DE2307259A1

DE2307259A1 - Brennkraftmaschine mit geringer schadstoffemission und hohem wirkungsgrad

Info

Publication number: DE2307259A1
Application number: DE19732307259
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr Henkel; Georg Dr Iwantscheff; Hana Dipl-Ing Kostka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-14
Filing date: 1973-02-14
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE2307259B2; DE2307259C3

Description

Brennkraftmaschine mit geringer Schadstoffemission und hohem Wirkungsgrad Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit geringer Schadstoffemission und hohem Wirkungsgrad, bestehend aus mindestens einem Zylinder, in dem ein mit Kolbenringen versehener Kolben beweglich angeordnet ist, sowie einem Spaltgasgenerator.
Bei Brennkraftmaschinen üblicher Bauart wird nur ein geringer Teil der erzeugten Leistung in Nutzleistung umgesetzt.
Erhebliche Energiemengen sind teilweise im Abgas enthalten und weitere Teile müssen durch Kühlung der Zylinderwand abgeführt werden. Des weiteren führt die insbesondere durch ungleichmäßige Verdampfung und ungleichmäßige Durchmischung der Kohlenwasserstoffe mit der Verbrennungsluft und die dadurch auftretende unvollständige Verbrennung verursachte hohe Schadstoffemission der bekannten Brennkraftmaschinen zu einer zunehmenden Verunreinigung der Luft, an die unverbrannte bzw. teilverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, kondensierte Produkte, Benzpyrene, Teer, Ruß und Aldehyde mit dem Abgas abgegeben werden.
Ein Spaltgasgenerator, wie er beispielsweise zum Betrieb von Brennkraftmaschinen geeignet ist, ist in den Patentanmeldungen P 21 03 008.0 und P 21 35 650.3 beschrieben. Er besteht im wesentlichen aus einem Reaktionsraum, der einen Katalysator enthaltenden Katalysatorträger, vorzugsweise in Form von porösen Sintersteinen mit einer Vielzahl von annähernd parallel zueinander angeordneten Durchtrittsöffnungen, enthält. Ein derartiger Spaltgasgenerator ist in der Lage, flüssige schadstoffarme Brennstoffe, d.h. solche, die keine Zusätze wie Blei oder ringförmige Kohlenwasserstoffe enthalten und nur geringen Schwefelgehalt aufweisen, in ein Methan, Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch umzuwandeln. Zur rußfreien Umwandlung wird dabei der schadstoffarme Brennstoff verdampft und nach Vermischen mit einem als Sauerstoffträger dienenden Gas, das sich aus Teilmengen von rückgeführtem Abgas der Brennkraftmaschine und/oder anderen als Sauerstoffträger dienenden Gasen, wie Luft, zusammen~ setzt, bei erhöhter Temperatur über den Katalysator geleitet. Das bei der Umwandlung am Katalysator erhaltene Gasgemisch wird dann nach Beimischung eines weiteren Anteils eines als Sauerstoffträger dienenden Gases, insbesondere von Luft, der Brennkraftmaschine zugeführt und dort verbrannt. Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Spaltgasgenerator wird der Schadstoffgehalt der Abgase erheblich gesenkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkfaftmaschine anzugeben, durch die im Vergleich zu den herkömmlichen Brennkraftmaschinen eine wesentlich geringere Schadstoffemission erzielt wird. Gleichzeitig soll die motorische Abwärme noch besser im Sinne einer Erhöhung des Wirkungsgrades ausgenutzt werden als bei den bekannten Brennkraftmaschinen mit Spaltgasgenerator.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Reaktionsraum des Spaltgasgenerators ganz oder teilweise den Zylinder der Verbrennungskraftmasclitne umschließt.
Vorzugsweise ist der Reaktionsraum ganz oder teilweise von einem Abgaswärmetauscher umschlossen.
Die Kolbenringe der Brennkraftmaschine bestehen vorteilhafterweise aus Graphit.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann die bei der motorischen Verbrennung auftretende Abwärme, die sonst mit den Abgasen oder durch Kühlung der Zylinderwände abgeführt wird, weitgehend zur Deckung des Energiebedarfs endothermer chemischer Reaktionen im Reaktionsraum des Spaltgasgenerators verwendet werden, bei denen der eingesetzte Brennstoff katalytisch in niedermolekulare Brennstoffe umgewandelt wird. Die im Spaltgasgenerator üblicherweise nebeneinander ablaufenden exothermen und endothermen Reaktionen werden durch die erfindungsgemäße Anordnung zugunsten der endothermen Reaktionen verschoben, die eine Energiezufuhr von außen erfordern. Die so umgewandelten Betriebsstoffe haben einen höheren Heizwert und eine höhere Octanzahl als der ursprünglich eingesetzte Brennstoff. Daraus ergibt sich eine Wirkungsgradsteigerung und ein verbesserter Verbrennungsablauf in der Brennkraftmaschine.
Die Schadstoffemission ist gegenüber den bekannten Brennkraftmaschinen durch den verbesserten Verbrennungsablauf wesentlich reduziert. Ferner wird auch die Zylinderwand der Brennkraftmaschine sehr wirksam gekühlt. Durch den engen thermischen Kontakt zwischen Zylinderwand und Reaktionsraum des Spaltgasgenerators wird ferner eine sehr gute Ausnutzung der motorischen Abwärme ermöglicht.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der Figur näher erläutert werden, die schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zeigt.
In der in der Figur dargestellten Brennkraftmaschine ist mit 1 ein Kolben bezeichnet, der mit Kolbenringen 2 versehen und innerhalb der Zylinderwand 3 beweglich angeordnet ist.
Die Zylinderwand 3, die den Zylinder begrenzt, ist ganz oder teilweise innerhalb eines katalytischen Reaktinnsraumes 4 angeordnet.
Der eingesetzte Brennstoff, z.B. ein niederoctaniges Benzin oder en Dieselkraftstoff, wird durch den Anschluß 6 einer Mischeinrichtung 7 zugeführt und hier nach vorheriger Verdampfung mit der zur rußfreien Umwandlung in Brenngas erforderlichen Menge Abgas durch die Leitung 8 und/oder Luft durch den Anschluß 9 vermischt. Das Gemisch wird durch den Wärmetauscher 17, der aus einem den Reaktionsraum 4 umschließenden Abgasraum 5 und einer um diesen herumgelegten Rohrschlange 10 besteht, aufgeheizt und durch die Leitung 11 dem Reaktionsraum 4 zugeleitet. Im Reaktionsraum 4 erfolgt bei Temperaturen oberhalb von etwa 2000C die katalytische Umwandlung des Brennstoffes, beispielsweise in niedermolekulare Paraffine, Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Die zu dieser Umwandlung erforderlichen Katalysatoren sind dabei in Katalysatorträgern angeordnet, die vorzugsweise die Form von Sinterlochsteinen aufweisen, wie sie in den Patentanmeldungen P 21 03 008.0 und P 21 35 650.3 näher beschrieben sind.
Das im Reaktionsraum 4 erzeugte Gasgemisch strömt durch die Öffnung 12 zum Einlaßventil 13- des Zylinders der Brennkraftmaschine, nachdem es zuvor durch den Anschluß 14 mit der zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine benötigten Luft vermischt wurde. Die Abgase verlassen den Zylinder durch das Auslaßventil 15 und treten in den Abgasraum 5 des Wärmetauschers 17 ein. Nach Abtrennung einer durch das Regelventil 18 eingestellten Teilmenge durch die Leitung 8 verlassen die Abgase den Wärmetauscher durch den Auslaß 16.
Eine besonders günstige Gestaltung ergibt sich, wenn die Kolbenringe 2 aus Graphit hergestellt werden. Dadurch wird es möglich, die Reaktion in dem besonders günstigen Temperaturbereich zwischen 350 und 6000 zu führen.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche (1Brennkraftmaschine mit geringer Schadstoffemission und hohem Wirkungsgrad, bestehend aus mindestens einem Zylinder, in dem ein mit Kolbenringen versehener Kolben beweglich angeordnet ist, sowie einem Spaltgasgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (4) des Spaltgasgenerators ganz oder teilweise den Zylinder (3) umschließt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (4) ganz oder teilweise von einem Abgaswärmetauscher (t7) umschlossen ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenringe (2) aus Graphit bestehen. L e e r s e i t e