DE2362082A1

DE2362082A1 - Kraftstoffgemischzufuehrungssystem

Info

Publication number: DE2362082A1
Application number: DE2362082A
Authority: DE
Inventors: Tadahiko Nagaoka; Zene Ueno
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1973-12-13
Publication date: 1974-07-25
Also published as: JPS4998630U; GB1449520A; US3985107A

Description

13· *«*>.» 197.5.

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Dr.-lng.W.Stockmalr t lltocA« 22, MnimUlmttr.**

Nissan Motor Co., Ltd.

No* 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City,

Japan

Kraftstoffgemischzuführungssystem

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffgemischzufuhrungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Brennkammer, einer Ansaugleitung, die die Brennkammer mit der Au3senatmosphäre verbindet, und einem Kraftstofftank, der mit der Ansaugleitung in Verbindung steht. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zuführungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine, das die Konzentration an umweltbelastenden Bestandteilen in den Verbrennungsgasen der Verbrennungskraftmaschine auf ein Minimum senken soll.

Es ist bekannt, dass durch die Verbrennung herkömmlicher Kraftstoffe in den Brennkammern von Verbrennungskraftmaschinen giftige Stickoxide (NO ) entstehen, die die Atmosphäre verunreinigen. Diese Verunreinigung der Atmosphäre beruht darauf, dass als Oxidationsmittel für die Kraftstoffverbrennung Luft verwendet wird, wobei durch Reaktion des Sauerstoffs mit dem Stickstoff der Luft, der 78 Vol.-% der atmosphärischen Luft ausmacht, Stickoxide während der Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkammer der Maschine

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gebildet werden. ν '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere den Anteil an Stickoxiden im Abgas von Verbrennungskraftmaachinen zu senlcen.

2ur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Kraftstoff gemischzuführungssystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen, gekennzeichnet durch einen ebenfalls mit \" der Ansaugleitung in Verbindung stehenden Oxidationsmittel tank.

Die Erfindung geht also davon aus, die zugrunde liegende Aufgabe, insbesondere in Verbindung mit den in der Auto— mobilindustrie vervrendeten Verbrennungskraftmaschine^ aber ^; auch in. Verbindung mit ortsfesten Verbrennungskraf tma3chinen, dadurch zu bewältigen, dass die Stickstoffkonzentration, im Verbrennungsgemisch vermindert wird. ■ -

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben· Es zeigt die

Pig. 1 ein Ausführungsbeispiel des . Zuführungssystems gemäss der Erfindung in schematischer Darstellung. . .

Die im Ausschnitt gezeigte Verbrennungskraftmaschine 10 besteht in an sich bekannter Weise aus einem auf und ab laufenden Kolben 12, einem Zylinder 14, in dem der Kolben 12 ;. läuft, und mit einem Zylinderkopf 16, in dem si eh. über dem Kolbenkopf die Brennkammer" 18 befindet. Im Zylinderkopfist eine Einlassöffnung 20 gebildet, die sich in die ,Brennkammer 18 öffnet. Die Einlassöffnung 20 steht mit einer Ansaugleitung 22 für das Verbrennungsgemisch in Verbindung. Die Ansaugleitung steht über einen in der Zeichnung niclifc dargestellten Luftfilter mit der Atmosphäre in Verbindung·

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Weiterhin ist in der Ansaugleitung 22 eine bewegliche Drosselklappe 24 und an der Einlassöffnung 20 ein Einlassventil angeordnet. Ausserdem ist am Zylinderkopf 16 eine Auslassöffnung 28 vorgesehen, die die Brennkammer 18 mit der Abgas-- : leitung 30 verbindet. Die Abgasleitung führt über einen in der Figur nicht dargestellten Schalldämpfer bzw. Ausrruf f topf in die Atmosphäre. Die Auslassöffnung 28 ist mit .einem "Auslassventil 32 versehen. Schliesslich ist die Brennkammer mit einer Zündvorrichtung, beispielsweise mit einer Zündkerze 34, ausgerüstet. Die Drosselklappe 24 kann manuell gestellt werden und steuert den angesaugten Luftstrom in" der Ansaugleitung 22 nach Massgabe der von der Verbrennungskraftmaschine IO abzugebenden Leistung. .

Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist mit einem Vorratsbehälter oder Tank 36 für ein Oxidationsmittel versehen, wobei in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel das Oxidationsmittel eine Sauerstoffverbindung, beispielsweise Wasserstoffperoxid (H₂O„), ist. Der Wasserstoffperoxidtank 36 steht über eine Leitung 38 mit der'Ansaugleitung 22 in Verbindung. Die Leitung 38 öffnet sich über eine Öffnung 40, in Richtung des Luftstroms gesehen, hinter der Drosselklappe 24 in die Ansaugleitung 22. In der Leitung 38 ist weiterhin zwischen der Öffnung 40 und dem Oxidationsmittel tank 36 eine Zersetzungskammer für das Oxidationsmittel, beispielsweise eine Katalysatorkammer 42,mit einer Katalysatorbeschickung vorgesehen. Ein Durchflusssteuerventil 44 ist schliesslich zwischen der Katalysatorkammer 42 und dem Oxidationsmitteltank 36 angeordnet. .Dieses Durchflusssteuerventil 44 kann . · von Hand oder automatisch zur Steuerung des Durchflusses des Oxidationsmittels, hier des Wasserstoffperoxids, ge-· stellt werden. Die Steuerung wird zweckmässigerweise nach Massgabe der leistungsseitigen Last der Verbrennungskraft- ·· maschine IO erfolgen. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel, zersetzt der in der Kammer 42 angeordnete Katalysator das über das Dur chfj-uss Steuer ventil 44 zugeführte. .-·" ·-

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Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff (H₂O + 1/2 CL). Der so gebildete Sauerstoff wird zusammen mit dem entstandenen Wasserdampf in.die Ansaugleitung .22 abgegeben und dort mit der angesaugten Luft vermischt. . ■ . -

Als Katalysator in der Kammer 42 können zur Zersetzung des · Wasserstoffperoxids beispielsweise Silber oder. Kupfer verwendet werden. :':'-.'"

Die Öffnung 40 ist in der Ansaugleitung 22 in einem ersten Venturibereich 46 dieser Leitung angeordnet. Die durch den \ Venturibereich 46 strömende Luft erzeugt einen Unterdruck, durch den der Wasserdampf und der Sauerstoff aus der Leitung in den Venturibereich 46 der Ansaugleitung abgesaugt werden. Gleichzeitig dient der Venturifoereich 46 einer besseren .-Durchmischung der angesaugten Luft und des aus der Leitung angesaugten Oxidationsmittels, also des Wasserdampfes und des.Sauerstoffs. Zum gleichen Zweck kann in der Ansaugleitung oder im Venturibereich -46 auch ein Wirbelwiderstand oder ein Propeller angeordnet sein.

Weiterhin umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 einen Kraftstofftank 48, der ebenfalls, und zwar über eine Kraftstoffleitung 5O und eine Öffnung 52, die, in Richtung des Ansaugstromes gesehen, hinter der Öffnung 40 liegt, mit ' · der Ansaugleitung 22 in Verbindung steht. Eine Kraftstoffpumpe 54 ist in die Kraftstoffleitung 5O eingeschaltet und. - .. pumpt oder spritzt den Kraftstoff aus dem Tank· .48 in die . Ansaugleitung 22 nach Massgabe der last'seitigen Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine 10 ein* Die Kraftstoffpumpe ist dabei so gesteuert, dass-sie den Kraftstoff synchron mit dem Ansaugtakt des Kolbens 12 in die Ansaugleitung 22 einspritzt, so dass der Kraftstoff dem durch die Ansaugleitung strömenden Gemisch von Luft, Wasserdampf und Sauerstoff · zugemischt wird. Die Kraftstoffpumpe 54 kann dabei von der Verbrennungskraftmaschine 10 mit angetrieben oder

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durch irgendeine andere geeignete Vorrichtung, beispielsweise einen Elektromotor, angetrieben werden. An der Eintritt söf fnung 52 der Kraftstoffleitung 50 in die Ansaugleitung 22 ist in dieser ein zweiter Venturiabschnitt 56 ausgebildet. Durch die Ausbildung dieses Venturiabschnitts der Ansaugleitung 22 wird das Durchmischen des Kraftstoffs mit dem Gemisch aus Luft, Wasserdampf und Sauerstoff gefördert. Zum gleichen Zweck können in der Ansaugleitung 22 oder auch im Venturibereich 56 verwir?oelnde Leitbleche oder Wirbelhindernisse oder ein Propeller angeordnet sein. Das durch den Venturibereich 56 strömende Gemisch erzeugt in dar Leitung 50 einen Unterdrück, durch den der Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung in die Ansaugleitung gezogen wird. Weiterhin kann eine Zweigleitung.58 vorgesehen sein, die.von der Leitung 33 in Flussrichtung hinter der Katalysatorkammer 42 abzweigt und in Flussrichtung unterhalb ■ der Kraftstoffeinlassöffnung 52 in die Ansaugleitung 22 · an einer Öffnung 60 einmündet. Diese Zweigleitung 58 dient der-weiteren Zufuhr von Wasserdampf und Sauerstoff in die Ansaugleitung 22.

Während des Betriebes wird Luft durch den in der Figur nicht gezeigten Ansaugfilter während des Ansaugtaktes des Kolbens 12 an der Drosselklappe 24 vorbei in die Ansaugleitung 22 eingesaugt. Wasserdampf und Sauerstoff, die durch die Zersetzung des Wasserstoffperoxids gebildet v/erden, werden.über die Leitung 38 und die Öffnung 40 aus der Katalysatorkammer 42 in den Venturibereich 46 gesaugt und mit der dort durchströmenden Luft vermischt. Das Gemisch aus Luft, Wasserdampf und Sauerstoff strömt dann in der Ansaugleitung 22 weiter auf die Kraftstoffeinlassöffnung '52 zu. Aus der Kraftstoffleitung 50 wird von der Kraftstoffpumpe 54 über die öffnung 52 der Kraftstoff in die Ansaugleitung 22 gepumpt und dort mit dem Gemisch von Luft, Was- . · serdampf und Sauerstoff unter Bildung des Verbrennungsgemisches

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vermischt. Das Verbrennungsgemisch gelangt dann, durch, die Einlassöffnung 20 in den Zylinder 14 und wird dort nach Kompression durch den Kolben 12 in der Verbrennungskammer verbrannt. Da durch die Zumischung von Wasserdampf und; Sauerstoff die Konzentration der Luft und damit die Konzentration des Stickstoffs im Verbrennungsgemisch ver— . ^: ringert v/erden und durch den Wasserdampf gleichzeitig die Verbrennungstemperatur herabgesetzt wird, wird die Bildung von Stickoxiden auf ein Minimum herabgesenkt. Durch den - ■ Zusatz des Sauerstoffs wird die Sauerstoffkonzentration. . im Brenngemisch erhöht, so dass dieses Gemisch so wirksam verbrannt werden kann, dass die Bildung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid ebenfalls auf ein Minimum her— abgedrückt werden kann. - .

Der vorstehenden Beschreibung kann also entnommen werden, dass die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die atmosphärische Urnweltbelastung durch die Abgase von Verbrennungskraftmaschinen auf ein Minimum herabzusenken, insbesondere den Gehalt von Stickoxiden, Kohlenwasserstof— . fen und Kohlenmonoxid im Abgas auf Mindestwerte herabzusenken, durch die zusätzliche Verwendung eines Oxidationsmittels , insbesondere durch die zusätzliche Verwendung von aus Wasserstoffsuperoxid in situ gebildetem Wasser— dampf und Sauerstoff, zu dem Kraftstoff /Luft-Gemisch einer Verbrennungskraftmaschine wirkungsvoll gelöst werden kann. Es ist selbstverständlich, dass' die am Ausführungsbeispiel · eines Kolbenmotors beschriebene Erfindung aucJtr im Susainraan— hang mit beispielsweise einem Rotationskolbenmotor oder anderen Typen von Verbrenmingskraftmaschinen verwendet werden kann. ." · . '

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Claims

Patentansprüche

eKraftstoffgemischzuführungssystem für eins Verbrannungs-. kraftmaschine mit einer Brennkammer, einer Ansaugleitung, die die Brennkammer mit der Atmosphäre verbindet, und einem Kraftstofftank, der mit der Ansaugleitung in -Verbindung steht, gekennzeichnet durch einen ebenfalls mit . der Ansaugleitung (22) in Verbindung stehenden Oxidationsmitteltank (36).
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass · ■ das Oxidationsmittel eine Sauerstoffverbindung ist und .: dass das System weiterhin zwischen dem Oxidationsmittel— tank (36) und der Ansaugleitung (22) einen Zersetzer (42) enthält, der das Oxidationsmittel beim Durchströmen zersetzt. ■
3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist. · . ■ -
4. Systeci nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zersetzer (42) einen Katalysator enthält. -
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein Durchflusssteuerventil (44) zwischen dem Oxidationsmitteltank (36) und . dem Zersetzer (42) enthält.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn^

: zeichnet, dass der Zersetzer mit einem. ersten Bereich .. ■ der Ansaugleitung (22) in Verbindung steht, der,, in Flussrichtung gesehen, vor einem zweiten Bereich der Ansaugleitung (22) liegt,- mit dem der' Kraftstoff tank (48)

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in Verbindung steht. * .
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der erste als auch der zweite Bereich, der Ansaugleitung (22)" unter Bildung von Venturiabschnitten (46, 55) verjüngt sind. -

3. System nach einen der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Zweigleitung (53), die von der Ausgangsseite des Zersetzers (42) abzweigt und, in Flussrichtung gesehen, unterhalb des zweiten. Bereiches (56) der Ansaugleitung (22) in diese einmündet.

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