DE2324741A1 - Brennkraftmaschine mit einer vorrichtung zur verminderung der schaedlichen abgasbestandteile - Google Patents
Brennkraftmaschine mit einer vorrichtung zur verminderung der schaedlichen abgasbestandteileInfo
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Description
6479 OVLlLA
NISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED No. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku,
Yokohama City, Japan
Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur
Verminderung der schädlichen Abgasbestandteile
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung
zur Verminderung der schädlichen Abgasbestandteile, insbesondere eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, in
dem wenigstens eine Einlaßöffnung und wenigstens eine Auslaßöffnung sowie wenigstens ein relativ zu dem Gehäuse beweg
bar gelagerter Kolben angeordnet sind, und die mit wenigstens einem Arbeitsraum versehen ist, in welchem der aus dem ABSftUßhub,
dem Kompressionshub, dem Arboitshub und dem Auspuffhub ge bildete Arbeitszyklus abläuft, ferner mit einem Ansaugsystem,
das mit dem Arbeitsraum über eine Einlaßöffnung zusammenwirkt und mit einem Auspuffsystem, das mit dem Arbeitsraum über eine
Auslaßöffnung zusammenwirkt.
Wie bekannt ist, weisen die von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase zahlreiche Substanzen auf, die Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd beinhalten, wobei diese Stoffe für
den menschlichen Organismus giftig sind. Uo diese Einflüsse zu vermeiden, ist es notwendig, eine vollständige Oxydation
der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds herbeizuführen. Es ist ebenso notwendig, die Bildung solcher Substanzen während des Verbrennungsprozesses zu unterbinden. Andererseits
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ist es erwünscht, jegliche Verringerung der Motorleistung, die durch diese Maßnahmen herbeigeführt wird, auszuschalten.
Es ist möglich, den größten Teil der in dem-Abgas einer Brennkraftmaschine
enthaltenen Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds zu eliminieren, indem man das Abgas mit einer Zusatzluft
mischt und das Gemisch verbrennt. Wenn jedoch das Abgas einen relativ niedrigen brennbaren Anteil aufweist, muß das Gas auf
eine relativ hohe Temperatur erwärmt werden (gewöhnlich auf etwa 1400° Fahrenheit = 760° C) , bevor die Verbrennung stattfinden
kann. Da das Abgas im allgemeinen nur einen kleinen Anteil von brennbaren Materialien aufweist (z.B. Kohlenwasserstoffe
und Kohlenmonoxyd), läuft die Verbrennung gewöhnlich nicht bei
den normalen Abgastemperatureη ab (d.h., bei Temperaturen von
ungefähr 500 bis 1000° F « 260 bis 540° C).
Obwohl verschiedene Typen von Wärmetauschern oder Nachbrennern vorgeschlagen wurden, arbeiten sie nicht zufriedenstellend. Einer
von den wichtigeren Gründen scheint darin zu liegen, daß die vorbekannten Vorrichtungen das von der Brennkraftmaschine
während des Arbeitszyklus erzeugte Abgas nicht vollständig aufnehmen.
Zum Beispiel gibt es während des Betriebs eines herkömmlichen Kraftfahrzeuges Zustände, in denen ein Gemisch aus
Abgas und Zusatzluft nicht brennt, ohne aufgeheizt zu werden (z.B. während der Fahrt, bei geringer Beschleunigung und manchmal
während des Schiebebetriebes), und es gibt andere Zustände, •bei denen das Gemisch ohne eine Aufheizung brennt, wobei jedoch
ein so hoher Temperaturanstieg erfolgt, daß dieser zur Zerstörung der Vorrichtung führen kann (z.B. während der Verzögerung
oder z.B. bei ungewöhnlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine wie bei Fehlzündungen).
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Es ist möglich, die Bildung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd
in dem Arbeitsraum der Brennkraftmaschine dadurch zu unterdrücken, daß man den Verbrennungsablauf verbessert. Obwohl
verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden sind, wie z.B. eine Steuerung des Zündzeitpunktes oder Änderungen im
Brennraum, haben diese nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt. Ein Grund besteht darin, daß diese vorbekannten
Maßnahmen die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflussen und dadurch z.B. zu einer Verminderung der Leistung
des Motors führen.
Gemäß der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse vorgesehen, in dem wenigstens eine Einlaßöffnung und
wenigstens eine Auslaßöffnung sowie wenigstens ein relativ zu dem Gehäuse bewegbar gelagerter Kolben angeordnet sind und die
mit wenigstens einem Arbeitsraum versehen ist, in welchem der aus dem Ansaughub, dem Kompressionshub, dem Arbeitshub und
dem Auspuffhub gebildete Arbeitszyklus abläuft, ferner mit einem Ansaugsystem, das mit dem Arbeitsraum über eine Einlaßöffnung
zusammenwirkt und mit einem Auspuffsystem, das mit dem
Arbeitsraum über eine Auslaßöffnung zusammenwirkt, wobei diese
Brennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Quelle für ein Oxydationsmittel und eine Fördereinrichtung zur Förderung
des Oxydationsmittels von der Quelle in ein Kraftstoff-Luftgemisch, das in die Brennkraftmaschine eingesaugt wird,
vorgesehen sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
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Fig.l eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine
mit einem Speisenetz für ein Oxydationsmittel gemäß der Erfindung;
Fig.2 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine
mit einem Nachbrenner und einem Speisenetz für ein Oxydationsmittel gemäß der Erfindung?
Fig.3 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für
ein Reduktionsgerät, das in Verbindung mit dem Speisenetz für das Oxydationsmittel nach Fig.2 verwendet
werden kann;
Fig.4 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
für ein Reduktionsgerät, das in Verbindung
mit dem Speisenetz für das Oxydationsmittel nach Fig.2 verwendet werden kann;
'J!
Fig.5 eine Schnittansicht einer Einspritzdüse, die bei
dem Speisenetz für das Oxydationsmittel nach Fig.2 verwendet werden kann und
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht eines Rotationskolbenmotors
(oder Wankel.-Mötors)mit einem Wasserstoff peroxyd-Speisenetz gemäß der Erfindung.
In der Fig.l ist eine Brennkraftmaschine dargestellt. Die Brennkraftmaschine besitzt mehrere Zylinder, von denen nur
ein Zylinder 2 gezeigt ist, der mit einem Kurbelgehäuse 4 in Verbindung steht. In jedem Zylinder wird ein hin- und herbewegbar
gelagerter Kolben 6 aufgenommen. Die Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens 6 wird über ein Pleuel 10 in eine
Drehbewegung einer Kurbelwelle 8 umgewandelt. Der Kolben 6 gleitet relativ zu dem entsprechenden Zylinder 2, um eine Ar-
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beitskammer 12 zu bilden, in welcher die folgenden Arbeitsspiele
ablaufen: ansaugen, verdichten, arbeiten, ausstoßen, wenn sich der Kolben relativ zum Zylinder bewegt. Um ein Kraftstoff-Luftgeraisch
in die Arbeitskammern zu fördern, ist ein Ansaugsystem 14 vorgesehen, und für das Ausstoßen des Auspuffgases aus den
Arbeitskammern ist ein Auspuffsystem 16 vorgesehen. Das Ansaugsystem
14 weist eine Ansaugleitung 18 auf, die über eine Einlaßöffnung 20 in das Innere der Arbeitskammer 12 führt. In der
Einlaßöffnung 20 ist ein Einlaßventil 22 angeordnet. Zwischen der Ansaugleitung 18 und einem Luftfilter 30 ist ein Vergaser
24 mit einer Einschnürung oder einem Venturirohr 26 und einer Drosselklappe 28 angeordnet. Das Auspuffsystem 16 weist eine
Auspuffleitung 32 auf, die über eine Auslaßöffnung 34 mit dem Innenraum der Arbeitskammer 12 verbunden ist. In der Auslaßöffnung
34 ist ein Auslaßventil 36 angeordnet. Die Auspuffleitung
32 führt ihrerseitsjzu einem Auspuffrohr 38. In die öffnung des Venturirohres 26 greift eine Kraftstoffeinspritzdüse 40 hinein,
die mit einer Kraftstoffschwimmerkammer 42 in Verbindung steht. Der Kraftstoff wird von dem Kraftstofftank 44 mittels einer
Kraftstoffpumpe 46 in die Schwimmerkammer 42 gefördert. Eine Kraftstofförderleitung 48 sorgt für eine Kraftstoffverbindung
zwischen dem Kraftstofftank 44 und der Kraftstoffpumpe 46. Eine weitere Kraftstofförderleitung 50 sorgt für eine Kraftstoff
verbindung zwischen der Kraftstoffpumpe 46 und der Schwimmerkammer 42. Da die vorbeschriebene Ausgestaltung der Brennkraftmaschine
allgemein bekannt ist, ist eine genaue Beschreibung der Funktion dieser Brennkraftmaschine nicht notwendig.
In der Fig.l ist außerdem ein Ausführungsbeispiel für ein Speisenetz
52 für ein Oxydationsmittel gemäß der Erfindung dargestellt. Das Oxydationsmittel-Speisenetz 52 weist eine Quelle 54
für ein Oxydationsmittel auf, wie z.B. für ein Gemisch aus
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Wasserstoffperoxyd (H2O2) und Wasser {ΚκΟ), das weniger als
20 % H2O pro Gewichtseinheit aufweist. Das Geraisch wird nachfolgend
zur Vereinfachung als Wasserstoffperoxyd bezeichnet. Das Wasserstoffperoxyd wird von der Quelle 54 mittels einer
Förderpumpe 56 über eine Förderleitung 58 abgesaugt und über eine andere Förderleitung 62 in eine Wasserstoffperoxyd-Schwimmerkammer
60 geleitet. Mit der Xfasserstoffperoxyd-Schwimmerkammer
steht eine Düse 64 in Verbindung, die in das Venturirohr 26 des Vergasers 24 einmündet, so daß der Luftstrom durch
das Venturirohr 26 einen geeigneten Betrag von Wasserstoffperoxyd durch die Düse 64 mitreißt» Obwohl die Düse 64 für
das Wasserstoffperoxyd bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
in das Venturirohr 26 eines herkömmlichen Vergasers einmündet, ist es auch möglich, eine Düse 64 irgendwo in dem Ansaugsystem
14 vorzusehen, so daß das sich in der Schwimmerkammer 60 befindliche Wasserstoffperoxyd von dem Luftstrom oder
dem Kraftstoff-Luftgemisch,, das durch das Ansaugsystem 14
strömt, in das Ansaugsystem 14 eingebracht wird. Obwohl das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel eine Düse
und eine Schwimmerkammer zur Speisung von Wasserstoffperoxyd in das Ansaugsystem aufweist, ist es auch möglich, das Wasserstoffperoxyd
in zeitlicher Abhängigkeit zu der Rotation der Kurbelwelle 8 unmittelbar durch eine Einspritzdüse in die Arbeitskammer
einzuspritzen. Dies kann durch eine Anwendung von bekannten technischen Einrichtungen zur intermittierenden Einspritzung
der Kraftstoffeinspritztechnik erreicht werden.
Es ist auch möglich. Wasserstoff peroxyd in das Auspuff system
einer Brennkraftmaschine einzuspritzen, wo es mit dem durch das Auspuff system strömende Auspuffgas vermischt wird und
sich durch die Wärme der Auspuffgase schnell zersetzt.
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Bei dem in Verbindung mit der Fig.l beschriebenen Ausführungsbeispiel und den dazugehörigen Modifikationen wird Wasserstoffperoxyd
als Oxydationsmittel verwendet. Jedoch können auch andere Oxydationsmittel, wie z.B. Mangandioxyd (MnO-) und Dlmangantrioxyd
(Mn3O,) verwendet werden. Wenn Mangandioxyd (MnO3)oder
Dimangantrioxyd (Mn3O3) als Oxydationsmittel in dem in der Figur
1 dargestellten Speisenetz 52 verwendet werden, dann kann dies in einer wässrigen Lösung von Mangandioxyd und in einer
wässrigen Lösung von Dimangantrioxyd oder in einem Gemisch dieser wässrigen Lösungen geschehen. In dem Fall, in dem ein pulverförmiges
Mangandioxyd oder ein pulverförmiges Dimangantrioxyd verwendet wird, kann dieses Pulver mittels einer geeigneten
Einblasevorrichtung in das Auspuffsystem 16 eingeblasen werden.
Auch wenn verschiedene Modifikationen des in der Fig.l gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben werden, so sind diese Modifikationen
leicht in Verbindung mit der Beschreibung der Funktion der in der Fig.l dargestellten Vorrichtung zu verstehen.
Bei dem in der Fig.l dargestellten AusfUhrungsbeispiel wird
Wasserstoffperoxyd aus der Schwimmerkammer 60 in Abhängigkeit von dem Luftstrom in einen Einspritzkanal (nicht bezeichnet)
des Vergasers 24 gesaugt. Das in das Venturirohr 26 eingesaugte Wasserstoffperoxyd wird mit dem durch die Einspritzdüse 40 in ;
das Venturirohr 26 eingesaugten Kraftstoff und mit der durch das Venturirohr 26 strömenden Luft vermischt und wird dann
durch die Einlaßöffnung mit dem Einlaßventil 22 in die Arbeitskammer
12 gesaugt. Das Wasserstoffperoxyd wird in der Mischung bis zur Entzündung des Gemische nicht zersetzt. Die Zersetzung
des Wasserstoffperoxyds erfolgt durch die bei der Verbrennung
des Gemisches entstehende Wärme (die Temperatur erreicht an-
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nähernd 2000° C).
Das Wasserstoffperoxid zersetzt sich unter dem Einfluß der
Wärme der Verbrennung folgendermaßen: H3O3 —± in H3O (heißer
Wasserdampf) + -^ °9* Dsr gebildete Sauerstoff führt zu einer
Oxydation des Kohlenwasserstoffs und des Kohlenmonoxyds, die in dem Gemisch aus Kraftstoff-Luft-Oxydationsmittel enthalten
sind. Es ist erkennbar, daß die Konzentration des Kohlenwasserstoffs und des Kohienmonoxyds in den Auspuffgasen drastisch reduziert
wird. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß bei dem in der Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel die Oxydation des
Kohlenwasserstoffs und des Kohlenmonoxyds in dem Arbeitshub
in der Arbeitskammer 12 stattfindet. Es ist auch zu erkennen, daß eine Verringerung der Motorleistung verhindert wird und
daß im Gegenteil eine Zunahme der Motorleistung erwartet werden kann.
Da das Viasserstoff peroxy d bei seiner Aufspaltung Wasserdampf
in dem Arbeitsraum des Motors bildet, wird ein bestimmter Wärmebetrag, der sich bei der Oxydation des Kohlenwasserstoffs
und des Kohlenmonoxyds mit dem Sauerstoff ergebenden Wärme von dem Wasserdampf absorbiert, so daß eine übermäßige Wärme,
die während der Oxydation entsteht und zu einer Beschädigung des Zylinders führen könnte, wirksam vermieden wird. Außerdem
ergibt sich, daß die Oxydation des Kohlenwasserstoffs und des Kohlenmonoxyds nicht zu einer Wärme führt, deren Temperatur
über den normalen Verbrennungstemperaturen liegt, so daß eine
konzentrationzunähme von Stickstoffoxyden in den Auspuffgasen
verhindert wird.
Ein wesentlicher Vorteil des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht darin, daß eine drastische Absenkung der
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Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxydkonzentration in dem
Auspuffgas möglich ist, ohne daß die Motorleistung vermindert wird. Daher reicht ein kompakter und einfach ausgestalteter
thermischer Wandler zur Reduzierung des Kohlenwasserstoffs und des Kohlenmonoxyds aus, um die Konzentration dieser Substanzen
auf einen vernachlässigbaren Betrag zu reduzieren.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Konzentration
der Stickoxyde in dem Motorabgas durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems nicht zunimmt. Im Gegenteil
kann eine Abnahme einer solchen Konzentration erwartet werden. Wenn ein Rücklaufsystem 66, das in der Fig.l mit gestrichelten
Linien eingezeichnet ist, vorgesehen ist, dann kann das Auftreten von Stickoxyden, Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd sogar
weiter herabgesetzt werden.
Obwohl als eine Modifikation des in der Fig.l dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung die Möglichkeit der
Einspritzung eines Oxydationsmittels in das Auspuffsystem erwähnt wurde, soll diese Möglichkeit nachfolgend in Verbindung
mit den Fig.2 bis 5 beschrieben werden.
In der Fig.2 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugsystem
68 dargestellt, die einen Vergaser 70 und ein Auspuffsystem
72 aufv/eist. Das Auspuffsystem 72 ist mit einem Nachbrenner
74 ausgestattet, der stromab der Auspuffleitung 76 liegt, sowie mit einem herkömmlichen Vorschalldämpfer 78 und
einem herkömmlichen Hauptschalldämpfer 80. Luft aus der Atmosphäre
enthält etwa 78 % Stickstoff pro Gewichtseinheit und etwa 20 % Sauerstoff pro Gewichtseinheit. Wo ein sogenanntes angereichertes
Abgas, das eine hohe Konzentration von Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd aufweist, während des Kaltstartes
des Motors oxydiert v/erden muß, hat es mit einem herkömmlichen
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Nachbrenner,der ein "zweites18 Lufteinblassystem zur Oxydation
aller Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde vorsieht, Schwierigkeiten
gegeben, da der in der Luft enthaltene Stickstoff die Oxydation von Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd erschwert.
Es wird deshalb als zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, ein Wasserstoffperoxyd-Speisenetz in dem Auspuffsysteai 72 vorzusehen,'das insbesondere Wasserstoffperoxid
in den Kachbrenner 74 des Auspuffsystems 72 einbringt.
Das Wasserstoffperoxyd-Speisenetz 81 weist eine Wasserstoffperoxydquelle
82 auf, die Wasserstoffperoxid unter einem über
dem Atniosphä rendruck liegenden Druck enthält. An den Nachbrenner
74 schließt sich eine Wasserstoffperoxyd-Spaltungseinrichtung
84 an, die mittels einer Wasserstoffperoxyd-Förderleitung 86 an die Quelle 82 für das Wasserstoffperoxyd angeschlossen
ist. Zur Bemessung des Betrages des Wasserstoffperoxyds, der durch die Förderleitung 86 zu der Spaltungseinrichtung 84 gefördert
wird, ist eine Steuereinrichtung 88 vorgesehen.
Wie in der Fig.3 zu erkennen ist, besteht die Spaltungseinrichtung
84 aus einem Gehäuse 85 mit einer Reaktionskammer 90, die mit der Wasserstoffperoxyd-Förderleitung 86 über eine öffnung
92 und mit dem Innenraum des Nachbrenners 74 über eine Düse 94 in Verbindung steht. In der Kammer 90 ist ein für die Spaltung
des Wasserstoffperoxyds geeigneter Katalysator 96 angeordnet.
Der Katalysator 96 enthält vorzugsweise silberplattierte Stahldrähte .
Wenn es bevorzugt wird, kann die Spaltungseinrichtung 84 wie in der Fig.4 dargestellt konstruiert sein, wobei in der Fig.4
für die sich entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen
verwendet sind wie in der Fig.3. In die Reaktionskammer 90
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hinein erstreckt sich eine Glühkerze 98, die dazu dient, die
Reaktionskammer 90 aufzuheizen und eine für die Reduktion
des Wasserstoffperoxyds ausreichende Wärme zu erzeugen.
Die Steuereinrichtung 88 ist so ausgebildet, daß mit ihr der Anteil des Wasserstoffperoxyds gesteuert werden kann, der in
die Spaltungseinrichtung 84 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen
des Motors gefördert wird, wobei die Betriebszustände des Motors auf elektrischem oder mechanischem Wege durch
Messung der Belastung des Motors und/oder der Motordrehzahl gemessen werden. Obwohl es nicht besonders zum Ausdruck gebracht
wird, sind diese Meßeinrichtungen an sich bekannt.
Falls es jedoch erwünscht ist, kann die Steuereinrichtung 88 so ausgebildet sein, daß sie nur öffnet, wenn der Motor kalt
ist.
Während des Betriebes strömt Wasserstoffperoxyd von der Quelle
82 durch die Förderleitung 86 zur Steuereinrichtung 88, wo eine entsprechende Menge in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen
bemessen wird, die dann zu der Spaltungseinrichtung 84 strömt. Die so bemessene Wasserstoffperoxydmenge wird durch
die öffnung 92 zum Katalysator 96 gefördert (siehe Fig.3), wo
sie sich durch die Berührung mit dem Katalysator 96 durch die entsprechende Reaktion
rasch zersetzt und ein gasförmiges Gemisch aus H,0 und 0, bei
einer Temperatur von etwa 700° C und einem Druck von ungefähr
2
20 kg/cm bildet. Das gasförmige Gemisch wird durch die Düse in den Innenraum des Nachbrenners 74 eingeblasen. Die gleiche chemische Reaktion für das Wasserstoffperoxyd ist in der Spaltungseinrichtimg 84 nach Fig.4 möglich und wird durch die in
20 kg/cm bildet. Das gasförmige Gemisch wird durch die Düse in den Innenraum des Nachbrenners 74 eingeblasen. Die gleiche chemische Reaktion für das Wasserstoffperoxyd ist in der Spaltungseinrichtimg 84 nach Fig.4 möglich und wird durch die in
- Ii - 309849/0453
aer Kammer-90 herrschende Wärme hervorgerufen, die stächst
von der Glühkerze 98 srseugt vi-rd und durch die Eeaktionstemperatur
des Wasserstoffperoxyds aufrechterhalten wird»
Dia auf diese Weise erzielte gasförmige Misch tang» die Sauerstoff
enthält und eins hohe !Temperatur aufweist* ermöglicht
eine schnelle und wirksam® Oxydation des Kohlenwasserstoffs (HC) und äss Kohleninonoxyäs (CO) in dem Nachbrenner 74 sogar
dann, wenn die Abgastemperatur niedrig ist, was dann auftritt,
wenn der Motor noch kalt ist.
Das in dem Nachbrenner 74 mit dem gasförmigen Gemisch oxydierte
Abgas enthält eine relativ hohe Wasserdampfkonzentration.
Der in des Abgas,, das aus dem Nachbrenner 74 herausströmt,
enthaltene Wasserdampf kann in einer Abkühleinrichtung 100 ■
kondensiert werden, die stromab des Vorschalldäxnpfers 78 angeordnet ist, Das auf diese Weise kondensierte Wasser kann von
der Kühleinrichtung 100 zu dein Vergaser 7Ö zurückgeführt werden,
nachdem es von einer Steuereinrichtung 102 in geeigneter
Weise bemessen ist, und kann in einem "Wassereinspritssysten"
verwendet werden, das in bekannter Weise dazu dient? die Bildung von Stickoxyden zu unterdrücken. Obwohl in der vorstehenden
Beschreibung der Figuren 2 bis 4 angegeben wurde, daß das Wasserstoffperoxyd in der in den Fig.3 oder 4 angegebenen
Spaltungseinrichtung 84 aufgespalten wird, bevor es dem Nachbrenner
14 zugeführt wird, sei darauf hingewiesen, daß das Wasserstoff peroxyd auch durch die Wärme des Abgases gespalten
werden kann.
t
t
In der Fig.5 ist ein Teil einer Motorauspuffanlage zu erkennen,
wobei ein Auslaßventil 104 und eine Auslaßöffnung 106 schematisch dargestellt sind. Der Nachbrenner 74 ist im Querschnitt
gezeigt und stromab der Auslaßöffnung 106 angeordnet. "
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Eine Wasserstoffperoxyd-Einspritzdüse 108 mündet in einen stromab gelegenen Bereich der Auslaßöffnung 106 oder des Auslaßventiles
104. Von einer Wasserstoffperoxyd-Quelle wird Wasserstoffperoxyd
zu der Wasserstoffperoxyd-Einspritzdüse 108 gefördert,
nachdem es von einem Steuerventil (das in der Zeichnung nicht dargestellt ist) in gleicher Weise abgemessen wurde, wie dies
bereits in Verbindung mit den Fig.2, 3 oder 4 beschrieben und gezeigt wurde. Es ist leicht verständlich, daß das durch die
Wasserstoffperoxyd-Einspritzdüse 108 eingespritzte Wasserstoffperoxyd von der Wärme der Auspuffgase, die durch die Auslaßöffnung
106 strömen, schnell aufgespalten wird.
Während die vorstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung vorsieht, daß die Ausführungen bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit sich hin- und herbewegenden
Kolben angewendet werden, soll ein weiteres Anwendungsbeispiel der .Erfindung nachfolgend beschrieben werden, indem diese
bei einem Wankel-Rotationskolbenmotor Anwendung findet. Wankel-Motoren müssen beim Betrieb in kaltem Zustand mit einem
angereicherten Kraftstoff-Luftgemisch betrieben werden, so daß hohe Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Konzentrationen in
dem Abgas enthalten sind.
In der Fig.6 ist ein Gehäuse 110 zu erkennen, das einen Abgaskanal
112 eines Abgassystems (in der Fig. nicht dargestellt) und einen Ansaugkanal 114 eines Ansaugsystems (in der Figur
nicht dargestellt) aufweist. Eine Einlaßöffnung des Einlaßkanals 114 bzw. eine Auslaßöffnung des Auslaßkanals 112 münden
in eine epitrochoidische Innenfläche des Gehäuses 110 ein. Ein
im wesentlichen dreieckiger Rotationskolben 116 ist drehbar auf einem Exzenter 118 einer exzentrisch gelagerten Welle 120 angeordnet
und dreht sich in Richtung des Pfeiles 122. Während sei-
- 13 - 309849/0453
ner Drehung bildet der Rotationskolben 160 drei Arbeitskammer]*
Xf Y und Z und übersteuert mit seinen Spheiteln, ia welchen
Diehtungselema&te 124 herkömmlicher Konstruktion angeordnet
sind, den Ansaugkanal 114 und den Abgaskanal 112. Mit dem
Abgaskanal 112 steht ein Wärmetauscher oder Nachbrenner 126
herkömmlicher Konstruktion in Verbindimg«. Der übliche Rotationskolbenmotor
weist auch Zündkerzen 12Q auf.
In der Figur ist ferner ein Wasserstoffperoxyd-Speisenetz 130 gemäß der Erfindung zu erkennen? das eine Wasserstoffperoxyd-Quelle
132 aufweist, die Wasserstoffperoxyd unter einem über
dem Atmosphärendruck liegenden Druck beinhaltet. Das Wasserstoffperoxid
wird von der Quelle 132 durch eine Förderleitung
134 zu einer Steuereinrichtung oder einem Ventil 136 gefördert, in welcher es in geeigneter Weise in seitlicher Abhängigkeit
zum Arbeitshub einer jeden Arbeitskammer zugemessen wird und dann durch eins Förderleitung 138 zu einer Einspritzdüse 140
-gefördert-wird« Es ist notwendig, daß die Einspritzung-des
Wasserstoffperoxyds in zeitlicher Abhängigkeit von der Zündung durch die Zündkerzen erfolgt. Falls es erwünscht ist, kann
die Wasserstoffoxyd-Einspritzung auch Ir einer gewissen seitlichen
Verschiebung zur Zündung durch die Sündkerzen erfolgen. Wie in der Fig. 6 zu erkennen ist, ist in dem Wasserstoff peroxy d-Spelsenetz
ein Rückschlagventil 142 vorgesehen, daß das Rückströmen des Wasserstoffperojcyds zu der Steuereinrichtung 136
verhindert. In der epitrochoidischen Innenfläche des Gehäuses
110 ist eine Einspritzöffnung 144 vorgesehen, durch welche das Wasserstoffperoxyd eingespritzt wird. In der Fig.6 ist mit gestrichelten
Linien die Lage des Rotationskolbens 116 eingezeichnet, in welcher in dem Arbeitsraum X* der Arbeitshub abläuft.
In dieser Lage des Rot at ions kolbe ns. 116 wird Wasserstoffperoxyd
unter Druck in den Arbeitsraum X* eingespritzt. Das auf diese
- 14 -
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Weise in den Arbeitsraum X1 eingespritzte Wasserstoffperoxyd
zersetzt sich schnell durch die Verbrennungswärme in dem Arbeitsraum X1 und bildet Sauerstoff und Wasserdampf. Es ist daher
zu erkennen, daß eine verbesserte Oxydation des Kohlenwasserstoffs
und Kohlenmonoxyds stattfindet und ein besserer Wirkungsgrad im Arbeitshub einer jeden Arbeitskammer erzielt werden
kann.
Die Einspritzöffnung 144 kann, falls es erwünscht, ist, in der
epitrochoidischen Fläche in Drehrichtung des Rotationskolbens 116 vor der Auslaßöffnung des Abgaskanals 112 angeordnet sein,
wobei diese Stelle durch die strichpunktierte Linie 146 angedeutet ist. In diesem Fall wird das Wasserstoffperoxyd vorzugsweise
in zeitlicher Abhängigkeit zum Auspuffhub eines jeden Arbeitsraumes eingespritzt. Es ist jedoch auch eine dauernde
Einspritzung des Wasserstoffperoxyds möglich, In der Figur 6 1st mit(ausgezogenen Linien die Stellung des Rotationskolbens
116 eingezeichnet, in welcher in dem Arbeitsraum Y der Auspuffhub abläuft.
Aus der vorstehenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung ist nun zu erkennen, daß das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyden durch die
Erfindung wirksam reduziert werden kann. Es sei auch darauf hingewiesen,
daß eine Vergrößerung der Motorleistung durch die An- : Wendung der Erfindung erreichbar ist.
- 15 -
309849/0453
Claims (1)
- PatentansprücheBrennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Verminderung der schädlichen Abgasbestandteile sowie, mit einem Gehäuse, injdem wenigstens eine Einlaßöffnung und wenigstens eine Auslaßöffnung sowie wenigstens ein relativ zu dem Gehäuse bewegbar gelagerter Kolben angeordnet sind, und die mit wenigstens einem Arbeitsraum versehen ist, in welchem der aus <iem Ansaughub, dem Kornpressionshub, dem Arbeitshub und dem Auspuffhub gebildete Arbeitszyklus abläuft, femer mit einem Ansaugsystem, das mit dem Arbeitsraum über eine Einlaßöffnung zusammenwirkt und mit einem Auspuffsystem, das mit dem Arbeitsraum über eine Äuslaßöffnung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (54,82,132) für ein Oxydationsmittel und eine Fördereinrichtung (56,58,81,130) zur Förderung des Oxydationsmittels von der Quelle in ein Kraftstoff-Luftgemisch, das in die> Brennkraftmaschine eingesaugt wird, vorgesehen sind.2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Oxydationsmittel Wasserstoffperoxyd (H2O2) ist.3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle und die Fördereinrichtung eine in das Ansaugsystem einmündende-!6- 309849/04 53Einspritzdüse (40,140) und eine Schwimmerkammer (42), die die Verbindung zwischen der Quelle und der Einspritzdüse herstellt, aufweisen.4. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einspritzdüse (40,140) in den Vergaser (24) des Ansaugsystems (14) mündet.5. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle und Fördereinrichtung eine Einspritzeinrichtung aufweisen, die Wasserstoffperoxyd in zeitlicher Abhängigkeit zu einem in dem Arbeitsraum ablaufenden 'Arbeitshub in den Arbeitsraum einspritzt. 46. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4} dadurch gekennzeichnet , da0 die Quelle und Fördereinrichtung eine Einspritzeinrichtung aufweisen, die Wasserstoffperoxyd laufend in das Auspuffsystem einspritzt.7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Oxydationsmittel eine wässrige Lösung einer Substanz 1st, die aus einer Gruppe mit Mangandioxyd (NnO2) und Dimangantrioxyd (Mn2O3) ausgewählt ist.8. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle und die Fördereinrichtung eine in den Vergaser (24) des Ansaugsystems (14) einmündende Einspritzdüse (4O) und eine Schwimmerkammer (42), die die Verbindung zwischen der Quelle- 17 -309849/0453und der Einspritzdüse herstelltf aufweisen „S. Brennkraftmaschine nach Anspruch- lt dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel das Pulver einer Substanz ist, die aus einer Gruppe mit Mangandioxyd und Diaisaagantrioxyd (Mn2O3J ausgewählt ist.10« Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle und Fördereinrichtung eine Sinblaseinrichtung zum laufenden Einblasen des Pulvers in das Auspuffsystem (16) aufweist.11. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle vmü Fördereinrichtung eine Düse aufweisen, die an einer im wesentlichen stromab der Auslaßöffnung (34) liegan-den Stelle in das Auspuffsystem {16) mündet.12. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Auspuffsystem einen Wärmetauscher oder Machbrenner (74) und die Quelle und Fördereinrichtung eine Spaltungseinrichtung (84} mit einem Katalysator (96) aufweisen, die mit der Quelle über eine Steuereinrichtung (88) und eine mit dem Katalysator zusammenwirkende Düse (94) verbindbar ist, wobei die Düse in den Wärmetauscher mündet.13. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Auspuffsystem einen Wärmetauscher und die Quelle und Fördereinrichtung eine Spaltungseinrichtung mit einer Be&ktionskammer (90) aufweisen, die einen mit der Quelle. über eine Steuereinrichtung (88) verbindbaren Einlaß (92)309849/0453— AO —besitzt, und daß eine Glühkerze (9 8) in die Reaktionskairaner (90) ragt und eine mit der Reaktionskammer zusammenwirkende Düse (94) vorgesehen ist, die in den Wärmetauscher mündet.14. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (116) gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagert ist.15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle und die Fördereinrichtung eine Einspritzeinrichtung (132-144) zur Einspritzung von Wasserstoffperoxyd in zeitlicher Abhängigkeit zum in dem Arbeitsraum ablaufenden Arbeltshub in den Arbeitsraum aufweist.16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle und Fördereinrichtung einer Einspritzeinrichtung (140-144) zur Einspritzung von Wasserstoffperoxyd in zeitlicher Abhängigkeit zu dem in dem Arbeitsraum ablaufenden Auspuffhub in den Arbeitsraum aufweist.17. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle und die Fördereinrichtung eine Einspritzeinrichtung mit einer Auslaßöffnung aufweisen, die in der Innenfläche des Gehäuses in Drehrichtung des Kolbens vor der Auslaß-Öffnung (112) angeordnet ist und zur laufenden Einspritzung von Wasserstoffperoxyd in den im Arbeitsraum ablaufenden Auspuffhub dient.- 19 -309849/0453Leerseite
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113389637B (zh) * | 2021-06-29 | 2023-01-31 | 北京工业大学 | 一种进气加湿质调节氢转子机及控制方法 |
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- 1973-05-16 DE DE2324741A patent/DE2324741A1/de active Pending
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Publication number | Publication date |
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FR2185296A5 (de) | 1973-12-28 |
GB1426808A (de) | 1976-03-03 |
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