DE2610688A1

DE2610688A1 - Vorrichtung zum umwandeln von brennstoff fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2610688A1
Application number: DE19762610688
Authority: DE
Inventors: Allan Victor Little; Ronald Albert Wilkinson
Original assignee: LITTLE ANNA
Current assignee: LITTLE ANNA
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1976-09-23
Also published as: JPS51132317A; GB1547252A; US4147142A; CA1063458A

Description

Hpl.-lng. H. Sauenland · Dn.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen

Patentanwälte ■ 4odd Düsseldorf 3D · Cecilienallee 76 · Telefon 433732

12. März 1976 30 671 B -

Ronald Albert Wilkinson, 7 Balcombe Street, Momington, Victoria (Australien)

Anna Little, 2 Shadwell Street, Cheltenham, Victoria (Australien)

"Vorrichtung zum Umwandeln von Brennstoff für eine Brennkraftmaschine"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umwandeln von Brennstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für KFZ- und Schiffsanwendungen.

Die zunehmende Beteiligung von Kraftfahrzeugen an der Umweltverschmutzung hat zu umfangreichen Untersuchungen hinsichtlich der Eontrolle und Zusammensetzung der Abgase der benzinbetriebenen Brennkraftmaschinen geführt. Die mangelnde Eontrolle der chemischen Reaktionen während des Verbrennungsablaufs hat auf Seiten der Automobilhersteller zu Hilfsmaßnahmen geführt. Es ist seit langem bekannt, daß bei schneller Erhöhung der Leistungsabgabe während der normalen Fahrt auch eine Erhöhung im Brennstoff-Luft-Verhältnis auftritt.

Das Brennstoff-Luft-Verhältnis (Gemischanreicherungsgrad) ist zu jeder Zeit in erster Linie von der Ausbildung der Brennstoffzuführeinrichtung abhängig. Die Eontrolle über die chemischen Reaktionen ist jedoch in der Hauptsache

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ORIGINAL INSPECTED

mehr von physikalischen und physikalisch-chemischen Faktoren als von mathematischen Faktoren abhängig. Die bei den in Massenproduktion, hergestellten Kraftfahrzeugen verwendeten Zuführvorrichtungen geniigen nicht den erforderlichen Bedingungen, um bei den heute zur Verfügung stehenden flüssigen Brennstoffgemischen eine wirksame Verbrennung zu gewährleisten.

Die heutzutage verwendeten Vergaser für flüssigen Brennstoff lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen, nämlich

1. Vergaser mit unter Atmosphärendruck - erfolgender Einspritzung mit zweifacher Flüssigkeitseinspritzung, welche noch nach statischen und dynamischen Gesichtspunkten unterschieden werden kann,

2. mit über dem Atmosphärendruck liegendem Druck arbeitende Einspritzsysteme als einfache Flüssigkeitseinspritzung, bekannt als Brennstoffeinspritzung.

Bei weitem der häufigste Nachteil bei allen Einspritzvergasern besteht darin, mit den großen Unterschieden in der Dichte und Viskosität fertigzuwerden, die zwischen den zugeführten Flüssigkeiten, nämlich luft und Brennstoff bestehet.. Vergaser sind Mengenzuteilvorrichtungen. Somit sind sehr kleine Mengen Brennstoff (mit hoher Dichte) für große Mengen luft (mit geringer Dichte) erforderlich, insbesondere, da Stickstoff, der mehr als 80# der angesaugten luft ausmacht, nicht zu den exothermen Reaktionen beiträgt. Bei einem stöchiometrischen Reaktionsgemisch sind nur ungefähr 2% des insgesamt angesaugten Volumens Brennstoff, wenn das Volumen auf einer Basis berechnet wird,

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bei dem der Brennstoff sich im Dampfzustand befindet. Somit sind zum Zuführen von kleinen Volumina des flüssigen Brennstoffs kleine Zumeßöffnungen erforderlich, die sorgfältig konstruiert sein müssen, um den Viskositätseigenschaften der Flüssigkeitsströmung gerecht zu werden.

Statisch arbeitende Vergaser verwenden überflutete Düsen mit einer erforderlichen Luftkorrektur bei hohen Gasgeschwindigkeiten durch das Chokerohr. Dynamisch arbeitende Vergaser benutzen eine kreisförmige Zumeßöffnung, die auch die Auslaßöffnung darstellt und schwierig zu beherrschende Auslaßcharakteristiken aufweist. Solche Vergaser erfordern eine Korrektur mithilfe einer komplizierten Profilgestaltung der Düsennadel.

Mit zwei Flüssigkeiten arbeitende Vergaser besitzen ebenfalls den Nachteil, daß

a) Brennstoffstrahlen in das Einlaßröhrenwerk austreten, was oft durch Aufschlagen auf die Drosselklappe erschwert wird und

b) aufgrund der Belastung der Brennkraftmaschine unterschiedliche Vakua im Einlaßröhrenwerk herrschen.

Bei kleinen Drosselöffnungen ist das Vakuum-Verdampfen (flash-off) maximal und die Gasgeschwindigkeit minimal. Bei großen Drosselklappenöffnungen tritt tatsächlich kein Vakuum-flash-off auf und eine Verdampfung des Brennstoffs kann nur über Wärmestrahlung und -leitung sowohl in bezug auf den mitgerissenen Brennstoff strahl als auch den ausgeschiedenen Brennstoff stattfinden. Da aber die Geschwindigkeiten im Einlaßrohr hoch sind, steht nur

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wenig Zeit zum Verdampfen zur Verfügung, welches jedoch vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer beendet sein muß. Dies führt insbesondere zur Anwendung von einen höheren Verdampfungspunkt aufweisenden Fraktionen des Brennstoffs. Bei den Brennstoffeinspritzsystem^erfolgt das Verdampfen durch Wärmestrahlung auf die mehr am Ende ausgebreiteten Brennstofftropfen.

Für die exotherme Reaktion von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit Sauerstoff müssen diese in einem gasförmigen oder dampfförmigen Zustand sein. Jedoch hängen die Geschwindigkeit und der Verlauf, wie der Brennstoff abbrennt, u.a. davon ab, ob das gesamte Brennstoff-Luftgemisch sich physikalisch in einem homogenen oder heterogenen Zustand befindet.

Wenn das Gemisch physikalisch homogen ist, findet die Verbrennung durch eine unkomplizierte Hydroxilierung mit freien Radikalen zu den Endprodukten Kohlendioxyd (CO₂) und Wasser (H₂O) st-vtt. Sofern flüssige und/oder feste Bestandteile vorhanden sind, und die Geschwindigkeit der Flammenausbreitung hoch ist, wird einige Wärmeenergie zum thermischen Kracken des Brennstoffs benutzt. Während dieses thermischen Krackens können

a) kleinere molekulare Fragmente, einschließlich Radikale, in einer komplexeren Weise als oben im Zusammenhang mit der Hydroxylaktion erwähnt wurde, mit O₂ reagieren. Instabile Peroxyde können sich bilden und in unkontrollierbarer Weise zerfallen und eine Vielzahl von organischen Endprodukten bilden, wie z.B. Äther, Säuren und Ester. Während des Krackens können

b) die kleinen Molekularfragmente auch zu Produkten mit

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einem höheren Molekulargewicht polymerisieren, wie z.B. zu großen Kohlenwasserstoffmolekülen;

c) ferner mit anderen radikalen Zwischenelementen wieder zu den verschiedensten organischen Endprodukten reagieren und

d) dehydrogenieren zum Bilden von Kohlenstoff.

Wo immer es zu einem thermischen Kracken von Brennstoffen mit einem hohen Verdampfungspunkt innerhalb der Verbrennungskammer ©iner fremdgezündeten Brennkraftmaschine kommt, steht in den Bereichen einer hohen Konzentration von Kohlenwasserstoff zwecks einer kompletten Verbrennung innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung.

Eine saubere vollständige Verbrennung ist somit nicht bei hohen Geschwindigkeiten in Brennkraftmaschinen möglich, die einen Spritzvergaser verwenden.

Aus obigem ergibt sich, daß die meisten Nachteile des Einspritzvergasers bei einem Saugrohrvergaser nicht vorhanden sind. Jedoch haben haben sie den offensichtlichen Nachteil, daß sie bei geringem Druck einen Brennstofftank oder einen großen Tank benötigen, der viel Platz beansprucht.

Es besteht daher das Bedürfnis, eine Brennkraftmaschine mit einer Brennstoffzuführung zu schaffen, die die Vorteile der beiden oben genannten Systeme in sich vereinigt und deren Nachteile vermeidet.

Weiterhin wird angestrebt, die chemische Zusammensetzung

des Benzin-Brennstoffs sowie den physikalischen Zustand für die Verbrennung zu verbessern. Die für die Automobilhersteiler maßgebenden Gesetzesvorschriften hinsichtlich der Umweltverschmutzung legen ihnen bei der Verwendung von bleifreien Brennstoffen eine Begrenzung in der Oktanzahl der Brennstoffe oder aber erhöhte Raffineriekosten auf, um die Begrenzung bei der Benutzung einer vergrößerten Menge von umgebildeten Kohlenwasserstoffen einzuhalten.

Diese Begrenzungen und Kosten können jedoch beim Aufbereiten des bleifreien Brennstoffs duBch^ Verwendung ,von

"erdampren unS/oder Abgaswärme vermieden werden. Dies wird durch thermisches / Kracken in Reaktorkammern erreicht, bevor der Brennstoff in den Luftstrom eingeführt wird.

Während des Krackens werden kurze Ketten von Kohlenwasserstoff einschließlich Methan (CH^) erzeugt.

Zusätzlich wird elementarer Wasserstoff gebildet, der drei Aufgaben zu erfüllen hat.

1. Er stellt hydroxyle Radikale für die fortschreitende Verbrennungsreaktion des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs zu Kohlendioxyd zur Verfügung. Im einzelnen kann Kohlenmonoxyd nur in größerem Umfang zu Kohlendioxyd gemäß der Hydroxyl-Radikal-Reaktion oxydieren. CO + .0H > CO₂ + H

Dabei stellt H. + O₉ ^ ·0Η + 0·

die sauerstoff verbrauchende Reaktion dar.

(CO zu CO₂) Die Wirksamkeit dieser Umwandlung/ ist primär nicht von der Zuführung von Sauerstoff abhängig, sondern von der Fähigkeit des Verbrennungsgemischs, Hydroxyl-

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radikale von Wasser oder Sauerstoff zur Verfügung zu stellen, wobei Wasser als Endprodukt der fortschreitenden Wasseroxydation entsteht. Die von Wasser abgeleiteten Hydroxylradikale müssen über eine endotherme Rückreaktion Zustandekommen* in Gegenwart eines Katalysators (d.h. ein Radikal M*):

M* + H₂O ^ ⁰OH + H° + M*

oder wahlweise sind sie abhängig von der vorhergehenden Herstellung 0° oder H° Radikalen

H⁰ + H₂O H₂ + °0H

und 0° + H₂O 2°0H

Das Hinzufügen von Wasserstoff zum Brennstoff erzeugt andererseits eine rein exotherme Produktion von ⁰OH-Radikalen, um die Wirksamkeit von Kohlendioxyd zu verbessern.

2. Die weiten Flammgrenzen und die höhere Flammengeschwindigkeit des Wasserstoffs unterstützen das Zünden und die Flammenausbreitung von mageren Gemischen; das sind solche, deren Luft-Brennstoff-Verhältnisse oberhalb des stöchiometrischen Verhältnisses liegen. Ferner nimmt aufgrund der bekannten Zusammenhänge die Bildung von Stickstoffoxyd (NOx) mit zunehmender Abmagerung ab unter der Voraussetzung, daß eine fortschreitende Flammenfront erhalten bleibt.

3. Einiger elementarer Wasserstoff ist in der Lage, wahlweise mit katalytischen Abgasreaktoren zu diffundieren, um jegliche Oxyde des Stickstoffs zu reduzieren, die während der Verbrennung wieder zu elementarem Stickstoff rückverwandelt werden.

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Der Erfindung liegt die _ fgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Umwandeln von Brennstoff zu schaffen, mittels der der physikalische Zustand und/oder die chemische Zusam:: nsetzung des Brennstoffs, wie beispielsweise Benzin verändert werden können₀ Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umwandlungsvorrichtung zu schaffen, mittels der Brennstoff in der Weise umgewandelt werden kann, daß er in Gas-Vergasersystemen und insbesondere in solchen Vergasersystemen verwendet werden kann, die ein zweifaches Brennstoffzumeßsystem aufweisen, wie dies beispielsweise in der auf die gleiche Anmelderin zurückgehenden, gleichzeitig hinterlegten Patentanmeldung Ve ^za. ?9o §>7?₀ P. _β .< >... beschrieben ist_o

Die Erfindung besteht im einzelnen aus einem ersten Gehäuse mit einer einen Einlaß und Auslaß für flüssigen, kohlenwasserstoff haltigen Brennstoff aufweisenden Kammer, in der ein den Brennstoff auf seinem Weg vom Einlaß zum Auslaß einen gewundenen oder labyrinthartigen Strömungsweg aufzwingendes Führungselement angeordnet ist, wobei das Gehäuse von außen aufheizbar und der hindurchströmende Brennstoff darin verdampfbar und/oder thermisch krackbar ist. Dabei ist das Gehäuse vorzugsweise im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet, so daß der im Einlaß einströmende flüssige Brennstoff während seines Weges zum Auslaß in der gewünschten Weise verdampft und/ oder thermisch gekrackt werden kann.

Das Aufheizen des Gehäuses kann durch die Abgase erfolgen. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse in Längsrichtung in einem Teil eines Abgaskanals angeordnet und der Einlaß des Gehäuses mit dem Auslaß des Abgaskanals über eine Leitung verbunden, die sich seitlich durch eine den Teil des Abgaskanals begrenzende Wan", erstreckt und mit einer Brennstoffquelle verbindbar ist.

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Der Auslaß des Gehäuses kann mit einer sich längs des Abgaskanals erstreckenden Auslaßleitung und letztere mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden sein, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die Strömungsrichtung des Brennstoffs zwischen dem Auslaß und dem Einlaß entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal ist.

Das Gehäuse kann von einer äußeren ringförmigen Wand und einer eine Bohrung bildenden inneren Wand sowie einem zwischen den Wänden befindlichen, zum Hindurchströmen und Umströmen der Abgase dienenden Raum bestehen. Der Behandlungsraum kann ringzylinderförmig ausgebildet sein und darin das als schraubenlinienförmig ausgebildeter Leitkörper ausgebildete Führungselement untergebracht sein, an dessen Enden der Einlaß und der Auslaß des Gehäuses liegen₀ Der Leitkörper oder entsprechende Leitbleche der Kammer in der ersten Stufe können so gestaltet und/oder angeordnet sein, daß der ihnen zugeführte Brennstoff eine Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung kann derart sein, daß sich die Zentrifugalkräfte erhöhen, welche den Kontakt verbessern und somit den Wärmeaustausch zwischen dem Brennstoff und den Oberflächen der Kammer verbessern, um dadurch ein Verdampfen und/oder thermisches Kracken des durch die Kammer hindurchgeführten Brennstoffs zu bewirken.

Gemäß der Erfindung kann ein weiteres Gehäuse mit einer einen Einlaß und Auslaß für den flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff mit einer Kammer vorhanden sein, in der durch äußere Flammenbeheizung der in den Einlaß einströmende Brennstoff auf seinem Weg zum Auslaß verdampfbar und/oder thermisch krackbar ist. Vorzugsweise ist auch dieses Gehäuse zur direkten Flammenerhitzung innerhalb des Auslaßröhrenwerkes der Brennkraftmaschine

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angeordnete Dabei erstreckt sich die längliche Kammer des weiteren Gehäuses vorzugsweise wenigstens einmal quer zu den Einlaßkanälen des Auslaßröhrenwerks_e Vorzugsweise steht der Auslaß der Kammer über eine sich durch eine Wand des Auslaßröhrenwerkes und zur Verbindung mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angepaßte Leitung in Verbindung,,

Diese vorstehend beschriebene zweite Stufe, kann wie bereits erwähnt, zum Verdampfen und/oder thermischen Krakken des Brennstoffs verwendet werden.

In einer dritten Stufe besitzt die Vorrichtung noch ein weiteres Gehäuse mit einem Katalysator für wasserstoffhaltigen Brennstoff sowie einem Einlaß zum Zuführen von Brennstoff sowie einem mit dem Brennstoff-Ansaugsystem in Verbindung stehenden Auslaß „

In dieser dritten Stufe können Maßnahmen getroffen sein, um Flüssigkeiten zwischen den Wänden, die die Kammer bilden, hindurchströmen zu lassen, um die Temperatur des Katalysators und des Brennstoffs in der Kammer zu verändern. Zu diesem Zweck kann ein den Katalysator aufnehmender dickwandiger metallener Einsatz vorhanden sein, der am Auslaßröhrenwerk der Brennkraftmaschine befestigt ist. In den Wänden des Einsatzes kann ein mit dem Inneren des Auslaßröhrenwerks in Verbindung stehender Kanal angeordnet sein, der durch ein die Abgasströmung vom Auslaßröhrenwerk durch den Kanal steuerndes, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur ansprechendes Ventil absperrbar ist. Dem Ventil können auf Temperaturänderungen ansprechende Mittel zugeordnet sein, die beispielsweise Bimetallfedern aufweisen.

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Die Vorrichtung zum Behandeln des Brennstoffs kann durch eine Kombination des ersten, zweiten und dritten Gehäuses bzw. der Stufen gebildet sein, wobei der Auslaß des ersten Gehäuses mit dem Einlaß des zweiten Gehäuses und der Auslaß des zweiten Gehäuses mit dem Einlaß des dritten Gehäuses sowie dessen Auslaß mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden sind.

Ferner zeichnet sich die Erfindung durch eine zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff geeignete Zumeßeinheit aus, die mit der Vorrichtung zum Umwandeln des Brennstoffs verbunden ist«, Vorzugsweise sind die drei Umwandlungsstufen hintereinander geschaltet, in deren erster, mit der Quelle flüssigen Brennstoffs in Verbindung stehender und deren zweiter der flüssige Brennstoff verdampft und/ oder thermisch gekrackt wird und in deren dritter der Brennstoff durch den Katalysator hindurchgeführt wird_Q

Weiterhin ist die Erfindung zweckmäßig gekennzeichnet durch ein das den aufbereiteten Brennstoff führende System umgehenden Leitungskreis, zum Zuführen flüssigen Brennstoffs, in dem auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ansprechende, das Umgehungssystem beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schließendes und dabei das den auf umgewandelten Brennstoff führende System mit dem Ansaugsystem in Verbindung bringende Schaltelement vorhanden sind«, Dabei können in jedem der beiden Leitungskreise Steuerventile mit einem zugeordneten Schalter angeordnet sein, durch den das im Umgehungssystem liegende Ventil -in seine Offen- und Schließstellung und das im ersten Leitungskreis liegende Ventil in seine Schließ- und Offenstellung bringbar ist, sobald die Temperatur der Brennkraftmaschine die vorbestimmte Temperatur erreicht hat oder darunterliegt₀

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Das Umgehungssystem kann ferner ein schwimmergesteuertes Gefäß mit dem auf dessen Zulaufseite befindlichen ersten Ventil und dem auf dessen Ablaufseite befindlichen Ventil aufweisen, das beim Öffnen und Schließen des ersten Ventils gleichfalls in seine Offen- und Schließstellung gelangt,,

Schließlich kann die Vorrichtung noch eine bei Umgebungstemperatur nicht kondensierbar en. Brennstoff aufnehmende Sammelkammer aufweisen, die an ihrem Einlaß mit einer eine Verbindung zwBDhen dem Auslaß der zweiten Kammer und dem Einlaß des dritten Gehäuses und/oder eine Verbindung zwischen dem Auslaß des dritten Gehäuses und dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine herstellenden Leitung und an ihrem Auslaß mit dem Ansaugsystem in Verbindung steht.

Die Sammelkammer kann einen weiteren Auslaß aufweisen, der über eine Rückführleitung mit dem Einlaß der ersten Kammer in Verbindung steht, so daß in der Sammelkammer kondensierter Brennstoff zurückgeführt werden kann«, Schließlich kann die Sammelkammer zum Trennen von verdichtbaren und nicht verdichtbaren Fraktionen des Brennstoffs von einem Kühlelement umgeben sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben«, Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der ersten Stufe des Brennstoffumwandlersj

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine zweite und dritte Stufe des Brennstoffumwandlers;

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Figo 3 die Seitenansicht teilweise im Schnitt des in Figo 2 dargestellten Umwandlers;

Fig. 4 eine schematische Darstellung aller drei Umwandlungsstufen des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Brennstoffumwandlers;

Fig. 5 einen Zündkreis für das in Fig. 4 dargestellte System;und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer abgewandelten AusfUhrungsform des in Fig. 4 dargestellten Systems.

In Fig. 1 ist die erste Stufe eines Brennstoffumwandlers dargestellt, der so in einem separaten Teil eines Abgasaus= lasses angeordnet ist, daß er den heißen Abgasen ausgesetzt ist. Das Zwischenstück 2 ist mit Hilfe der Flansche 2a, 3a an Rohren 3 des Abgasauslasses befestigt.

Der Umwandler 1 besitzt ein Gehäuse 4 mit einer ringförmigen Kammer mit konzentrischem Inneren und äußeren Wänden 4a, 4b, die innerhalb des Zwischenstücks 2 mit Hilfe eines Einlaßrohrs 5, das durch die Wand des Zwischenstücks 2 hindurchragt und mit der Kammer in Verbindung steht, an dem Zwischenstück 2 befestigt sind₀ Das Gehäuse 4 ist durch zwei ringförmige Endplatten 6 abgeschlossen, von denen die dem Einlaßrohr 5 abgewandte Endplatte mit im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Abzweigungen 7a, 7b eines Auslaßrohrs 7 verbunden ist.

Zwischen dem Einlaßrohr 5 und dem Auslaßrohr 7 ist das Gehäuse 4 mit einem schraubenlinienförmigen Leitkörper 8 versehen, der innerhalb der ringförmigen Kammer einen gewundenen Weg für den durch das Einlaßrohr 5 eintretenden

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Brennstoff bildet. Bei normalen Strömungsbedingungen für den durch das Einlaßrohr 5 in. die Kammer eintretenden Brennstoff verleiht der Leitkörper 8 dem Brennstoff eine Zentrifugalkraft, wodurch der Sprühkontakt durch schnelles Verdampfen an den Oberflächen des die Kammer bildenden Gehäuses verstärkt wird₀ Das Gehäuse wird durch heiße Abgase, welche rund um die Wand 4b und durch die durch die Wand 4a gebildete Bohrung hindurchströmen, erhitzt. Wie dargestellt, besitzt das Gehäuse das Auslaßrohr 7 stromaufwärts in bezug auf die abströmenden Abgase,,

Der Leitkörper 8 ist von der Endplatte 6 im Bereich des Einlaßrohrs 5 ein Stück entfernt, um eine kleine Nebenkammer 4c zu bilden. In dieser wird beim Abkühlen kondensierter Brennstoff gesammelte

Das Einlaßrohr 5 ist mit einer Quelle an Brennstoff, wie beispielsweise Benzin, das verändert werden soll, verbunden, während das Auslaßrohr 7 mit einer Leitung verbunden ist, über die verändertes Benzin bzw₀ Brennstoff, der aus dem Gehäuse herauskommt, zu einer weiteren Stufe des Umwandler s geführt wird.

Die erste Stufe des Umwandlers 1 ist insbesondere dafür geeignet, Benzin in Dampf umzuwandeln«, Jedoch in Abhängigkeit von der vorherrschenden Temperatur kann auch ein thermisches Kracken erreicht werden,,

Das Gehäuse 4 des umwandlers 1 kann von jedem geeigneten Material hergestellt werden, wenngleich rostfreier Stahl be·= vorzugt wird_o Die Wände bestehen vorzugsweise aus dünnwandigem Kalibermaterial, um die Zeit zum Erreichen einer Ausgleichstemperatur zu verringern und die Wärmeleitung zu erhöhen.

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Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, besteht die zweite Stufe des Umwandlers 10 aus einer länglichen Kammer 11, die von zwei Kanälen innerhalb benachbarter, bogenförmig verlaufender Teile 11a und 11b bestehen,, Die Kammer 11 ist zum Zwecke der direkten Flammenbeheizung durch die Abgase innerhalb eines Auslaßröhrenwerks 12 angeordnet. Die bogenförmigen Teile 11a und 11b entsprechen den gewöhnlichen bogenförmigen Teilen des Auslaßröhrenwerks„ Das freie Ende des Teils 11a steht durch die Wand des Auslaßröhrenwerks mit einem Einlaßrohr 12a in Verbindung, durch das umgewandelter, z.B. verdampfter und/oder teilweise gekrackter Brennstoff von der ersten Stufe des Umwandlers in die Kammer eingeleitet wird. Das freie Ende des Teils 11b kommuniziert mit der Wand des Auslaßröhrenwerks und mit einem Auslaßrohr 12b, welches von der Kammer 11 den umgewandelten Kraftstoff erhalte

Die Kammer 11 kann aus jedem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, vorzugsweise besteht sie aus schwerwandigen Rohren.

Die Kammer ist so nahe wie möglich am Auslaß angeordnet und insbesondere an einer Abzweigung des Auslaßröhrenwerkes, so daß eine maximale Erhitzung möglich ist_o

Der in der zweiten Stufe ankommende Brennstoff, beispielsweise von der ersten Stufe, wird vorzugsweise thermisch gekrackt. Es kann aber auch ein Verdampfen eintreten, obwohl dies zum größten Teil auf Kondensat zurückgeht,,

Die Temperatur der Abgase innerhalb des Auslaßröhrenwerks verändert sich mit der Brennkraftmaschinenbelastung, so daß es zu verschiedenen thermischen Krackbedingungen

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kommt. Dies ergibt sich im wesentlichen aufgrund der Tatsache, daß die Widerstandszeit zum Verdampfen des Brennstoffs innerhalb der Kammer 11 umgekehrt zu der Brennkraftmaschinenbelastung steht.

Ein in den Fig. 2 und 3 dargestellter Umwandler 13 der dritten Stufe besteht aus einem Gehäuse 14 mit einem entfernbaren Deckel 14a, der die zentral angeordnete Kammer 14b abdeckt, in der ein entfernbarer, oben offener Einsatz 15 eines filtergestützten kohlenwasserstoffhaltigen Katalysators 15a angeordnet ist. Am Boden des Einsatzes 15 ist das Gehäuse 14 mit einem Einlaß 14c versehen, an dem die Auslaßleitung 12b von der zweiten Stufe befestigt ist. Ferner ist im wesentlichen gegenüber dem Einlaß 14c ein Auslaß I4d vorhanden«, Somit kann der veränderte Brennstoff z.B. von der zweiten Stufe in die Kammer 14b eintreten, in der er nach oben strömt und in den Einsatz 15 eintritt und dann nach unten durch den Katalysator strömt und danach durch den Auslaß I4d ausströmt, und zwar über eine Öffnung 15"b am Boden des Behälters zur Brennkraftmaschine .

Das Gehäuse 14, das mittels Schrauben am Auslaßröhrenwerk 12 angeschraubt ist, besteht vorzugsweise aus geeignetem dicken Material, insbesondere aus einer schweren gußeisernen Konstruktion. Das Gehäuse 14 besitzt in seiner die Kammer 14b begrenzenden Wand einen Kanal 16, der sich um die Kammer 14b herum erstreckt und über einen Einlaß und Auslaß mit dem Inneren des Auslaßröhrenwerks 12 in Verbindung steht, so daß die Abgase im Auslaßröhrenwerk um die Kammer 14b herumströmen können,, Mit Hilfe eines Ventils 17, das auf einer Welle 18 drehbar gelagert und unter der Wirkung einer Thermostatfeder 19 steht, kann der Kanal 16 gegenüber dem Inneren des Auslaßröhrenwerks

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12 geöffnet und geschlossen werden, um auf diese Weise eine Strömung der Abgase rund um die Kammer 14b zu ermöglichen oder zu verhindern. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß Ms zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in der Kammer 14b und den damit möglichen Strömen des gasförmigen Brennstoffs vom Auslaß, die Feder derart arbeitet, daß das Ventil offengehalten wird, so daß Abgase in den Kanal strömen können, und dadurch ein schnelles Erhitzen des Gehäuses 14 zu ermöglichen, (das Erhitzen kann auch durch den in den Einlaß der Kammer 14b einströmenden Brennstoff erreicht werden), worauf dann durch die Feder das Ventil 17 geschlossen wird.

Nach Erreichen der gewünschten Temperatur wird ein weiteres Erhitzen des Gehäuses 14 infolge seiner Befestigung am Auslaßröhrenwerk 12 durch die aufgrund der Wärmeleitung und -strahlung bedingten Verluste ausgeglichen, so daß das Gehäuse 14 als Wärmereservoir für den hochtemperierten Brennstoff dient, insbesondere in der Weise, daß die Temperatur des umgewandelten Brennstoffs selten über ungefähr 200⁰C hinausgeht. Somit wird während der einem Kaltstart folgenden Aufwärmphase jeglicher flüssiger Brennstoff, der im allgemeinen kondensiert, verdampft.

Das Gehäuse 14 kann mit einem aus Palladium bestehenden Diffusor (nicht dargestellt) zum wahlweisen Trennen von Wasserstoff versehen sein, der über ein Drosselventil zu dem Abgassystem geführt werden kann, das katalytisch^ Reaktoren zum Entfernen von Stickstoffoxiden enthält«,

Sollte das aus der dritten Stufe austretende Gas unter hohen Belastungen der Brennkraftmaschine über 20O⁰C ansteigen, so witd. über ein zwischen der dritten Stufe und

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der Zumeßeinheit befindliches Bimetallventil kühlerer Brennstoff von der ersten Stufe eingelassen, "bis die Temperatür von 200⁰C wieder erreicht ist. Das Ventil ist so konstruiert, daß der Brennstoff zu jeder Zeit direkt über das Bimetallelement strömt» Der Brennstoff wird von der unteren Kammer eines Vergasers direkt über ein Abschlußventil geleitete

In Fig. 4 ist ein Brennstoffsystem mit einem Benzintank 100 dargestellt, der über eine Brennstoffleitung 102 und ein magnetbetätigtes Ventil 105 ein schwimmergesteuertes Gefäß 106 und ein magnetbetätigtes Nadelventil 108 mit einem Vergaser system 104 verbunden ist. Die Brennstoffleitung 102 ist an der Verbindungsleitung 82 der Zumeßeinheit 14 angeschlossen, um flüssigen Brennstoff zu einer Kammer 24 für flüssigen Brennstoff einer zweifachen Zumeßvorrichtung zu führen. Eine in der Brennstoffleitung 102 angeordnete Niederdruckbrennstoffpumpe 110 saugt Benzin von dem Benzintank 100 an.

Die Brennstoffleitung 102 ist stromabwärts der Brennstoffpumpe 110 über eine Zweigleitung 114 mit einem Benzinverdampfer und/oder einer Krackvorrichtung 112 verbunden₀ Der Auslaß der Krackvorrichtung 112 ist über eine Leitung 117 und ein Thermostatventil 116 mit einer für den gasförmigen Brennstoff dienenden Kammer 22 der Zumeßeinheit 12 verbundene

Die erste Stufe 118 der Krackvorrichtung 112 umfaßt eine Kammer 120 mit einem oder mehreren darin angeordneten Leitkörpern 122, die z.B. in Schraubenlinienform ausgebildet sind, um einen gewundenen Strömungsweg für den Brennstoff zu bilden. Die Hauptaufgabe der Stufe 118 besteht

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darin, Benzin zu verdampfen, obwohlsie auch als Mittel zum thermischen Kracken dienen kann. Zu diesem Zweck erfolgt ein Erhitzen durch heißes Abgas, das sich in einem Abgasauslaß 119 befindet_o

Die zweite Stufe 124 der Krackvorrichtung 112 umfaßt einen beheizbaren Leitungskanal 128, der über einen Druckregler 126 von der ersten Stufe 118 verdampften Brennstoff erhältο Der verdampfte Brennstoff wird in dem Leitungskanal 128 weiter erhitzt, und zwar dadurch, daß der Leitungskanal 128 in einem Auslaßröhrenwerk 130 angeordnet ist und somit eine direkte Flammenerhitzung erhält.

Eine dritte Stufe 132 der Krackvorrichtung 112 erhält gekrackten Dampf von der zweiten Stufe„ Die dritte Stufe 132 besitzt ein Gehäuse 133 mit einer Kammer 134, um die Abgase geführt werden, beispielsweise durch Kanäle in den Wänden des Gehäuses 133, wenn die Brennkraftmaschine kalt ist, die jedoch kurzgeschlossen werden, wenn die Brennkraftmaschine warm ist. Die Kammer 134 besitzt einen Krack-Katalysator und ein Filter 136, durch das der teilweise gekrackte Dampf von der Kammer 134 hindurchgeführt wird. Die Kammer 134 kann ebenfalls einen aus Palladium bestehenden Diffusor zum selektiven Trennen von Wasserstoff umfassen, ferner ein Drosselventil, von dem aus Wasserstoff zugeführt werden kann und schließlich katalytische Reaktoren, beispielsweise im Abgassystem, um Stickstoffoxide aus dem über die Drosselventile zugeführten Wasserstoff zu entfernen«

Das Benzin wird mit Hilfe einer Hochdruckpumpe 138 in die Zweigleitung 114 gesaugt und über ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 140 und einen auf die Belastung

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der Brennkraftmaschine ansprechenden Strömungsregler 142 zu der Krackvorrichtung 112 gefördert.

Zur dritten Stufe 134 gehört ein thermoelektrischer Schalter 144, der - wie in Figo 4 mit gestrichelten Linien dargestellt ist - über das Solenoid-Ventil 105 mit dem elektromagnetisch betätigten Nadelventil 108 und mit dem Solenoid-Ventil 140 verbunden ist. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit flüssigem Brennstoff, wie das vor Erreichen der durch den Schalter 144 festgestellten gewünschten Betriebstemperatur ist, betätigt der Schalter 144 das Ventil 140, so daß dieses schließt, und die Ventile 105 und 108, um eine Strömung von flüssigem Benzin zum Gefäß 106 und von diesem zu der Kammer 24 des Vergasersystems zu ermöglichen. Beim Kaltstart strömt flüssiger Brennstoff über ein elektrisch oder mechanisch betätigtes Starterventil 146 direkt dem Lufteinlaßrohr 64 oder stromabwärts der Drosselklappe 92 dem Vergasersystem zu. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit gekracktem Benzindampf, nach Erreichen der vorbestimmten Brennkraftmaschinentemperatur, betätigt der Schalter 144 die elektromagnetisch betätigten Ventile 105 und 108, um die Flüssigkeitsströmung zu der Kammer 24 zu beenden,, Gleichzeitig wird das Ventil 140 betätigt, um den Strömungsweg zu der Krackvorrichtung 112 zu öffnen, um gekrackten Benzindampf zu erzeugen, der dann zu der Kammer 22 des Vergasersystems geführt wirdβ Die elektromagnetisch betätigten Ventile 105, 108 und 140 trennen somit die Teile des Systems voneinander, die für den Betrieb mit flüssigem Brennstoff oder gasförmigem Brennstoff erforderlich sind und die nicht zu einer bestimmten Zeit notwendig sind, d.ho während der Anwärmzeit oder in dem Fall einer Betriebsstörung, um den defekten Teil zu trennen«

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In einer abgewandelten Ausführungsform kann der Schalter 144 in Abhängigkeit des Druckes des der Kammer 22 zugeführten gasförmigen Brennstoffes betätigbar sein, um die Ventile 105, 108 und 140 zu steuern, die elektrisch, elektromechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sind. Wenn somit der zur Verfügung stehende Druck des gasförmigen Brennstoffs unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, wird durch den Schalter 144 das Ventil 140 geschlossen und die Ventile 105 und 108 für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit in die Kammer 24 eingeleitetem flüssigem Brennstoff geöffnet, während beim Überschreiten des Druckes des gasförmigen Brennstoffs über den vorbestimmten Wert durch den Schalter 144 die Ventile und 108 geschlossen und das Ventil 140 geöffnet werden, so daß die Brennkraftmaschine mit in die Kammer 22 eingeleitetem gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann_o

Die Betriebsweise des Systems wird nun anhand der Fig, 4 und 5 beschrieben«

Das Vergasersystem 9 kann auf normalen Brennkraftmaschinen-Einlaßrohren angeordnet sein. Vorzugsweise erfolgt jedoch die Anordnung im Gegensatz zu einem mit Einspritz-System auf nur für den Gasstrom vorgesehenen Einlaßrohren. Einlaßrohre sollten vorzugsweise von dem Auslaß- oder Abgassystem und dem Wasserkühlsystem der Brennkraftmaschine getrennt sein, d.h. keine erhitzten Flächen oder Kanäle, und so kühl wie möglich.

Im Vergasersystem wird das Gefäß 106 zum Starten und Aufwärmen benutzt, währenddessen das Nadelventil 108, das auf dem Gefäß angeordnet sein kann, die Zuführung des Benzins zu dem Düsenblock 107 steuert, der der ersten Kammer zugeordnet ist und das Umwandeln des gasförmigen Brennstoffs steuerte

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Die Hochdruckpumpe 138 sollte mit einem Einwegrückschlagventil ausgestattet sein, vorzugsweise mit einem Druckregler im Auslaß der Pumpe, um eine Gasabfuhr durch die Pumpe zu vermeiden, wenn diese aufhört, zu arbeiten, während der Zündschalter und die Hochdrucksolenoide aktiviert werden.

Der auf die Last ansprechende Strömungsregler 142 kann an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein, vorzugsweise wird er jedoch entfernt vom Wärmeauslaß angeordnet. Eine Membrankammer des Strömungsreglers 142 ist vorzugsweise direkt mit dem Einlaßröhrenwerk verbunden, um die Brennkraftmaschinenbelastung zu überwachen, indem der Druck im Röhrenwerk angezeigt wird, um die Strömung von der Hochdruckpumpe 138 zu der Krackvorrichtung 112 und der für den gasförmigen Brennstoff vorgesehenen Kammer 22 zu steuern«,

In dem Schaltbild gemäß Figo 5 sind Kontrollampen 148, 150 angeordnet, um anzuzeigen, welches Brennstoffsystem arbeitet oder in Betrieb gesetzt wird, wenn der Schalter 152 des Zündkreises geschlossen ist_e

Zum Starten und Anfahren in kaltem Zustand ist der Zündschalter 152 geschlossen. Ein für den Choke vorgesehener Schalter 154 ist geschlossen oder das mechanische Starterventil 146 wird betätigt und ein manuell in Aus-Stellung bringbarer Schalter 156 wird geschlossen, wonach die Kontrollampe 148 aufleuchtet. Befindet sich ein manuell betätigbarer Schalter 160 inäer Aus-Stellung, so wird ein Schalter 161 der Hochdruckpumpe 138 betätigte Danach wird die Brennkraftmaschine durch den Anlasser angelassen und nachdem die Brennkraftmaschine gezündet

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hat, wird der Schalter 154 geöffnet₀ Die Brennkraftmaschine läuft nun. in üblicher Weise aufgrund der Einspritzcharakteristik des Vergasers,-der über die elektromagnetisch betätigten Ventile und das Nadelventil von der Niederdruckpumpe mit flüssigem Brennstoff versorgt wird. Die genannten Ventile werden durch den Schalter 144 aktiviert, der beispielsweise im Auslaßröhrenwerk sitzt.

Das Fahrzeug kann nun gefahren werden. Vom Augenblick des Startens an erhitzen sich die drei Stufen der Krackvorrichtung 112 sehr schnell, insbesondere bei Belastung der Brennkraftmaschine. Während dieser Aufwärmperiode wird in der Krackvorrichtung 112 von dem vorhergehenden Betrieb befindlicher kondensierter Brennstoff verdampft und durch den Auslaßkanal in den Vergaser ausgestoßen, da, solange die Brennkraftmaschine arbeitet, das Ventilelement 58 sich frei von seinem Sitz 38 abheben kann. Bei einer·vorbestimmten Temperatur, die beispielsweise durch die Katalysation in der Kammer und durch den Verdampfungsbereich des Brennstoffs bestimmt ist, schaltet der Schalter 144 die Zuführung von Brennstoff ab und gleichzeitig wird Brennstoff zu der ersten Stufe 118 geführt, in der der Brennstoff verdampft wird. Der Druck steigt im gei-samten System sehr schnell an, worauf der gekrackte gasförmige Brennstoff beginnt, zu der Kammer 22 zu strömen, und zwar genau in der gewünschten Menge, was durch die Stellung des Luftventils 86 vorbestimmt ist, welches die Brennkraftmaschinengeschwindigkeit und Belastung zu allen Zeiten überwacht und somit bestimmt, wann das 'Ventilelement 60 zusammen mit der Düsennadel 20 längs des Längs Schlitzes 52 bewegt wird',, Es ist daher nicht von Bedeutung, ob der Umschaltpunkt bei Leerlauf, leichter Belastung oder hoher Belastung erreicht wird. In jedem Fall ist die Temperatur der Parameter, der das Umschalten bestimmt. Auf diese

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Weise wird ein weiches Umschalten ohne Leistungsverlust oder Fehlzündung erreicht.

Solange die Hauptteile beachtliche Wärme behalten, bleibt auch der Druck des Gaseinspritzsystems erhalten» Die den beiden Kammern 22 und 24 gemeinsam zugeordnete Düsennadel 20 zwingt das Ventilelement 58 auf seinen Sitz 38 am Einlaß der Kammer 22 und alle elektrisch betätigten Ventile werden beim Zündabschluß geschlossen. Bei Heißstart wird beim Anlassen der Brennkraftmaschine das Luftventil 86 angehoben, und dadurch das Ventilelement 58 entlastet«, Der Druck des gekrackten gasförmigen Brennstoffs innerhalb des Systems hebt die Düsennadel 20 von ihrem Sitz ab, so daß gasförmiger Brennstoff in die angesaugte Luft im Einlaßrohr 64 gefördert wird und dadurch die Brennkraftmaschine unmittelbar zündet₀

Bei einem warmen Wiederholstart mit einem Druckverlust innerhalb des gasförmigen Brennstoffsystems kann der Thermoschalter das System auf Einspritzen umgeschaltet haben. In diesem Fall sind die nachfolgenden Abläufe die gleichen wie beim Kaltstart, mit Ausnahme, daß eine Choke-Betätigung nicht erforderlich ist, d„h_o die Brennkraftmaschine sollte im Einspritzverfahren zünden.

Wenn jedoch der Schalter nicht auf den Betrieb im Einspritzverfahren umgeschaltet hat, kann das Einspritzverfahren für eine kurze Zeit durchgeführt werden, und zwar durch Verwenden des manuell zu betätigenden Schalters 160, der in Fig. 4 dargestellt ist. Sobald der volle Druck des gasförmigen Brennstoffs erreicht ist, kann der Schalter in seine Aus-Stellung zurückgedreht werden.

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Es sind keine "besonderen Maßnahmen zum Stillsetzen erforderlich. Die Brennkraftmaschine kann angehalten werden, ohne daß der Brennstoffdruck abgesenkt wird. Die in der Krackvorrichtung 112 auftretende Kondensation infolge des Abkühlens kann nach einem kalten wiederholten Start das Abfahren des Fahrzeugs unterstützen, da dieser Brennstoff während der Warmlaufphase verdampft und das Einspritzgemisch anreichert. Diese Maßnahme erlaubt die Verwendung einer "mageren" oder geneigten Kegelform im Bereich des Düsenblocks 107 der Düsennadel 20.

In einer Ausführungsform des Systems nach Fig. 4 fördert die Niederdruckpumpe 110 Benzin mit einem (gegenüber dem Atmosphärendruck) Druckunterschied von 0,0014 kp/mm oder einem höheren Druck. Sie kann aus einer herkömmlichen elektrischen oder mechanischen Brennstoffpumpe von einem herkömmlichen, an der Brennkraftmaschine befestigten Vergaser gebildet sein. Die Hochdruckpumpe 138 kann ebenfalls elektrisch oder mechanisch ausgebildet sein; vorzugsweise besitzt sei ein Einwegrückschlagventil in ihrem Auslaß; sie fördert Benzin mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck bestehenden Druckunterschied von 0,02 kp/mm oder einem höheren Druck. Der Strömungsregler 142 ist vorzugsweise als Vakuum-Membranventil ausgebildet, welches eine volle Brennstoffströmung erlaubt, ausgenommen zu jenen Zeiten, wenn mit geschlossener Drosselklappe gearbeitet wird, d_oh. im Leerlauf oder bei geschlossenem Drosselüberlauf, wobei im letzteren Fall der Brennstoffstrom durch ein einstellbares Umgehungsventil 143 begrenzt wird.

Das Brennstoffsystem kann die Brennkraftmaschine über den gesamten Geschwindigkeitsbereich und unter allen Belastungszuständen im wesentlichen mit einem konstanten Brennstoff-Luft-Verhältnis versorgen, da das Brennstoffsystem als

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Gas/Gas-Zumeßsystem anstelle des üblichen Gas/Flüssigkeitssystems ausgebildet ist.

Der Betrieb des Systems kann ohne den Druckregler 126 erreicht werden, jedoch infolge des schnellen Wechsels der Menge des in den Verdampfer eintretenden Brennstoffs nicht ohne Schwankungen bei weiteren Drosselklappenöffnungen₀ Druckschwankungen werden dadurch gedämpft, daß die Hochdruckpumpe 138 mit einem Druck betrieben wird, der oberhalb des Druckes liegt, für den die Zumeßvorrichtung ausgelegt ist, wonach eine Reduzierung auf einen gewünschten Druckunterschied von ungefähr 0,01 kp/mm erfolgt.

Das Thermostatventil 116 besitzt eine kleine Kammer mit einer darin untergebrachten Bimetallspirale zur Betätigung eines Drehventils. Dieses ist zwischen der dritten Stufe 132 und dem Vergasersystem angeordnet. Wenn sich Brennstoff von der dritten Stufe auf beispielsweise oberhalb von 20O⁰C erwärmt, erlaubt das Ventil den Einlaß einer gewissen Menge gasförmigen Brennstoffs direkt von der kühleren ersten Stufe 118 zur dritten Stufe zur Beimischung, um das Auftreten eines mageren Gemischs und nachteilige Einwirkungen auf den volumetrischen Wirkungsgrad zu verhindern.

Das beschriebene Brennstoffsystem kann ohne wesentliche Änderungen für einen Flüssiggas-Vergaser (LPG = Liquified Petroleum Gas) benutzt werden. Die übliche Steuereinrichtung (Mainoranregier und Antifrost-Wärmeaustauscher) können verwendet werden und damit das LPG direkt zum Ventilelement 58 geleitet werden,, Wahlweise kann das Gas auch direkt zum Einlaß der Krackvorrichtung 112 geleitet werden,.

Die Bedienung und Wartung der Krackvorrichtung 112 ist

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im wesentlichen darauf "beschränkt, festzustellen, ob sich am Katalysator erheblicher Kohlenstoff angesetzt hat und dadurch das System verstopft wird. Das Verstopfen kann sehr leicht dadurch festgestellt werden, daß auf jeder Seite der dritten Stufe der Katalysatorkammer ein Druckmanometer aufgesetzt wird und dabei festgestellt wird, ob ein wesentlicher Druckabfall während des normalen Betriebs eintritt.

Durch Entfernen von Schraubbolzen kann der Behälter sehr schnell und leicht von dem Gußgehäuse entfernt werden,,

Der Vergaser besitzt aufgrund seiner Doppelfunktion ein eigenes Sicherheitssystem. Sollte in der Brennstoffverdampfungs- und/oder Krackvorrichtung 112 eine Störung auftreten, kann durch Öffnen des der Hochdruckpumpe zugeordneten Kreislaufs und manuelle Einstellung des Überfahrschalters das Vergasersystem unmittelbar auf Einspritzung umgestellt werden. Das Fahrzeug kann somit eine unbegrenzte Strecke fortgefahren werden, bevor das Gassystem wieder in Ordnung gebracht wird.

Das in Figo 4 dargestellte System kann zum Verdampfen und thermischen Kracken von Brennstoffen minderer Qualität mit wesentlich höherem Zündpunkt und anfänglichem Verdampfungspunkt verwendet werden. Dies ist für solche Fälle von Vorteil, wo aufgrund von gesetzlichen Vorschriften die Verwendung von mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschinen verboten ist und Kraftanlagen auf den Betrieb mit Brennkraftmaschinen im Dieselbetrieb beschränkt sind.

Wenn solche Brennstoffe bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen verwendet werden, kann es zu Schwierigkeiten

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kommen, wenn für einen Wiederholstart kein geeignetes verdampftes Brennstoff-Luft-Gemisch aufrechterhalten wird ο

Eine Lösung kann darin bestehen, daß elektrische Heizelemente Z₀B₀ im Starterteildes Vergasers angeordnet sind, jedoch wird vorzugsweise eine zusätzliche Kammer "benutzt, die parallel zwischen der zweiten und dritten Stufe der Krackvorrichtung oder zwischen der dritten Stufe und der Zumeßeinheit angeordnet ist, so daß das System zum Wiederholstart unter normalen Temperaturbedingungen anlaufen kann. Ein solch abgeändertes System wird anhand der Fig. im folgenden beschrieben, wobei die gleichen Teile die gleichen Referenznummern bei der Ausführung in Fig. 4 besitzen.

Die Funktion der Kammer und die Mittel, mit der sie in das System nach Fig_o 4 integriert ist, ist wie folgt:

Heißer gasförmiger Brennstoff wird unter normalem Betriebsdruck in die Sammelkammer 180 geleitet. Die Sammelkammer kann entweder mit durch Wasser oder Luft betriebenen Kühlelementen 182 versehen sein, so daß verdichtbare Masseteilchen ausgeschieden werden und über geeignete Ventile 184 zu der ersten Stufe des Verdampfers zurückkehren können. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine sammeln sich nicht verdichtbare Gase innerhalb der Sammelkammer bis zu einem Punkt, wo kein weiterer gekrackter Brennstoff in die Sammelkammer eintritt, d_oh_e so lange bis der Druck der nicht verdichtbaren Gase den Betriebsdruck ausgleichtβ

Beim Abschalten der Brennkraftmaschine können Sperrventile 186, die an der Sammelkammer 180 befestigt sind,

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geschlossen werden, beispielsweise elektromagnetisch, so daß in dem System für einen neuen Start gasförmiger Brennstoff enthalten bleibt.

lin neuer Kaltstart erfordert eine Abänderung gegenüber der Maßnahme, wie sie für die verdampfbaren Brennstoffe vorgesehen ist, insbesondere in der Weise, daß (nach einem Anfangsstart mit Akkumulatorgas) eine kurzzeitige Zuführung von verdampftem Brennstoff direkt von der Stufe 2 zu einer Zumeßöffnung auf der Brennkraftmaschinenseite der Drosselklappe erfolgt.

Die Steuerung für die Ventile bei dieser Verfahrensweise kann durch den Thermoschalter in genau der gleichen Weise erfolgt, wie das im Zusammenhang mit dem Einspritzvorgang bei Verwendung von verdampfbaren Brennstoffen in Fig. 4 beschrieben worden ist.

Abgesehen von der sehr kurzen Kohlenwasserstoffkette wie Methan und Ethan entstehen bei dem thermischen Krackvorgang eine Vielzahl von Kohlenwasserstoffen«, Die durch die Verbrennung der gekrackten Produkte zur Verfügung stehende Energie ist höher als die durch die Verbrennung der ursprünglich ungekrackten Brennstoffe mit insgesamt gleicher Kohlenstoff- und Wasserstoffzusammensetzung. Dies spiegelt sich wider in der chemischen Verbindungsenergie der andererweise äquivalenten Brennstoffe und ist ein direktes Ergebnis der endothermen Rückführung einiger der nutzlosen Abgashitze in den einströmenden Brennstoff.

Weiterhin können durch den großen Anfall der Abgashitze weitere Mengen von Wasserstoff durch die Reaktion von Wasser mit Kohlenwasserstoff unter der wärmegesteuerten

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katalytischen Bedingung gemäß der folgenden Gleichung erzeugt werden

+ η H₂O > η CO + 2(n+1)H₂ + A H*

Wie sich aus der vorstehenden Gleichung ergibt, hat dieses Verfahren jedoch den Nachteil, daß sich ein sehr hohes Molverhältnis von Wasser zu Kohlenwasserstoff ergibt, so daß für Brennstoffe sogar mit einer mittleren Kohlenstoff zahl ^Hn" der Katalysator sehr wirksam sein muß.

Gemäß dem Gesetz der Massewirkung ist oft ein Wasser-Kohlenwasserstoff-Verhältnis erforderlich, das weit über dem stöchiometrisehen Wert liegt, um die Reaktion in hinreichendem Maße von der linken zur rechten Seite ablaufen zu lassen. Die Trennung von nach der Reaktion überschüssigem Wasser bringt für den praktischen Einsatz bei Automobilen einen Nachteil. Ferner ist gewöhnlich eine Regeneration mit geeigneten Katalysatoren erforderlich, die sich mit Kohlenstoff zusetzen können. Unter Berücksichtigung dieser Probleme hat sich herausgestellt, daß es im praktischen Einsatz sehr schnell zu einem vollständigen Auslöschen der Flamme kommt.

Das proportionale Zumessen von Wasser zu Brennstoff mit Hilfe von Pumpen ist teuer und hat den gleichen Nachteil, wie es oben in Zusammenhang mit den flüssigen Brennstoffsystemen beschrieben worden ist, wo Flüssigkeiten in geringen Mengen mit sehr hoher Genauigkeit zuzuführen sind.

Dennoch ist wünschenswert, daß Wasser zusätzlich zu dem als veränderbare Komponente in die normale Brennkraftluft angesaugten Wasser in dem kohlenwasserstoffhaltigen

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Brennstoff enthalten ist. Es wurde festgestellt, daß es einfacher, billiger und vergleichsweise genauer ist, es direkt in den Brennstoff einzulagern, beispielsweise durch Auflösung mittels geeigneter Additive, wie z.B„ Alkohole,

Solche Gemische können vorteilhaft direkt in die thermischen Krackvorrichtungen der beschriebenen Art eingebracht werden«, Während des thermischen Krackens wird weniger Kohlenstoff gebildet, was den Ablauf, bis zu einem gewissen Grade der oben genannten Reaktion und/oder der folgenden Wassergas-Reaktion anzeigt:

C + H₂O > Co + H₂ + Δ Η*

Weiterhin kann das System als ein Verbund-Benzin und/oder LPG-System benutzt werden, wobei die folgenden vier Arbeitsverfahren möglich sind:

1„ Einspritzung flüssigen Brennstoffs,

2. heiß gekrackter, (abgeänderter) Brennstoff,

3. heißes LPG oder

4. kaltes (direktes) LPG.

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Claims

Ronald Albert Wilkinson, 7 Balcombe Street, Mornington, Victoria (Australien)

Anna Little, 2 Shadwell Street,

Cheltenham, Victoria (Australien)

Patentansprüche:

Vorrichtung zum Umwandeln von Brennstoff für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (4) mit einer einen Einlaß und Auslaß für flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aufweisenden Kammer, in der ein den Brennstoff auf seinem Weg vom Einlaß zum Auslaß einen gewundenen oder labyrinthartigen Strömungsweg aufzwingendes Führungselement (8, 122) angeordnet ist, ferner dadurch, daß das Gehäuse (4) von außen aufheizbar und der hindurchströmende Brennstoff darin verdampfbar und/oder thermisch krackbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (4) im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet und durch die Abgase der Brennkraftmaschine aufheizbar ist.

3β Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse .{4) in Längsrichtung in einem Teil eines Abgaskanals (119) angeordnet ist und der Einlaß des Gehäuses mit dem Auslaß des Abgaskanals (119) über eine Leitung in Verbindung steht, die sich seitlich durch eine den Teil des Abgas-

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kanals "begrenzende Wand erstreckt und mit einer Brennstoffquelle verbindbar ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms

3, dadurch gekennzeichnet , daß der Auslaß des Gehäuses (4) mit einer sich längs des Abgaskanals (119) erstreckenden Auslaßleitung und letztere mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist,und daß die Strömungsrichtung des Brennstoffs zwischen dem Auslaß und dem Einlaß entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal (119) isto

5ο Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (4) eine äußere Wand (46) und eine eine Bohrung bildende innere Wand (4c) sowie einenzwischen den Wänden befindlichen, zum Hindurchströmen der Abgase dienenden Behandlungsraum aufweist.

6, Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet , daß der Behandlungsraum ringzylinderförmig ausgebildet ist, und daß darin das als schraubenlinienförmiger Leitkörper (8, 122) ausgebildete Führungselement untergebracht ist, an dessen Ende der Einlaß und Auslaß des Gehäuses liegen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, gekennzeichnet durch ein weiteres Gehäuse mit einer einen Einlaß und Auslaß für flüssigen, kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aufweisenden Kammer (11), in der durch äußere Flammenbeheizung der in den Einlaß einströmende Brennstoff auf seinem

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Strömungsweg zum Auslaß verdampfbar und/oder thermisch krackbar ist.

8, Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse zur direkten Flammenerhitzung innerhalb des Auslaßröhrenwerks (130) der Brennkraftmaschine angeordnet

β Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet , daß sich die länglich ausgebildete Kammer (11) des weiteren Gehäuses wenigstens einmal quer zu den Einlaßkanälen des Auslaßröhrenwerks (130) erstreckte

10, Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

9, gekennzeichnet durch die Kombination einer das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse aufweisenden Vorrichtung, wobei der Auslaß des ersten Gehäuses mit dem Einlaß des weiteren Gehäuses in Verbindung steht_β

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse durch eine sich durch das Abgassystem der Brennkraftmaschine erstreckende Leitung gebildet ist.

12„ Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

11, gekennzeichnet durch ein drittes Gehäuse (14, 133) mit einem Katalysator (15a) sowie einem Einlaß zum Zuführen von Brennstoff sowie einem mit dem Brennst off-Ansaugsystem in Verbindung stehenden Auslaß.

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13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms

12, gekennzeichnet durch einen den Katalysator (15a) aufnehmenden dickwandigen metallenen Einsatz (15), der am Auslaßröhrenwerk (130) der Brennkraftmaschine befestigt ist.

14o Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms

13, dadurch gekennzeichnet , daß in den "Wänden des Einsatzes (15) ein mit dem Inneren des Auslaßröhrenwerks in Verbindung stehender Kanal (16) angeordnet ist, der durch ein die Abgasströmung vom Auslaßröhrenwerk (130) durch den Kanal (16) steuerndes, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur ansprechendes Ventil (17) absperrbar ist,

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms

14, gekennzeichnet durch eine dem Ventil (17) zugeordnete, auf Temperaturänderungen ansprechende Anordnung.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung eine Bimetallfeder aufweist«,

17· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

16, gekennzeichnet durch

die Kombination des ersten, zweiten und dritten Gehäuses, wobei der Auslaß des ersten Gehäuses mit dem Einlaß des zweiten Gehäuses und dessen Auslaß mit dem Einlaß des dritten Gehäuses sowie dessen Auslaß mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist₀

_o Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

17, gekennzeichnet durch eine

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bei Umgebungstemperatur nicht kondensierbaren Brennstoff aufnehmende Sammelkammer (180), die an ihrem Einlaß mit einer eine Verbindung zwischen dem Auslaß der zweiten Kammer und dem Einlaß des dritten Gehäuses (133) und/ oder eine Verbindung zwischen dem Auslaß des dritten Gehäuses und dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine herstellenden Leitung und an ihrem Auslaß mit dem Ansaugsystem in Verbindung steht.

19· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchei bis

18, dadurch gekennzeichnet , daß die Sammelkammer (180) einen weiteren Auslaß aufweist, der über eine Rückführleitung mit dem Einlaß der ersten Kammer in Verbindung steht.

Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

19, dadurch gekennzeichnet , daß die Sammelkammer (180) zum Trennen von kondensierbaren und nicht kondensierbaren Fraktionen des Brennstoffs von einem Kühlelement (182) umgeben ist.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

20, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung zwischen dem Auslaß und Einlaß der ersten und zweiten Kammer von einer Leitung gebildet ist, die sich innerhalb des Abgassystems der Brennkraftmaschine erstrecktο

22_O Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

21, gekennzeichnet durch eine zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff geeignete Zumeßeinheit, die mit der Umwandlungsvorrichtung verbunden ist β

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23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch drei hintereinandergeschaltete Brennstoff-Umwandlungsstufen, in deren erster, mit der Quelle flüssigen Brennstoffs in Verbindung stehender Stufe und deren zweiter Stufe der flüssige Brennstoff verdampfbar und/oder thermisch krackbar und in deren dritter Stufe der Brennstoff durch den Katalysator hindurchleifbar ist„

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms

23, gekennzeichnet durch einen den den aufbereiteten Brennstoff führenden ersten Leitungskreis umgehenden, zum Zuführen flüssigen Brennstoffs dienenden zweiten Leitungskreis, in dem auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ansprechende, das Umgehungssystem bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schließende und dabei den ersten Leitungskreis mit dem Ansaugsystem in Verbindung bringende Schaltelemente angeordnet sind.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

24, gekennzeichnet durch in jedem der beiden Leitungskreise angeordnete Steuerventile (14O, 105, 108) mit einem zugeordneten Schalter (144), durch den das im Umgehungssystem liegende Ventil in seine Offen- und Schließstellung und das im ersten Leitungskreis liegende Ventil in seine Schließ- und Offenstellung bringbar ist, sobald die Temperatur der Brennkraftmaschine die vorbestimmte Temperatur erreicht hat oder darunterliegt.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

25, gekennzeichnet durch

ein im Umgehungssystem angeordnetes schwimmergesteuertes Gefäß (106) mit dem auf dessen Zulaufseite befindlichen

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ersten Ventil (105) und dem auf dessen Ablaufseite befindlichem Ventil (108), das beim Öffnen und Schließen des ersten Ventils (105) gleichfalls in seine Offen- und Schließstellung gelangte

27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

26, dadurch gekennzeichnet , daß im Umgehungs system zwischen dem Gefäß (106) und dem Ansaugsystem über eine Leitung eine Verbindung besteht, in der ein Starterventil (146) angeordnet ist.

28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

27, dadurch gekennzeichnet , daß in der Verbindung zwischen der dritten Stufe (132) und dem Ansaugsystem eine durch eine Düsennadel (20) gesteuerte Kammer (22) für den gasförmigen Brennstoff angeordnet ist, wobei die Düsennadel (20) zwecks Änderung des Volumens des gasförmigen Brennstoffs durch den Druck im Ansaugsystem verschiebbar gesteuert ist.

29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

28, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsennadel (20) gleichzeitig einer flüssigen Brennstoff aufnehmenden Kammer (24) des Umgehungs systems derart zugeordnet ist, daß in Abhängigkeit vom Druck im Ansaugsystem eines Vergasers gasförmiger Brennstoff aus dem ersten Leitungskreis und flüssiger Brennstoff aus dem Umgehungssystem zuführbar ist.

30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

29, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsennadel (20) an ihrem im Bereich des Einlasses der Kammer (22) liegenden Ende einen konischen Teil aufweist, und daß die Kammer (22) einen Auslaß

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aufweist, der mit dem die den flüssigen Brennstoff aufnehmenden Kammer (24) umgebenden Ansaugsystem in Verbindung steht.

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