DE2235004A1

DE2235004A1 - Verfahren zur verbesserung von leistung und verbrauch bei freisaugenden, gemischverdichtenden, fremdgezuendeten brennkraftmaschinen mit besonders intensiver abgasentgiftung durch verwendung von in einem ausserhalb der brennkraftmaschine angeordneten vergasungsreaktor mittels partieller verbrennung fluessiger brennstoffe erzeugtem brenngas

Info

Publication number: DE2235004A1
Application number: DE19722235004
Authority: DE
Inventors: Erhard Prof Dr Ing Muehlberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1972-07-17
Publication date: 1974-01-31
Also published as: JPS4944119A; NL7309805A; BE802380A; CA996827A; FR2193146B1; IT992628B; FR2193146A1; BR7305340D0; GB1441039A; SE404233B

Description

Dr.-Ing. E. Mühlberg
61 Darmstadt-Eberstai
Ostpreußenstraß·«

Verfahren zur Verbesserung von Leistung und Verbrauch bei freisäugenden, gemischverdichtenden, fremdgezünde-? ten Brennkraftmaschinen mit besonders intensiver Abgasentgiftung durch Verwendung von in einem außerhalb der Brennkraftmaschine angeordneten Vergasungsreaktor mittels partieller Verbrennung flüssiger Brennstoffe erzeugtem Brenngas.

Die Erfindung bezieht sich auf ein im Zweitakt oder Viertakt ohne Aufladung arbeitendes, gemischverdichtendes verbrennungsmotorisches Verfahren mit Fremdzündung, bei dem zwecks einer höchst intensiven^ gleichzeitigen Verminderung der Emission der gesundheitsschädlichen Abgaskomponenten Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe - einschließlich der polycyclischen krebserregenden sowie der stark riechenden und reizenden, ancxidierten Kohlenwasserstoffe - und Stickoxide außerhalb des als Hub- oder Rotationskolbenmaschine ausgebildeten Kotors mit Hilfe einer abgestimmten unä mit extrem hohem Kraftstoff/Luft-Verhältnis (extrem niedriges Lüftverhältnis Λ) rußfrei durchgeführten partiellen Verbrennung aus vorzugsweise sehr niederoktanigen, flüssigen, von der Herstellung her billigen Kraftstoffen (wie straight-run-Benzin mit z.B. ROZ = 50, Kerosin mit z.B. ROZ = 30, Dieselkraftstoff mit z.B. RÖZ = 20, und auch höhere Alkohole) ein Brenngas erzeugt wird, welches entweder in die Ansaugluftleitung der Verbrennungskraftmaschine unter Zuhilfenahme eines Gasmischers eingebracht wird oder welches zwecks Eliminierung der mit dieser Methode verbundener. Lief er gr ad verminderung unter Zuhilfenahme eines in seiner periodischen Eröffnung steuerbaren Gaseinblaseorgans, (z.B. Ventil, Drehschieber) erst nach

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Beendigung des Einlaßvorganges direkt in den Zylinder _r. bzw. bei Brennkraftmaschinen mit unterteiltem Brennraum ganz oder teilweise in die vom Hauptbrennraum abgeteilte Kammer eingeblasen wird.

Insbesondere bei der erstgenannten einfachen Gaszuführungsmethode ergibt sich im gesamten Betriebsdrehzahlbereich eine ziemlich hohe Einbuße an Höchstleistung. Dies ist die Folge der Superponierung zweier leistungsmindernder Einflüsse, nämlich der bereits erwähnten Liefergradeinbuße und der Verminderung des Gemischheizwertes h , die vor allem auf die thermodynamisch ungünstige Freisetzung eines gewissen Teiles der Brennstoffwärme im Vergasungsreaktor statt im Motor seine Ursache hat.

Im Falle der erwähnten Gaseinblasung in den Zylinder bzw. in die Kammer kommt nur der zuletzt genannte Einfluß zum Tragen. Insbesondere bei nicht so leistungsstarken Motoren, die nicht nur auf der Autobahn, sondern auch beim Beschleunigungsvorgang auf der Landstraße und selbst in der Stadt häufiger mit Vollast betrieben werden und bei denen deswegen ein größerer Verlust an Höchstleistung sehr unerwünscht ist, ist dieser Einfluß noch so groß, daß er einen echten Nachteil darstellt. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht nun darin, vorzugsweise dieses Leistungsmanko der beschriebenen beiden Gasmotorversionen welche - wie gesagt und versuchsmäßig nachgewiesen ~ abgasemissionsmäßig ganz außerordentliche Vorteile aufweisen, stark einzuschränken bzw. sogar zu eliminieren. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine zweckentsprechende Menge des sonst in den Vergasungsreaktor eingesetzten flüssigen, riiederoktanigen Brennstoffes in das den Vergasungsreaktor verlassende heiße Brenngas eingedüst wird, derart, daß dieser durch eine thermische oder thermisch-katalytische Crackung im heißen Brenngas möglichst ruß- und rückstandsfrei in einen im Vergleich*zum Ausgangsbrennstoff wesentlich niedriger siedenden Brennstoff mit einer vergleichsweise

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hohen Oktanzahl umgewandelt wird.

Die Oktanzahl des gebildeten niedermolekularen Brennstoffes soll dabei so hoch.sein, daß er nicht zu einer klopfenden Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine führt, auch dann nicht, wenn das Verdichtungsverhältnis des Motors aufgrund der vergleichsweise hohen Klopffestigkeit des im Vergasungsreaktor erzeugten Gases zur Verbesserung der Leistungsausbeute und Kräftstoffausnutzung gegenüber dem im Normalbetrieb mit konventioneller Vergaseranlage oder Benzineirispritzanlage und Verwendung von hochoktanigem Superbenzin erhöht worden ist. .

flüssigen Einsätzbrennstoffes in das aus dem Reaktor strömende Gas bedingt ist (sogen. Gaskarburierung) _f hat ihre Ursache in der Erhöhung des unteren Heizwertes des Brenngases H (kcal /Nm Brenngas) bzw. des leistungs— bestimmenden Gemischheizwertes h (kcal/Nm Brenngas/ Luft-Gemisch).

Da der Crackvorgang des eingedüsten Brennstoffes endotherm ist, erfolgt bei der Brenngas-Karburierung eine motorische Nutzbarmachung desjenigen Anteils der fühlbaren Wärme des Brenngases, der zum Crackvorgang benötigt wird , denn dieser Anteil findet sich aufgrund des Gesetzes von der Erhaltung der Energie in einer entsprechenden leistungs steigernden und verbrauchserniedrigenden Erhöhung des unteren Heizwertes der Crackprodukte gegenüber dem-. jenigen des zu crackenden Brennstoffes wieder. Ferner findet eine Absenkung der Gastemperatur statt,-die liefergrad- und damit zusätzlich leistuhgssteigernd wirkt, sofern das Gas eihfachheitshalber in die Luftansaugleitung eingeführt wird.

Im Falle der aufwendigeren, aber nicht mit einer Liefergraderniedrigung verbundenen Gaseinblasung in den Motorzylinder bzw. in die Kammer wirkt sich die bei der Eindüsung des Karburierungsbrennstoffes auftretende Ernie-

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ärigung der Gastemperatur insofern etwas leistungserhöhend und verbrauchsvermindernd aus, als dadurch die vom Motor aufzubringende Arbeit zur Verdichtung des Gas/Luft-Gemisches bekanntlich verringert.wird. Aus thermodynamisehen Gründen ist zur Erlangung des leistungs- und verbrauchsmäßigen Vorteils allerdings dabei Voraussetzung, daß die Gaseinblasung genügend früh im Verdichtungstakt erfolgt.

Ein relativ früher. Zeitpunkt der Gaseinblasung ist auch aus Gründen einer ausreichenden Gemischbildungszeit, aber auch zur Vermeidung eines hohen Brenngasdruckes anzustreben. Muß doch der Brenngasdruck mit Hilfe eines Brenngasverdichters erzeugt werden, der um so kleiner und billiger wird, je niedriger das von ihm abverlangte Druckverhältnis ist. Wird der Brenngasverdichter mechanisch angetrieben, dann wird natürlich auch seine motorleistungszehrende und verbrauchserhöhende Antriebsleistung niedriger.

Bei Anwendung eines durch die Abgasenergie angetriebenen und deshalb vorteilhafteren Abgasturboladers wird .bei Absenkung des Verdichter-Druckverhältnisses der den Gaswechsel negativ beeinflussende Abgasgegendruck abnehmen, was sich leistungserhöhend und verbrauchsreduzierend auswirkt. Schon um die Verdichterantriebsleistung klein zu halten,ist es vorteilhaft, daß mittels des Zusatzverdichters nur die zum Vergasungsreaktor geführte Vergasungsluft unter einen passenden Druck gesetzt wird und nicht das aus dem Reaktor austretende heiße Gas. Dieses sollte alternativ erst dann verdichtet werden, wenn es zuvor mittels eines Gaskühlers abgekühlt worden ist. Zur weiteren Erhöhung des Liefergrades und damit der Leistung und zur weiteren Verminderung des Verbrauches wird in v/eiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß das durch Eindüsung eines Teils des flüssigen, niederoktanigen Einsatzbrennstoffes für den Vergasungsreaktor entstandene karburierte heizwertreichere Gas in einem Gaskühler in seiner Temperatur.

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herabzusetzen. Durch die thermische Crackung des Karburierungs-Einsatzbrennstoffes bedingt, ergibt sich die Möglichkeit zu einer besonders weitgehenden nachfolgenden Gasbkühlung, denn die hochoktanigen Crackprodukte haben aufgrund ihres niedrigen Molekulargewichtes einen ganz wesentlich niedrigeren Siedepunkt als der vergleichsweise viel höhermolekulare Einsatzbrennstoff.

In bekannter Weise kann der Gaskühler in Form eines flüssigkeits·"- bzw. luftgekühlten Wärmetauschers oder in Form eines Wassereinspritz-Kühlers ausgeführt sein. Die letztere Art der Gaskühlung bringt den zusätzlichen Vorteil einer verminderten Stickoxid-Emission, die eine Folge einer im Vergleich zur Wärmetauscher-Kühlung stärkeren Erniedrigung der Verbrennungstemperatur im Motor ist. Hierdurch kann außerdem nicht nur die durch die Gaskarburierung hervorgerufene gewisse Erhöhung der Stickoxidemission kompensiert oder sogar überkompensiert werden, sondern-es kann auch der Motor thermisch entlastet werden. Im Vergleich zum Kraftstoffverbrauch ist-dabei der Wasserverbrauch über den gesamten Betrieb gesehen relativ niedrig, denn bei dieser Art der Gasabkühlung empfiehlt es sich, diese nur dann anzustellen, wenn das Gas karburiert wird, d.h. nur im oberen Lastbereich, beispielsweise im Lastbere.ich, der oberhalb 75%-Vollast liegt. Das ist derjenige Lastbereich des Motors, der bei dem einfachen Betrieb mit Zugabe von nichtkarburiertem abgekühltem Gas aus den anfangs genannten Gründen nicht erreicht werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Motors und damit der Leistung und des Verbrauches die von der Ansaugluftleitung des Motors abgezweigte Vergasungsluft in Abhängigkeit von geeigneten, in erster Linie die Motorleistung kennzeichnenden und ihr zeitlich schnell folgenden Meßgrößen, wie z.B. Abgas- oder Motorbauteltemperatur, mit Hilfe eines Wärmetauschers durch die fühlbare Wärme der Abgase aufgeheizt, und zwar auf eine Höhe, die der Lösung der gestellten Aufgabe dienlich ist. Durch die dadurch vor allem bewirkte

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Erhöhung der Vergasungsreaktionsgeschwindigkeit im Vergasungsreaktor, aber zusätzlich auch durch die besseren Bedingungen für die Bildung eines möglichst homogenen Gemisches der Reaktionspartner (flüssiger Brennstoff und , Vergasungsluft) kann das unterstöchiometrische Luftverhältnis /L der Vergasung bzw. das Vergasungsluft/Brennstoff-Verhältnis noch weiter herabgesetzt werden als ohne Vergasungsluft-Vorwärmung. Die dadurch hervorgerufene Wirkungsgradsteigerung ist darauf zurückzuführen, daß die im thermodynamisehen Sinne am falschen Ort (nämlich nicht im ilotor) und zum falschen Zeitpunkt (nämlich nicht im Bereich des Verdichtungstotpunktes) bei den über eine partielle Verbrennung verlaufenden Vergasungsreaktionen des Brennstoffes verbrauchten Brennstoffkalorien reduziert werden. Die von den eingesparten Brennstoffkalorien erzeugte Wärme wird zumindest partiell von motorischer Abwärme in Form ei-^ nes Teils der fühlbaren Abgaswärme ersetzt, nämlich desjenigen, der auf die Vergasungsluft übertragen wird.

Bevor nachstehend das Verfahren anhand zweier aus der Vielzahl der Varianten ausgewählter Ausführungsbeispiele näher erläutert wird, soll noch auf den ihm innewohnenden grundsätzlichen Vorteil hingewiesen werden, daß durch das erfindungsgemäße Merkmal der thermischen Crackung des vorzugsweise niederoktanigen, flüssigen Karburierungs-Brennstoffes im heißen Reaktorgasstrom kein hochoktaniger Karburierungs-Brennstoff zur Vermeidung e_finer klopfenden Verbrennung erforderlich ist, sondern daß die Gaskarburierung aus Gründen eines möglichst einfachen Betriebes mit dem gleichen niederoktanigen Brennstoff durchgeführt wird, wie er zur Vergasung in den Vergasungsreaktor eingedüst wird. Hierbei ist von nicht unerheblicher Bedeutung, daß sich zur Vergasung niederoktanige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe aufgrund ihres geringen Gehaltes an Aromaten und Olefinen viel besser eignen als die hochoktanigen, insbesondere dann, wenn zur Erreichung einer rußfreien, besonders intensiven Vergasung auch bei relativ niedrigen Vergasungstemperaturen (z.B.50O⁰C), die von der Thermodynamik des Motors her gesehen vorteilhaft

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sind, in bekannter Weise ein kompakter Vergasungsreaktor mit Katalysator angewendet wird. ■

Beim ersten, in Fig* 1 schematisch vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine möglichst- einfache und entsprechend billige Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie arbeitet mit Gaszugabe in die Ansaugluftleitung des Motors, ohne Gaskühlung und auch ohne einen Katalysator zur Intensivierung dex Crackung des in das heiße Brenngas ein* •gedüsten Karburierungs-Brennstoffes.und baut auf einer Anlage gemäß Fig. 1 in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 2108 579,0 auf: _: " . Der zu vergasende flüssige Brennstoff gelangt aus dem Brannstoff-Vorratsbehälter 1 über den geöffneten Brennstoff hahn 2 und die Brennstoffleitung 3 zur B*rennstoffpumpe 4/. die.ihn unter einem für eine gute Zerstäubung ausreichenden Druck über das Brennstoffmengenregelventil 5 und über eine nicht dargestellte Zerstäubungsvorrichtung in den mit partieller Verbrennung· (innere Beheizung) arbeitenden wärmeisolierten Brennstoffvergasungsreaktor β in passend dosierter Menge einbringt. Die Vergasungsluftmenge wird von dem von der Kolben- Brennkraftmaschine angesaugten und in der Luftleitung 8 geführten Gesamtluftstrom, der im Luftfilter 7 gereinigt wird, abgezweigt und gelangt durch die Vergasungsluftleitung 9 über das Vergasungsluftmengenregelventil 11 in passend dosierter Menge in den Brennstoffvergasungsreaktor 6. Sov/ohl die Regelung der Brennstoffmenge als auch die der Vergasungsluftmenge erfolgt im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit Hilfe eines als Impulsgeber fungierenden Fühlers 12 für die Brenngastemperatur am Austritt des Vergasungsreaktors 6'und mit Hilfe weiterer bekannter, hier nicht dargestellter Regelungsanlagenteile im Sinne der Aufrechterhaltung einer geeigneten konstanten Vergasungstemperatur im gesärnfteiv "Mötorbetriebsbereich. Die Förderung der Vergäsung'sltift zum Vergasungsreaktor

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wird dadurch bewerkstelligt, daß in ihm durch Anschließen der von dort ausgehenden Brenngasleitung 13 an den engsten Querschnitt des venturirohrförmig ausgebildeten Gas/Luft-Mischers 14 ein genügend starker Unterdruck gegeüber der Luftleitung 8 entsteht« Sofern bei Lastverminderung ein nicht mehr verbrennungs- und damit auch verbrauchsgünstxger Betrieb durch eine drosselverlustarroe Abmagerung des im Gas/Luft-Mischer erzeugten homogenen Brenngas/Luft-Gemischeε allein erreicht werden kann (Qualitätsregelung), wird der Gemischmengendurchsatz durch Betätigen der Drosselklappe 15 reduziert (kombinierte Qualitäts-'-Quantitätsregelung ) ,

Die Abgase der Brennkraftmaschine 16, deren Abtriebswelle mit 17 bezeichnet ist, werden durch die Abgasleitung 18 abgeführt.

Zur erfindungsgemäßen Steigerung der Höchstleistung gegenüber der Höchstleistung, wie sie bei Gasbetrieb mit einem auf das Brenngas bezogenen Luftverhältnis von A, erreichbar ist, wird mit Hilfe eines am Ende der Betätigungsstange I für die Drosselklappe 15 befindlichen elastischen Gliedes II, welches gelenkig mit dem Drosselklappenhebel III verbunden ist, und eines Weggebers IV für die Drosselklappen-Betätigungsstange I bewirkt, daß nach der im reinen Gasbetrieb erreichten vollen Eröffnung der Drosselklappe 15 sich die beispielsweise von Gaspedal betätigte Betätigungsstange I entgegen der Kraft der im elastischen Glied II angeordneten Druckfeder V bewegen läßt. Hierdurch tritt ein an sich bekannter induktiv arbeitender Weggeber IV in Funktion und verstellt das Mengenregelorgan für den Karburierungs-Brennstoff VI im Sinne einer Erhöhung der durch das Einspritzorgan VII in das vom Vergasungsreaktor 6 kommende Brenngas in möglichst feinstzerstäubter Form eingespritzten Karburierungs-Brennstoffmenge, wenn - ausgehend von der Betätxgungsstangenstellung für Vollast bei reinem Gasbetrieb - der Betätigungsstangenweg größer wird und umgekehrt.

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Vergasungsluftmerige., ^: " ^- =^-~^;-^ ;»U;^z-wr:> '".J-Wi,

In Figr 1 sind hoch.' der ah den Brösseilkilappenh'ebel'ifiT' zum'"' Anliegen kömmende Vollastanschlag^ für die" DrÖ'sseIkläppe "VIII sowie die am freien Drösselkläppehhfebele'nde angeordnete
Drosseikläppen-Riickzugsfeder IX' scfremätlsch d'argestellt. * "

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Es sei an dieser Stelle noch bemerkt, daß die im elastischen Glied II befindliche Druckfeder V in ihrer Federkennlinie und Vorspannung mit den entsprechenden Kennwerten für die Drosselklappen-Rückzugsfeder IX so abgestimmt werden muß, daß sie sich in der Stellung, die der Vollast im reinen Gasbetrieb entspricht, bei Zugabe des leistungssteigernden Karburierüngs-Brennstoff es noch genügend weit zusammendrücken läßt, um einen hinreichend langen Regelweg für den Anker des das Karburierungsbrennstoff-Mengenregelventil VI beeinflussenden induktiven Weggebers IV sicherzustellen.

Eine mengenmäßige Begrenzung des vom Vergasungsbrennstoff auf dessen Kosten abgezweigten Karburierungs-Brennstoffes ergibt sich dann, wenn die fühlbare Wärme des Brenngases infolge zu geringer Gasmenge nicht mehr ausreicht, um den Wärmebedarf für die endotherme Crackung des Karburierungs-Brennstoffes zu decken, der pro Brennstoffmengeneinheit hauptsächlich abhängig ist von der Intensität der Crackung (Reaktionsenthalpie) ._; sowie von der fühlbaren Wärme der Crackprodukte und; beispielsweise 10% des unteren Heizwertes H deseingesetzten Brennstoffes ausmachen kann. .: ·

Bei Eindüsung von Brennstoffen genügend hoher Oktanzahl, die deshalb keine Crackung erfordern (z.B. Motorenbenzin, niedere Alkohole) in das vom Vergasungsreaktor kommende Brenngas verschiebt sich die mengenmäßige Begrenzung zu höheren Werten, denn der Wärmebedarf für die - bei genügend tiefer Siedelage - dann nur erforderliche Verdampfung des Brennstoffes ist wesentlich kleiner als für dessen Crackung. Dies gilt um so mehr, je niedriger die Siedetemperatur bei Einstoff-Brennstoffen bzw. die mittlere Siedetemperatur bei den üblichen Hehrkomponenten-Brennstoffen ist. ......·

Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten AusfÜhrüngs' bespiel handelt es sich um eine komplexere Anlage zur

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Durchführung einer-voni Standpunkt der Thermodynamik des Motors her gesehen ,--■ hqherwertigen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dies gelingt im wesentlichen dadurch, daß das jetzt in einem besonderen Crackreaktor a, der gegebenenfalls mit einem Crackkatalysator ausgerüstet ist, in der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Weise karburierte Brenngas durch einen Verdichter d unter Druck gesetzt wird, um darauf mit Hilfe eines Einlaßorgans nicht in die Ansaugleitung des Motors eingeführt zu werden, sondern nach Abschluß des nicht dargestellten Luft-Einlaßorgans des Motors (z,B.Einlaßventil), mit Hilfe eines elektromagnetisch in seiner Eröffnungszeit periodisch beeinflußbaren Einlaßventils direkt in den Motorzylinder eingeblasen wird. ' . Hierdurch wird die bei der einfachen Brenngaszugabe in ^xdie Motor-Ansaugleitung des A
auftretende leistungsrnindernciart]Ä%€e¥&^tiverminderung beseitigt, denn vor allem wirdx^e^si-^iS⁰!©!:^ auftretende änsaugluftverdrängende W£ß&i£gf-£<iöär"'eiingeführten Brenngasvolumens völlig unterburieainP^i-efergrad- und damit leistungserhöhend wirkt sieh ·- wenn auch in geringem Umfang .- das Fehlen des Drosselverloste verursachenden Gasmischers aus. Dessen saugende Wirkung auf das Brenngas und damit auf die in der Abzweigleitung 9 dem Vergasungsreaktor 6 zuströmende Vergasungsluft wird jetzt durch die Saugwirkung des Brenngasverdichters d ersetzt.

Analog zur bekannten elektronischen Benzineinspritzung; wird der Druck vor dem Brenngas-Einblaseventil auf eine konstante Höhe gehalten. Im Ausführungsbeispiel geschieht das dadurch, daß unter Zuhilfenahme eines bekannten elektronischen Steuergerätes f, dem bei fi als Regelgröße der genannte Druck eingegeben wird, die Drehzahl des den Verdichter d antreibenden Elektromotors entsprechend verändert wird.

Vor dem Verdichter d befindet .sich, der durch das Kühlmittel-Mengenregelorgan c in seiner Kühlwirkung beeinflußbare Brenngaskühler b.

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Dem elektronischen Steuergerät f werden bei f, die bekannten Hauptregelgrößen für die pro Arbeitsbeispiel einzublasende Brenngasmasse, nämlich Luftdurchsatz und Drehzahl eingegeben. Im Sinne des zugrundegelegten verbrennungsmotorischen Verfahrens für eine besonders weitgehende Abgasentgiftung wird gemäß der Patentanmeldung P 2108 579.0 dann unter Berücksichtigung des Kraftstoffverbrauches und der Leistung programmgemäß das jeweils passende Brenngas/Luft-Mischungsverhältnis durch die elektromagnetische Steuerung der Eröffnungsperiode des hier elektromagnetisch betätigten Einblaseventils e festgelegt, wobei auch die von der Benzineinspritzung her bekannten Korrekturregelgrößen, wie Umgebungszustand und Motortemperatur,mit in die Regelung einbezogen werden können. Als Besonderheit des Gasbetriebes kann es vorteilhaft sein, hierbei außer dem Druck auch die die Masse mitbestimmende Temperatur des Brenngases zu berücksichtigen. Wegen der Eliminierung der Brennstoffkondensation bei Benutzung von Gas als Brennstoff anstelle von flüssigen Brennstoffen wird andererseits eine Warmlaufvorrichtung, eine Leerlauf- und Teillast-Anreicherung und damit auch deren Regelung überflüssig.

Für die durchschlagende Wirkung der Abgasentgiftung bleibt natürlich die gegenüber Normalbetrieb mit Benzinvergaser- oder Benzineinspritzung wesentlich weitgehendere Abmagerungsmöglichkeit eines Gasbetriebes von emi-. nenter Bedeutung, ebenso wie andere brenntechnische Kennwerte des erzeugten Gases gegenüber dem eingesetzten flüssigen Brennstoff.

Aus den auf Seite 5 des Beschreibungstextes genannten Gründen erfolgt eine zweckentsprechende Vorwärmung der den Vergasungsreaktor 6 in der Abzv/eigleitung 9 zuströmenden und durch das Mengenregelventil 11 dosierten Vergasungsluft. Der Vergasungsluft-Vorwärmer 19 wird durch einen in der Abgasabzweigleitung 18a geführten Abgasteilstrom beheizt, und zwar derart, daß die Temperatur der Vergasungsluft vor dem Vergasungsreaktor auf einen - soweit es die Abgastemperatur erlaubt - zweckentsprechenden relativ hohen Wert oder auf einen zweckentspre-

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chenden variablen Wert im wesentlichen mit Hilfe des rege!impulsgebenden Temperaturfühlers 20 und des Mengenregelorgans 21 eingestellt wird. Im Falle der variablen Vergasungstemperatur kann beispielsweise - was im Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist - die Abgastemperatur in der Hauptabgasleitung 18 vor den Einmündung des in der Abgaszweigleitung 18b zurückgeführten Abgasteilstromes für den Vergasungsluft-Vorwärmer 19 · ode-r die Motortemperatur, als Regelgröße· herangezogen werden.

Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel nach Fig. ist mit einer besonders großen Leistungsanhebung gegenüber dem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren mit der einfachen Zugabe von zwar gekühltem,aber nicht karbufiertem Brenngas ins Ansaugrohr zu rechnen, denn die folgenden leistungssteigernden Maßnahmen superponieren sich:

1« Karburierung des Brenngases mit abgezweigtem Einsatzbrennstoff für die Vergasung

2. Crackung des Einsatzbrennstoffes in hochklopffeste Komponenten, die eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses zulassen

3. Einblasung des unter Druck gesetzten Brenngases direkt in den Arbeitsraum des Motors erst nach Abschluß des Einlaßvorganges

4. Geregelte Vorwärmung der Vergasungsluft

Diese leistungssteigernden Maßnahmen führen über eine Erhöhung des thermischen und mechanischen Wirkungsgrades auch mit zu einer wesentlichen Verbesserung des Brennstoffverbrauches, der dadurch noch erniedrigt werden kann, wenn die Antriebsleistung für den Brenngasverdichter durch eine Abgasturbine gedeckt wird (Abgasturbolader) , was natürlich auch zu einer weiteren Leistungserhöhung führt. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn man mit dem Brenngasdruck höher geht und dadurch später im Verdichtungsvorgang einblasen kann.

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In Fig. 2 sind die noch nicht erwähnten Anlagenteile mit denselben arabischen bzw. römischen Zahlen wie im einfachen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gekennzeichnet.

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Claims

Dr. -Ing _v Erhard inJh.lberg
Darmstadt-Eberstadt
Ostpreußenstraße 19

PATENTANSPRÜCHE

Verbrennungsmotorlsch.es Verfahren für im Viertaktoder Zweitakt ohne Aufladung arbeitende, durch Fremdzündung oder durch Zündöleinspritzung gezündete und das Brenns-toff/Luft-Gemisch verdichtende Hubkolbenoder Rotationskolben-Brennkraftmaschinen, bei denen zwecks einer besonders weitgehenden' Abmagerungsmöglichkeit des Brennstoff/Luft-Gemisches und damit zwecks einer höchst intensiven Entgiftung des Abgases in bezug auf (1) Kohlenmonoxid, (2) Kohlenwasserstoffe, einschließlich'der kancerogenen sowie der Sauerstoff enthaltendem und üblen Geruch sowie Auge, Nase und Atmungsorgane reizenden toxischen Kohlenwasserstoffverbindungen (wie Aldehyde und organische Säuren) und. zugleich in· bezug auf (3) Stickoxide der flüssige Ausgangsbrennstoff vor seiner motorischen Verbrennung mittels eines mit part:aller Verbrennung arbeitenden Vergasungsreaktors unter Zuhilfenahme einer von der Motorlufteinführungsleitung abgezweigten und dem Vergasungsreaktbr zugeführ"ten Vergasungsluftmenge in ein zweckentsprechendes rußfreies Brenngas umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zwecks Leistungs- Steigerung eine zweckentsprechende Menge des sonst in den Vergasungsreaktor eingesetzten flüssigen Brennstoffes in das den Vergasungsreaktor verlassende zweckmäßig heiße Brenngas eingedüst wird ("Gaskarburierung") , und zwar (1) im Falle der vorzugsweisen Verwendung eines niedrigoktanigen Brennstoffes derart, daß dieser durch eine an sich bekannte endotherme

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thermische oder thermisch-katälytisehe Cfackurig im ^- "'^;l heißeri^; Brenngas möglichst ruß-' und rücfcätandsfrei^iri^¹"'^;!" ^B einen in'Vergleich zum' Ausgahgsldrenristoff "^esentiibh ^;t> nieäriger- siedenden 'Brennstoff mit'einer'io hohSn Ok-""' ~'''' tanzäh£"utngewandelt^:wird, daß eine "klopf ende "Verbren- """'" nung'-in "'äerr -Brennkräftmäschine^ve'rinie'dgn "wird/ auch" ^{: 1}^ dann, wenn dasVerdichtungsverhältnis ^:de£ ^vBr'ehnkraf€-mas chine-^: auf gnäüä 'der vergleich'svT'eis'e hoften Klopf festigt ^; keit des - im'Ve r^asu'nWs reaktor erzeugten Brenngases⁷ Be- ^^:-^ö reits zur Veffees&erung der'"LeistuWgs^iisbeafte- -und ^:Itra£€- ^Lli stoffausnützung gegenüber "dem "füi? Norrffaibetrieb mit e'irföf konventionellen Vergaser- oder ^enzarie'inöpr'itzarifäge^r: '"' ^v< und Verwendung von hochoktanigein Körmäißenziri ödernoch höher ok tan igen' 'Supeir'benzr'in 'erhöht' '-vichcä&h ist, ^; * " '" ^;i - (2) im Falle der auch möglichen Verwendung eines flüssigen Brennstoffes nut einer schon genügend hohen Oktanzahl, der deshalb bei genügend tiefer Siedelage keine Crackung erfordert, derart, daß' ^Ii-mⁱWeäentlich^:"eⁱn^; nur eine Verdampfung vergleichsweise geViiigen Wäftae- " bedarfs bei der Brenngaskarburfertirig^-si (3) - unabhängig von der Art des -

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2. Verbrennungsmotorisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer im Vergleich zur Methode der einfachen Brenngaszuführung in die Motorluftzuführungsleitimg Verbesserung insbesondere der Leistung, aber auch des Brennstoffverbrauches in an sich bekannter Weise das erzeugte Brenngas auf einen zweckdienlichen Druck ge-

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bracht und mit Hilfe geeigneter periodisch eröffnender, steuerbarer Einlaßorgane im Hinblick auf einen niedrigen Druck und eine ausreichende Gemischbildungszeit relativ früh im Verdichtungstakt des Motors direkt in dessen Arbeitsraum eingeblasen wird, wobei die zweckentsprechende Druckerzeugung entweder mit Hilfe eines vor dem Vergasungsreaktor angeordneten Verdichters für die Vergasungsluft oder eines hinter dem Vergasungsreaktor angeordneten Verdichters für das vorher tunlichst mit Hilfe eines Gaskühlers gekühlten Brenngas erfolgt und - wie an sich bekannt - diese Verdichter in regelbarer Weise elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder - was thermodynamisch besonders vorteilhaft ist - mit Hilfe einer motorabwärmeausnutzenden Abgasturbine angetrieben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas entweder in einem herkömmlichen kühlmittelbeaufschlagten Gaskühler oder durch Wassereinspritzung in einer der Lösung der gestellten Aufgabe dienlichen Weise gekühlt wird, wobei bei der letztgenannten Art der Brenngaskühlung, die besonders die Stickoxidbildung vermindert, aus verbrennungstechnischen Gründen und mit Rücksicht auf einen niedrigen Wasserverbrauch, diese nur im oberen I/astbereich, vorzugsweise erst dann, wenn das Brenngas karburiert wird, angestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3,dadurch gekenn ζ e■ i c h η et, daß zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades und damit der Leistung und des Verbrauches des Motors die von der Motorluftzuführungsleitung abgezweigte Vergasungsluft in Abhängigkeit von geeigneten, in erster Linie die Motorleistung kennzeichnenden und ihr zeitlich schnell folgenden Messgrößen, wie z.B, Abgasoder Motorbauteiltemperatur, mit Hilfe eines Wärmetau-

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schers durch die fühlbare Wärme der Abgase aufgeheizt wird, und zwar auf eine Höhe, die dem Zweck der Verfahrens entspricht, d.h. auf eine solche, die eine höchst intensive Abgasentgiftung, besonders in Verkehrballungsgebieten, be.i einer möglichst guten Leistungsausbeute und geringem Brennstoffverbrauch sowie - im Vergleich zu konkurrierenden Abgasentgiftungsverfahren mit einer besseren Gesamtwirtschaftlichkeit noch gewährleistet.

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