrennungsmittels mit dem erfindungsgemäßen Sauerstoffgehalt möglich wird.

Bevorzugt wird gemäß der Erfindung hierzu vorgeschlagen, daß in den Ausgangskanal eines Motors reiner, gasförmiger Sauerstoff geleitet wird, wobei die zugeführte Menge zwischen etwa 0,01 und 0,8 nr pro Stunde beträgt.

Dieser Sauerstoff vermischt sich mit der angesaugten Luft und es wird das erfindungsgemäße Verbrennungsmittel gebildet.

Es ist selbstverständlich aber auch möglich, den reinen Sau- φ erstoff anstatt in den Ansaugkanal in den Diffusor des Vergasers oder direkt dem Verbrennungsraum zuzuführen.

Der reine Sauerstoff wird vorteilhaft aus einer mit der Brennkraftmaschine verbundenen handelsüblichen Sauerstoffflasche entnommen. Durch die erfindungsgemäße geringfügige erforderliche Sauerstoffmenge wird es vorteilhaft möglich, bei Jedem handelsüblichen Kraftfahrzeug eine kleine Sauerstoffflasche mitzuführen, die beispielsweise eine Sauerstoffmenge von ca. 2 Nm enthält. .

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Diese Menge reicht aus, um einem Verbrennungsmotor den erforderlichen zusätzlichen Sauerstoff zuzuführen für die Dauer der mit einer Brennstofftankfüllung erreichbaren Betriebszeit (normale Betriebsbedingungen) des Verbrennungsmotors.

Um den sich ändernden Betriebszuständen (Leerlauf, Teillast, Vollast) die jeweilig erforderliche Sauerstoffmenge zuzuführen, wird bevorzugt die Größe der 0 -Menge über einen Mengen/ Druck-Regler (wie er in Treibgasanlagen vorgesehen ist) bestimmt.

Ferner ist es möglich, den Sauerstoff nicht aus einer Flasche; in welcher er gasförmig oder flüssig gespeichert wird, zu entnehmen, sondern aus einem Elektrolyse-Apparat oder aus einer anderen, Sauerstoff erzeugenden Einrichtung. Darüberhinaus ist es möglich, das erfindungsgemäße Verbrennungsmittel aus der angesaugten.Luft zu gewinnen, in der Art, daß über geeignete Filter der Stickstoffanteil gesenkt und dadurch ein entsprechend der Erfindung vorgeschlagener Sauerstoffvolumenanteil erreicht wird. Als Filter werden Aktivkohle- und Silikonfilter (Silikon-Kautschuk-Filter) oder dia- bzw. paramagnetische Filter sowie Molekularsiebe, bei denen mindestens ein Teil der Natriumionen durch Calzium ersetzt ist, vorgeschlagen.

In der Zeichnung veranschaulicht

Fig. 1 ein Ausführungsbeisp.iel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 ein Diagramm über-die Abhängigkeit des CO-Anteiles im Abgas und der Leerlauf-Drehzahl vom Zusatz-Sauerstoff volumen;

Fig. 3 ein Diagramm über die Abhängigkeit des CO-Anteiles im Abgas vom Zusatz-Sauerstoffvolumen bei belastetem Motor.

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In Pig. 1 ist ein Motor mit 10 bezeichnet, an dem über eine Leitung 11 ein Vergaser 12 befestigt ist. Der Vergaser 12 steht mit einem Brennstofftank 13 in Verbindung. Ferner ist an die Ansaugleitung 14 des Vergasers 12 über eine Leitung ein Sauerstoffbehälter 1β angeschlossen. Im Verlauf der Leitung 15 ist ein Mengenregler 17 vorgesehen, welcher brennst off mengenabhängig geregelt wird.

Durch diese in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung wird erreicht, daß in dem Vergaser 12 dem Brennstoff (Benzin) aus Tank 13 als Verbrennungsmittel sowohl Luft als auch eine geringe Menge Sauerstoff zugeführt wird, so daß entsprechend unserer Erfindung der Sauerstoffanteil im Verbrennungsmittel relativ gering über dem in Luft enthaltenen Sauerstoffanteil liegt.

In dem in Fig. 2 veranschaulichten Diagramm ist auf der Abszisse A der im Abgas enthaltene schädliche CO-Anteil in -#, auf der Abszisse B die Leerlaufdrehzahl in U/min

und auf der Ordinate C die pro Stunde zugeführte Sauerstoffmenge in m aufgetragen.

Die im Diagramm strichpunktiert (CO-Kennlinie) bzw. punktiert (Leerlaufdrehzahl-Kennlinie) gezeichneten Kennlinien beziehen sich auf einen Motor 10 mit folgenden Daten:

Viertakt-Otto-Motor^^R^, 1750 cm³, 100 PS bei 5500 U/min;

die durchgehend (CO-Kennlinie) bzw. gestrichelt (Leerlaufdrehzahl -Kennlinie) gezeichneten Kennlinien auf einen Motor 10 mit folgenden Daten:

Kreiskolbenmotor, Kammervolumen 2 χ 500 cm , 115 PS bei 5500 U/min.

Wie aus der strichpunktiert bzw. punktiert gezeichneten Kennlinie hervorgeht, ergibt sich bei einem Sauerstoffzusatz von

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-O-

0,25 *m /h bei dem Otto-Motor eine Herabsetzung des CO-Anteils jeweils gemessen im Auspuff 18 (30 cm vor der Austrittsöffnung) von 0,6 auf 0,24 Vol.-# bei gleichzeitiger Steigerung der Drehzahl von 500 auf 600 U/min.

Durch die zusätzliche Sauerstoffzufuhr von 0,25 nr/h wurde dem Motor ein Verbrennungsmittel (Luft und Sauerstoff) mit einem Sauerstoffvolumenanteil, welcher etwa 0,4 % über dem in Luft enthaltenen Säuerstoffvolumenanteil liegt, zugeführt.

Auch bei Kreiskolbenmotoren wird eine Senkung des CO-Anteiles im Abgas erreicht (she. durchgehend gezeichnete Kennlinie), und zwar bei einer Zufuhr von 0,5 m /h verringert sich der CO-Anteil von 2,5 Vol.-^ auf 1,25 Vol.-# bei gleichzeitiger Steigerung der Leerlaufdrehzahl (she. gestrichelte Kennlinie) von 1100 auf 1250 U/min.

Durch die zugesetzte Sauerstoffmenge von 0,5 nr pro Stunde wurde dem Motor ein Verbrennungsmittel mit»21,2 Vol.-# Sauerstoff zugeführt.

In dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm sind Kennlinien des CO-Anteiles im Abgas veranschaulicht in Abhängigkeit von dem über die Leitung 15 zugeführten zusätzlichen Sauerstoff und bei belastetem Motor 10 (Kreiskolbenmotor). Wie aus dem Diagramm hervorgeht, wird der CO-Anteil bei einer Zufuhr von 0,25 mVh von 2,4 auf 2,0 Vol.-# (Lastdrehzahl 1000 U/min) bzw. von 2,6 auf 2,2 Vol.-# (Lastdrehzahl 2000 U/min) gesenkt .

Außer der Reduzierung des CO-Anteiles wurde bei einer Dauerbelastung (100 km Fahrt) bei einer Zufuhr von 0,5 nr/h zusätzlichen Sauerstoffs in den Ansaugkanal des Luftfilters der Verbrauch an Brennstoff gesenkt.

Die Erfindung ist außer bei Viertakt-Otto-Motoren und Kreiskolbenmotoren selbstverständlich auoh bei anderen Verbrennungs-

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kraftmasohinen wie beispielsweise Zweitakt- bzw. Dieselmotoren verwendbar.

I.12.I971 Be/sn

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Claims

Ansprüche

Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, wobei einem Verbrennungsraum Brennstoff und Verbrennungsmittel zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff ein Verbrennungsmittel mit einem Säuerstoffvolumenanteil, welcher relativ gering über dem in Luft enthaltenen Säuerstoffvolumenanteil liegt, zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffvolumenanteil im Verbrennungsmittel etwa 0,1

bis 2,0 Vol.-# über dem in Luft enthaltenen Sauerstoffvow lumenanteil liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffvolumenanteil im Verbrennungsmittel in einem Bereich zwischen etwa 21,1 Vol.-# und 23*0 Vo1.-<3j liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Viertakt-Motoren der Sauerstoffvolumenanteil in einem Bereich zwischen etwa 21,2 und 22,5 Vol.-# liegt.
5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß bei Kreiskolbenmotoren der Sauerstoffvolumenanteil in einem Bereich zwischen etwa 21,1 und 21,6 Vol.-# liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsmittel aus angesaugter Luft und zugeführtem Sauerstoff besteht und daß der Luft pro Stunde ca. 0,01 bis 0,8 m Sauerstoff zugeleitet wird.

1.12.1971
Be/sn

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