DE2500387A1

DE2500387A1 - Vorverbrennungskatalysator fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2500387A1
Application number: DE19752500387
Authority: DE
Inventors: J Byron Hicks
Original assignee: Hydro Catalyst Corp
Current assignee: Hydro Catalyst Corp
Priority date: 1974-01-23
Filing date: 1975-01-07
Publication date: 1975-07-24
Also published as: IT1017040B; AU7106174A; FR2258534A1; FI234374A; NL7411001A; NO742704L; FR2258534B3; IL45273A0; SE7412503L; US3885539A; BR7407121D0; JPS50102721A; BE821147A; DK600274A

Description

Torverbrennungskatalysator für Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Vorverbrennungskatalysators bei Verbrennungskraftmaschinen, in denen luft und flüssige Brennstoffteilchen durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Fetze strömen, auf deren Oberflächen sich verschiedene Katalysatormetalle wie Cadmium und Nickel befinden. Die letze werden in eng benachbarter Lage gehalten und voneinander und von der ade durch Dichtungen getrennt (US-PS 2 899 949 und 3 682 608). Entgegen den bisher angewandten Dichtungen enthalten die erfindungsgemäßen Dichtungen einen Elektrolyt, vorzugsweise einen solchen,der Anionen zur Verfugung stellt wie Glycerin. Sie stellen somit einen Strompfad mit hohem Widerstand zwischen den Fetzen und zwischen Fetzen und Erde dar. Der Widerstandsert jedes Pfades liegt in der Größenordnung von 1 bis 50 χ 10 SIi . Durch diese neue Art der Dichtungen kann der Betrieb der bisherigen Vorverbrennungskatalysatoren verbessert werden. Er wird zuverlässiger und gestattet eine höhere Kilometerleistung und schließlich eine Verringerung der Umweltbelastung bei Herab-

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setzung der Octanzahl, ohne daß dies zu einem Klopfen führt.

Aufgabe einer solchen Anlage ist die Verbesserung der Zündung des Gemisches durch katalytische Einwirkung auf ein vergastes Gemisch eines flüssigen flüchtigen Brennstoffs und Luft unmittelbar vor Eintritt in eine Verbrennungskraftmaschine· .

Aus der US-PS 2 899 949 wird eine Anlage mit einem .Vorverbrennungskatalysator bekannt zwischen Vergaseraustritt und Brennraümeintritt. Diese Anlage besteht aus einem Paar von Fetzen unterschiedlicher Katalysatormetalle, insbesondere von Cadmium für das erste Netz und Nickel für das zweite Metz· Aus der US-PS 3 682 608 ist eine Verbesserung dieser Vorverbrennungskatalysatoranlage bekannt, die darin besteht, daß kleinere Maschenweiten des Netzes angewandt wurden und die Netze aufgewölbt werden,um den Metallbereich zu vergrößern, über den das Brenngemisch aus Benzin und Luft strömt. Dadurch wird die Strömung mehr gewunden, der Bereich eines geraden Durchs trömens verringert oder eliminiert und die Wasehwirkung des Gemisches auf die Netze verbessert. Obwohl alle diese Anlagen sehr zweckmäßig sind hinsichtlich der Verbesserung der Kilometerleistung, der Verringerung der Umweltverschmutzung und des Antiklopfeffekts, so konnte doch festgestellt werden, daß die Wirksamkeit verringert ist, wenn der Motor kalt ist oder mit hoher Last oder Geschwindigkeit arbeitet.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine verbesserte Anlage für einen Vorverbrennungskatalysator, der über einen weiteren Arbeitsbereich funktionsfähig ist ,als dies die bisherigen Vorverbrennungskatalysatoren waren, so daß man insgesamt höhere Wirkungsgrade erzielen kann.

Der erfindungsgemäße Vorverbrennungskatalysator befindet sich zwischen Vergaserausgang und Motoreintritt und umfaßt zwei durchbrochene Bauteile unterschiedlichen Katalysatormetalls, durch die das Vergasergemisch strömt. Diese Bauteile sind von—

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einander und von der Erde in Porm des Motorblocks mit Hilfe von Dichtungen

getrennt, die einen Weg oder Pfad hoben Widerstands in der Größenordnung von 1 bis 50 χ 10 Sb ,vorzugsweise 3 bis 8 χ 10 Sb ergeben. Diese Bauteile sind imprägniert mit einem Elektrolyt, vorzugsweise einem organischen Elektrolyt mit hohem Siedepunkt, z.B. zumindest. 25O⁰C, Dafür eignet sich z.B. ein hochsiedender Alkohol wie ein Polyol, z.B. Glycerin. Bei den nach der US-PS 3 682 608 ausgeführten Vorverbrennungskatalysatoren konnte man beobachten, daß für ausreichende katalytische Wirksamkeit die beiden Katalysatornetze elektrisch isoliert sein müssen voneinander und gegen Erde, das ist das Motorgehäuse. Weiters wurde beobachtet, daß unter bestimmten Bedingungen keine ausreichende Wirksamkeit vorlag. Dies gilt für kalten Motor beim Starten und bei stark gedrosselten Einstellungen, z.B. wenn der Motor unter schwerer Last oder mit hohen Geschwindigkeiten arbeitet. Aufgrund ausgedehnter Untersuchungen wurde festgestellt, daß - wenn der Widerstand zwischen den Katalysatornetzen zu gering ist, z.B.unter 1 χ 1.0 Sh liegt die Netze sich mit Kohlenstoff beladen und damit praktisch unwirksam werden. Andererseits wenn der Widerstand zwischen den Netzen oder zwischen Netzen und Erde zu hoch ist,z.B. über 50 χ 10 Sb liegt, besitzt der Vorverbrennungskatalysator nur einen sehr mäßigen Effekt auf die Motorleistung. Es wurde weiters beobachtet, daß bei Vorverbrennungskatalysatoren, welche zu besserer Motorleistung führen, die Spannung zwischen Cadmium- Netz und Erde immer negativ ist und zwischen etwa -0,05 bis -0,5 V schwankt bei normaler Motorarbeit nach Einstellung des Temperaturgleichgewichts. Das Nickelnetz war stabiler, jedoch konnte man auch eine Schwankungozwischen etwa -0,1 und + 0,5 V gegen Erde feststellen. Die Spannungsdifferenz während des wirksamen Betriebs der bekannten Vorverbrennungskatalysatoren zwischen den beiden Netzen schwankte also zwischen 0,05 undJ0,15 V. Wenn der Widerstand zwischen den Netzen oder zwischen Netzen und Erde 50 χ 10 'Sh übersteigt, so variiert die Spannung an den beiden Netzen noch mehr. Manchmal stellt man am Cadmiumnetz eine mittlere Spannung von über 12 V und

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am Nickelnetz bis hinauf zu einer mittleren Spannung von 2 V fest. Es kann sogar vorkommen, daß das Cadmiumnetz positiver wird als das Nickelnetz. Wenn dies langer als etwa einige Minuten - abhängig von der Motortemperatur, d.h.länger für höhere Temperaturen -.wird das Nickelnetz schwarz und die Wirksamkeit des Vorverbrennungskatalysators auf die Motorarbeit sinkt.

Es wurde nun festgestellt, daß - wenn Hydroxylionen· in einer Dichtungszwischenschicht zwischen den Katalysatornetzen und zwischen den Netzen und Erde in einer solchen Menge vorliegen, daß der Widerstand zwischen etwa 1 bis 25 x 10 Sh liegt - der Vorverbrennungskatalysator keine derartigen SpannungsSchwankungen an den Netzen oder gar eine Spannungsumkehr der Netze zeigt, sondern sehr stabil arbeitet, während eine Spannungsdifferenz zwischen den Netzen von etwa 0,1 bis 0,3 V eingehalten wird, abhängig von den verschiedenen Parametern wie Motorgeschwindigkeit und Last. Es findet auch keine nennenswerte Beeinträchtigung während des Startens eines kalten Motors, oder bei stark gedrosseltem Betrieb statt, noch kommt es zu einer Spannungsumkehr der Netze. Das Nickelnetz bleibt immer positiver als das Cadmiumnetz.

Eine Erklärung für diese Erscheinung an einer Dichtungszwischenschicht, enthaltend Hydroxylionen-führenden Elektrolyt zur Stabilisierung des Systems, ist noch nicht bekannt. Es kann sein, daß dafür eine Unterstützung der Verbrennung durch eine Alkoholreaktion und nicht so sehr durch einen Aldehydabbau verantwortlich ist. Erstere mag etwas langsamer sein und wird daher vollständiger und begünstigt damit weniger eine Vorzündung. Eine Alkoholreaktion - wie sie beispielsweise in einer Nickel-Cadmium-Batterie oder einer Nickel-Cadmium-Brennstoffzelle auftritt - hängt ab von der Bewegung der Hydroxylionen. Es kann sein, daß die Hydroxylionen des Elektrolyten aus der Dichtungsschicht nach der Erfindung eine analoge Bewegung ausführen und dadurch die Brennstoffverbrennung gegen die Alkoholreaktion steuern. Obwohl man bei einem Widerstand zwischen

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1 und 50 χ 10 ;ibden gewünschten Einfluß auf die Vergrößerung der Kilometerleistung, Verringerung der Umweltbelastung und Verbesserung des KlopfVerhaltens feststellt, sind die Ergebnisse zwischen etwa 3 und 8 χ 10 Sb,insbesondere 6 bis 8 χ 10 Sb noch günstiger, wenn der Motor bereits warmgelaufen ist.

Zwischen 3 und 8 χ 10 ώ beobachtet man nicht nur eine Stabilität der katalytischen Wirksamkeit, sondern auch eine Verbesserung der Kilometerleistung des Brennstoffs um etwa 15 bis 40 $ gegenüber den bekannten Vorverbrennungskatalysatoren und darüber hinaus sind die Anforderungen an die Oetanzahl bei den erfindungsgemäßen Vorverbrennungskatalysatoren um etwa 8 geringer gegenüber nur um etwa 5 geringer für die bekannten Vorverbrennungskatalysatoren·

Eine weitere merkliche Änderung in dem Effekt des erfindungsgemäßen Vorverbrennungskatalysators gegenüber bekannten ist die Möglichkeit einer weiteren Vorstellung des Zündpunkts, der früher um etwa 1° gegenüber einer üblichen Vorstellung von 8 ° bei Normalbenzin, wenn früher Superbenzin benötigt wurde. Unter Anwendung des erfinr dungsgemäßen Vorverbrennungskatalysators kann die Zündzeit bis zu 13° vorgestellt werden für Uormalbenzin ohne Klopfen (ping), während früher der Motor Superbenzin forderte. Dies ist ein wesentlicher Paktor und beruht wahrscheinlich auf der geringeren Anforderung des Motors an' die Octanzahl des Benzins. Dies bestätigt offenbar die Ansicht, daß der erfindungsgemäße Vorverbrennungskatalysator die Reaktion zu einer Alkoholreaktion steuert, die einer extrem schnellen Oxidation widersteht,und damit die Tendenz des Vergasergemisches zu einer vorzeitigen Zündung verringert. Diese unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beiden Reaktionen, nämlich Alkohol·-bzw. Aldehydreaktion, sind bekannt ("Fuel and Combustion", Smith and Stinson, Seite 134)·

Die oben angegebenen Spannungen wurden bestimmt mit einem

Ohmmeter

Gleichstrom Volt/ [FET 310 von Triplett) mit konstantem Widerstand von 11 M&i. Die Ablesung erfolgte auf der 1 MjPj-Skala, wobei der negative Pol an das Cadmiumnetz und der po-

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sitive Pol an das Mckelnetζ angeschlossen war, um den Widerstand zwischen den beiden Netzen zu ermitteln. Der Widerstand zwischen Cädmiumnet ζ und Erde erfolgte mit negativem Anschluß an. das Cadmiumnetz und positivem Anschluß an die Erde bzw. für das Nickelnetz mit negativem Anschluß an Erde und positivem Anschluß an das Nickelnetz·

Man kann auch andere katalytisch wirksame Metalle außer Cadmium und ITickel anwenden, wie Zn"~/Ni⁺, Zn""/Ccl, Zn""/Cu und Cd"*/Cu· Die Hetze können vollständig aus diesen Metallen bestehen, jedoch ist es wirtschaftlicher und hat auch offensichtlich keinen merklichen Effekt auf die Betriebsweise,die Hetze aus einem Grundmetall, z.B. Stahl, herzustellen und mit dem Katalysatormetall zu überziehen, z.B. durch Elektroplattieren, Spritzen oder Tauchen. Ein dünner Überzug von beispielsweise auch nur 2,5/am reicht aus.

Hervorragende Ergebnisse erhält man, wenn die beiden Netze im wesentlichen gleiche Gestalt haben und voneinander etwa 3 mm in Strömungsrichtung des Tergasergemisches angeordnet sind.

Bei dem Hydroxylionen-haltigen Elektrolyt in der Dichtungszwischenschicht handelt es sich vorzugsweise um einen Alkohol, der einwertig oder mehrwertig sein kann, vorzugsweise ein mehrwertiger Alkohol, dessen Hydroxylgruppen endständig sind und der Siedepunkt bei zumindest 25O⁰C liegt, so daß die Verflüchtigung des Elektrolyten gering ist. Der Elektrolyt verbleibt in der Dichtung bis zu einer 3?ahrle istung in der Größenordnung von etwa 90 000 km. Bevorzugt wendet man als Elektrolyt Glycerin an.

Um den Einfluß der Motorwärme auf die Dichtungszwischenschicht zwischen den katalytischen Netzen bzw. den Netzen und Erde zu verringern, können erfindungsgemäß an beiden Seiten noch abschirmende Dichtungslagen vorgesehen werden, die wärmebeständig sind und eine geringere Wärmeleitfähigkeit besitzen. Derartige Schutzschichten haben einen sehr hohen spezifischen Widerstand, so daß es wünschenswert ist, sie mit elektrisch leitenden Streifen zu überbrücken, wobei die benachbarten Hydroxyl-halti-

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gen Zwiseheaschichten der Dichtung mit einer Erdung geringen Widerstands verbunden werden· Diese äußeren Schichten befinden sich zwischen der G-lycerin-haltigen Zwischenschicht und Erde, so daß die Erdung der Außenschichten und insbesonders der äußeren Flächen der Außenschichten nicht zu einer Erdung der anliegenden Zwischenschicht führen, da der Widerstand der Außenschichten sich noch immer zwischen der Mittelschicht und dem geerdeten Motorblock befindet. Es wurde festgestellt, daß der Glyceringehalt der Zwischenschicht den Widerstand dieser Schicht nicht wesentlich beeinflußt. Ist beispielsweise in der Zwischenschicht ausreichend Glycerin enthalten, so kommt man auf einen Widerstand von etwa 7 x 10 \9i · Verdoppelt man den Glyceringehalt, so wird der Widerstand nur geringfügig kleiner. Auch beeinflussen Variationen des Widerstands zwischen den Hetzen und dem geerdeten Motorblock nicht beträchtlich die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorverbrennungskatalysatoren, vorausgesetzt natürlich, daß obige Widerstandswerte eingehalten werden, insbesondere der Widerstand zwischen etwa 3 und 8 χ liegt.

Die Erfindung wird an den Figuren weiter erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Motoranlage mit erfindungs gemäßer Vorverbrennungsvorrichtung zwischen Vergaser und Eintritt des Vergasergemisches in den Motor.

Figo 2 zeigt eine vergrößerte Daraufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung entlang 2/2 aus Pig. 1;

3?igo 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt in Längsrichtung des Mittelteils;

Fig. 4 eine Detailansicht entlang 4/4 der Fig. 3;und

Fig. 5 entspricht im wesentlichen Fig. 1, jedoch hier für einen Zweitaktmotor.

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Ein üblicher Viertaktmotor 10 ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 mit Vorverbrennungskatalysator versehen. Sie befindet sich zwischen dem Vergaser 14 und dem Eintritt 16 des Vergasergemisches in den Motor» Der Vergaser ist wie üblich aufgebaut aus einem luft-Regelventil und einer Regelung für die Brennstoffzufuhr in die Mischkammer. Ein solcher Motor arbeitet mit üblichem Benzin, also einem Gemisch von verdampfbaren flüssigen Kohlenwasserstoffen einschließlich Isooctan, welches 100 Octanzahl besitzt und n-Heptan mit praktisch 0 Octanzahlo TJm nun entsprechende Octanzahlen zu erreichen, kann man ein Gemisch von 10 Teilen Heptan und 90 Teilen Octan für eine Octanzahl von 90 vorsehen, was unter der Octanzahl von Normalbenzin liegt, welches im allgemeinen etwa 94 OZ besitzt. Ein Superbenzin, wie es üblicherweise für hochkomprimierende Viertaktmotoren erforderlich ist, hat eine Octan— zahl von etwa 99 bis 100 oder darüber. Da Hormalbenzin wesentlich billiger ist als Superbenzin, ist es wünschenswert, leistungsfähige Motoren mit !Tormalbenzin betreiben zu können.

Die Benzine können in einem Luftstrom zerstäubt werden, wie dies in einem Vergaser der Pail ist, wobei es zu einem weitgehenden Verdampfen kommt und man ein Gemisch erhält, welches dem Gemischverteiler des Motors zugeführt werden kann.

Das Vergasergemisch gelangt nun - nicht wie üblich - direkt in die Verteilerleitung des Motors - sondern durch die erfindungsgemäße Vorverbrennungskatalysatorvorrichtung 12.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt zwei Katalysatorteile in Form eines Drahtnetzes 18,20. Das erste Drahtnetz .18 wird zuerst vom Vergasergemisch durchströmt, welches dann durch das zweite Drahtnetz.20 gelangt. Diese Netze bestehen im allgemeinen vorzugsweise aus gut wärmeleitenden Metallen, die relativ billig sind, wie Eisen oder Stahl. Die Kosten für dieses Grundnetz sind kein kritischer Faktor. Die Verfügbarkeit ist wesentlich. Zweckmäßigere Metalle für die Grundnetze sind

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Kupfer, Aluminium und deren Legierungen wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit. Es handelt sich dabei um sehr feinmaschige Netze. Das Wetz 18 besteht z.B. aus einem Metalldraht 0,215 mm Stärke und einer Drahtanzahl von 28 χ 28, so daß sich eine

Maschenzahl von etwa 124/cm (800/sq.in) ergibt. Pur das

und Hetz 20 kann man eine Drahtstärke von 0,28 mm eine Drahtanzahl von 16 χ 16 anwenden entsprechend einer Maschenzahl von 38,7/cm (250/sq.in).

Geeignete Drahtnetze sind etwa 10 χ 10 bis 100 χ 100 Maschen für Drahtstärken von etwa 0,5 bis 0,25 mm für das gröbste Netz

τητη

und 0,215 bis 76 um für das feinste. Um eine Eisbildung (frosting) bei sehr feinen Netzen zu verhindern, ist eine äußere Wärmequelle wünschenswert. Die freie Fläche, in Richtung senkrecht zur Netzebene kann zwischen etwa 50 und 75 f° schwanken.

Wie bereits darauf hingewiesen, können die Netze ganz aus katalytisch wirksamem Material bestehen oder aus Wirtschaftlichkeitsgründen aus einem billigen Grundmaterial mit einer Beschichtung aus katalytisch wirksamen Material. Die katalytisch wirksamen Materialien umfassen die Wasserstoffionenbildenden Katalysatoren oder (Öydrierkatalysatoren) wie Cadmium und Nickel. So kann das Netz 18 eine Außenfläche von Cadmium und Netz 20 eine Außenfläche aus Nickel aufweisen. Die Katalysatorschicht in einer Stärke von 2,5 /um kann ausreichen und wird aufgebracht durch Elektroplattieren oder Tauchen des vorgeformten Grundnetzes. Man kann aber auch einen katalytischen Überzug auf einen Grunddraht größerer Stärke aufbringen und diesen dann auf den gewünschten Durchmesser ziehen, wobei gleichzeitig auch eine Verringerung der Schichtstärke der Katalysatorschicht stattfindet. Auf diese Weise kommt man zu Schichtstärken von etwa 0,25 mm (10 mils )<. Die beiden Drahtnetze erstrecken sich vollständig über den Leitungsquerschnitt für das Vergasergemisch. Man kann aber doch gegebenenfalls einen Teil des Vergasergemisches um den Vorverbrennungskata- lysator in einem.Nebenweg führen.

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Die beiden Hetze sind korbförmig gekrümmt und zwar so, daß ein gewisser Abstand zwischen ihnen immer vorhanden ist. In Strömungsrichtung des Vergasergemisches beträgt der zweckmäßige Abstand etwa 3 mm.

die Fixierung und den Einbau der Netze an der entsprechenden Stelle zu einer einzigen Einheit für leichtere Handhabung und Installation sind entsprechende Vorkehrungen zu treffen. Dies soll anhand der Pig. 3 und 4 näher erläutert werden. Die in Pig. 3 gezeigte mechanische Ausführungsform kann in etwa der der US-PS 3 692 608 entsprechen mit Ausnahme der elektrischen Eigenschaften der Dichtungsschichten und deren Imprägnierung.

Die Dichtung kann eine oberste lage 22 und eine unterste Lage 24 zur Wärmeabschirmung aufweisen. Wie im folgenden noch ausgeführt werden wird, sollen sie dem Wärmedurchgang beträchtlichen Widerstand entgegensetzen und bei Arbeitstemperatur inert sein. Zwischen der obersten Lage 22 und der untersten Lage 24 befinden sich 4 Dichtungszwischenschichten 26, 28, 30, 32, wobei die Zwischenschicht 26 der Pig. 4 über dem Netz 18 der Pig. 3 angeordnet ist. Die zweite Zwischenschicht 28 befindet sich unmittelbar unter der nach außen umgelegten flachen Randzone des Cadmiumnetzes 18. Die dritte Zwischenschicht 30 liegt auf der nach außen gekehrten flachen Randzone des Nickelnetzes 20 auf. Die letzte Zwischenschicht 32 befindet sich direkt auf der untersten Lage 24 und unterhalb dem flachen Randbereich des Nickelnetzes 20. Die benachbarten Zwischenschichten stehen in flächenmäßiger Berührung untereinander. Die oberste und unterste Lage 22, 24 haben einen sehr hohen elektrischen Widerstand. Dies ist jedoch nicht erfindungswesentlich, sondern ihre Aufgabe ist nur ein hoher Widerstand gegenüber Wärmedurchgang. Ein geringer elektrischer Widerstand würde völlig ausreichen, wenn der Wärmedurchgang entsprechend gering ist. Der Aufbau und die Zusammensetzung dieser beiden Schichten kann dergleiche sein. Jede Schicht kann in 3 Teilschichten, nämlich eine obere, eine mittlere und eine untere.unterteilt werden, was jedoch in den Figuren nicht gezeigt ist.

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Die oberen und unteren Teilschichten bestehen aus einer Folie eines gehärteten Nitrilkautschuks, gemischt mit einem geringen Anteil an Korkpulver. Sie werden hinsichtlich Wärmebeständigkeit und Festigkeit durch Mineralfasern verstärkt. Auch kann man einen geringen Anteil an Pflanzenfasern, wie Hanf oder Jute_tvorsehen· Es ist darauf hinzuweisen, daß diese oberen und unteren Teilschichten keine nennenswerten Elektrolytmengen, insbesondere kein Glycerin₍enthalten.

Die mittlere Teilschicht besteht aus einem Phenolformaldehydharz, verstärkt mit Pappe, welche im wesentlichen aus Holzfasern und gegebenenfalls auch Hanf und/oder Jute aufgebaut sein kann. Auch diese mittlere Teilschicht enthält keinen Elektrolyt. Die lagen 22, 24 sind hinsichtlich des Elektrolyten, insbesondere Glycerin, relativ undurchlässig, so daß dieses nicht in diese Lagen einwandert und damit aus den Zwischenschichten verloren geht. Eine solche Wanderung würde die Betriebsfähigkeit nicht in einem solchen Ausmaß beeinträchtigen, daß wenn etwas Glycerin in den Lagen 22,24 vorliegt, die Vorrichtung nicht funktionsfähig wäre. Man wird jedoch versuchen j eine solche Wanderung zu unterbinden, um dadurch einen Glycerinverlust aus den anliegenden Zwischenschichten.zu vermeiden. Ein solcher Verlust könnte so groß sein, daß der Widerstand der Zwischenschichten, wenn sie zu einem beträchtlichen Anteil an Glycerin verarmt sind, die Betriebsfähigkeit ernstlich gefährden könnte.

Der wesentlichste Teil der erfindungsgemäßen Vorverbrennungskatalysatoreinheit sind die Zwischenschichten mit ihren bestimmten Widerstandswerten und ihrem Gehalt an einem Elektrolyt, der vorzugsweise Hydroxylionen ausweist. Nach der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind die einzelnen Zwischenschichten gleich aufgebaut; sie können jedoch unterr schiedliche Stärke besitzen. Sie können hergestellt sein aus Leim-und Glycerin-enthaltendenPackungen aus Faserplatten. Diese Packungen bestehen z.B. aus rauhen Platten von Pflanzenfasern, z.B.einem Papier aus ungebleichtem Sulfatzellstoff. Diese Platten oder Papiere können als Füller wirken. Sie werden getränkt mit Hautleim (z.B. 315 g Bloom), der plastifiziert ist mit Glycerin worauf nach dem Tränken mit Formalde-

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hyd behandelt wird, um zu gerben also zu härten· Der Aufbau einer solchen Zwischenschicht ist z.B.: etwa 59 i» Papier, etwa 7 i° Leim, etwa 29 i<> Glycerin und etwa 5 f° Wasser. Das Glycerin, in erster Linie aufgrund seiner Hygroskopizität, hält die Feuchtigkeit zurück und bewirkt damit ein Weichmachen oder Plastifizieren des Leims und auch in gewissem Ausmaß der Fasern des Holzstoffs. Der G-Iy c er ing ehalt ist nicht kritisch« Er kann um 5 $ * schwanken, was zu keiner Beeinflussung der Arbeitsfähigkeit des Katalysatorsystems führt. Der für das Tränken der Zwischenschichten anzuwendende Anteil an Glycerin wird vorzugsweise so gewählt, daß diese Schichten einen Widerstand von etwa 3 x 10 bis 8 χ 10 ß ~ erreichen. Wie oben bereits angedeutet, haben geringe Schwankungen wie minus etwa 20 fo bis zu plus etwa 100 % im GIyceringehalt der Imprägnierung keinen merklichen Einfluß auf die Betriebsfähigkeit. der Vorrichtung.

Die nach außen-,gebogenen flachen Randzonen der beiden Netze 18, 20 werden vorzugsweise versteift durch Fixieren von jeweils einem dünnen Ring eines Metalls wie korrosionsbeständiger Stahl oder Weichstahl plattiert mit dem Metall, aus dem das Hetz besteht. Dieser Ring kann ein U-Profil sein, dessen Krümmung nach außen weist (Ringe 34)·

Die beiden Außenlagen und die Zwischenschichten haben die gleichen Umfangsformen und sind deckend aufeinandergebracht und zwar über die mittleren Öffnungen 36 um den Durchgang Der Rand des Netzes 18 aus Cadmium und der zugeordnete Metallring ist zwischen den Zwischenschichten 26, 28 angeordnet, dementsprechend der Rand des Nickelnetzes 20 mit Metallring zwischen den Zwischenschichten 30, 32, Die Ränder der Netze befinden sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Durchgang 38 oder spezieller etwas außerhalb dieses Durchgangs.

Die Form der äußeren Lagen und der Zwischenschichten und die Form des zentralen Durchgangs und deren Dimensionen werden bestimmt und abgestimmt auf Konfiguration und Dimensionen

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des Vergaseraustritts und Motoreintritts,

Die ganze Dichtung ist somit aufgebaut aus den äußeren Lagen 22, 24 und den Zwischenschichten 26, 28, 30, 32. Dieser ganze Stapel schließt eine die Montageöffnungen 42 in Übereinstimmung mit den Montageöffnungen 44 in den Flanschen 46 des Vergaseraustritts und Motoreintritts·

Die Montageöffnungen 42 werden mit elektrisch nicht-leitenden Buchsen 48 mit zentralen Bohrungen 50 versehen. Die Buchsen dienen zur Einstellung der Pressung der Dichtung. Sie verringert auch den Drehmomentverlust und die Wärmeleitfähigkeit der Anlage. Fm die einzelnen Teile der Dichtung zusammenzuhalten, kann man aber auch eine (nicht gezeigte) sehr dünne Schicht eines bindenden Materials zwischen den aneinander stoßenden Flächen der Außenlagen und der Zwischenschichten vorsehen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur katalytischen Vorverbrennung werden die äußeren Lagen und Zwischenschichten sowie die Cadmium- bzw. Mckelnetze 18,20 in die entsprechende Lage übereinander gebracht mit Hilfe der Buchsen 48 in den in entsprechender Ausrichtung liegenden Montageöffnungen 42. Zu dieser Zeit ist dieser ganze Stapel etwas höher als die Höhe der Buchsen 48. Dieser wird dann zusammengepreßt auf eine Stärke etwas über der Buchsenlänge. Dadurch kommen die Außenlagen und Zwischenschichten in engen flächenmäßigen Kontakt. Trocknet nun die Bindung zwischen diesen Schichten, so erhält man dann eine kompakte Einheit. Die Buchsen sind etwas zu groß für die Montageöffnungen, so daß die einzelnen Elemente dieser Anordnung dicht aneinander gehalten werden. Um die Buchsen an Ort und Stelle zu halten, wird jede mit einer V- förmigen Rippe 52 in halber Länge versehen. Auf diese Weise widerstehen die Buchsen einer Längsspannung, ohne daß sie verschoben werden. Die Buchsen 48 können aus einem wärmegehärteten, mit Mineral-

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Die Anordnung der Öffnungen 42 und die Stellungen, Größen und Anzahlen der Buchsen 48 entsprechen dem Vergaser und dem Motor, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung über Schrauben und Muttern 54» die sich durch die Buchsen erstrecken, an Ort und Stelle fixiert wird.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß trotz der Tatsache, daß die Zwischenschichten unterschiedliche Stärke haben, z.B einige doppelt so dick sind als andere, der Widerstand dieser Schichten doch annähernd der gleiche ist und zwischen etwa 3 x 10⁶ bis 8 χ 10⁶u>' liegt.

und zwischen Fetz Der Widerstand zwischen den NetzenVund dem Motorblock als Erde sollte in der gleichen Größenordnung liegen. Dieser würde jedoch wegen der äußeren Lagen 22, 24 aufgrund der Zusammensetzung merklich darüber hinaus gehen, da diese Lagen höhere Widerstände als die obere Grenze des genannten Bereichs haben. TJm die nachteilige Einwirkung dieses hohen Widerstands auf die Arbeitsfähigkeit der erf indu ng s gemäße η Vorrichtung 1.2 auszuschalten, werden in beiden Lagen Kurzschlußstreifen angewandt. Diese bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, z.B. Stahl,und haben die Form von U-förmigen Klammern, deren ein Schenkel über und der andere unter der Lage sich

am Umfang befindet. Dadurch wird lokal die Lage 22 bzw. 24 überbrückt.

» Diese Klammern müssen nicht aus hochleitendem Metall bestehen, umso mehr als die Größenordnung des Widerstands der Zwischenschichten so hoch liegt, daß zusätzlicher Widerstand,wie ihn so ein Streifen darstellen kann, wenn er nicht aus Kupfer sondern aus Stahl ist, keine nennenswerte Differenz erbringt. Die gewünschte Fläche der Klammern innerhalb der Dichtung steht in einer groben Abhängigkeit

ρ ρ

zum Motor, z.B. 1,3 cm für 1,6 1 bzw. 3,25 cm für 8 1 (0,2 sq.in/100 cb.in bzw. 0,5 sq.in/500 cb.in). Die äußeren Flächen der Außenlagen entsprechen im allgemeinen den normalerweise ebenen Flächen der Flanschen am Vergaseraustritt und Motoreintritt.

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Die erfindungsgemäße Anlage zur katalytischen Vorverbrennung stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber der Anlage nach US-PS 3 682 608 dar. Der Ausfall ist wesentlich verringert, die Wirksamkeit wesentlich vergrößert. Wie erwähnt, wird eine Benzineinsparung von etwa 15 bis 40 $ erreicht. Darüber hinaus benötigt der Motor nur einen Brennstoff mit einer Octanzahl^die um etwa 3 geringer sein kann, ohne daß es zu einem Klopfen kommt.

Wie schon darauf hingewiesen, sind die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der größeren Kilometerleistung, in der Verringerung der Umweltverschmutzung und in der Herabsetzung der benötigten Octanzahl zu sehen. Dies gilt alles für Viertaktmotore.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen dem Vergaser und dem Lufteintritt eines Zweitaktmotors 56 nach Fig. 5 eingebaut, so beobachtet man ein vollständig unerwartetes Resultat« Bekanntlich hat der in einem Zweitaktmotor anzuwendende Brennstoff auch noch die Aufgabe eines Schmieröls für die ZyIinderwander zu erfüllen. Dieses Schmieröl wird während des Betriebs nicht vollständig verbrannt, so daß bei Anwendung solcher Motoren als Außenbordmotoren das Öl Anlaß zur Wasserverschmutzung gibt. Dies stellt ein wesentliches Hindernis für den Verkauf von Zweitaktmotoren auf diesem Anwendungsgebiet dar, so daß weitgehendst in Wasserfahrzeugen Zweitaktmotoren nicht zugelassen sind. Wird jedoch die Vor- ' verbrennungskatalysatoreinheit nach der Erfindung zwischen Vergaser und Lufteintritt vorgesehen, so verschwindet überraschenderweise praktisch vollständig das Öl aus dem Abgas, so daß es nicht mehr zu einer Wasserverschmutzung bei Bootsmotoren kommt,

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. - Vorrichtung zur katalytischen Vorverbrennung bei Verbrennungskraftmaschinen zwischen Vergaser und Eintritt des Vergasergemisches in den Motor in Form von zwei im Abstand voneinander angeordneten Netzen aus unterschiedlichen katalytisch wirksamen Metallen und Dichtungszwischenschichten zwischen den Netzen und Netz und Erde in Form des Motorblocks, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungszwischenschichten einen Widerstand von 1 · 10 bis 50 · 10 Qi ,vorzugsweise 3 ·10 bis 8 · 10 , besitzen.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungszwischenschichten einen Elektrolyt, insbesondere einen Hydroxylionen-liefernden Elektrolyt, enthalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine organische Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von zumindest 25O⁰C, insbesondere ein ein- oder mehrwertiger Alkohol ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch

gekenn

zeichnet

daß der Elektrolyt Glycerin ist,

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten der Dichtungszwischenschichten zwischen Netz und Erde eine Lage mit einem geringen Wärmeleitkoeffizient vorgesehen sind, die für den Elektrolyt im wesentlichen undurchlässig sind.

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509830/0279

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