DE3048540C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung der Emission schädlicher Bestandteile im Abgas eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung der Emission schädlicher Bestandteile im Abgas eines VerbrennungsmotorsInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Emission schädlicher Bestandteile im Abgas eines Verbrennungsmotors durch Zuführung von Spaltgas zum Kraftstoff-Luftgemisch in die Ansaugleitung.
- Es ist bereits ein derartiges Verfahren bekannt (DE-OS 23 65 255), bei dem durch eine Reformierungsbehandlung ein Teil des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffes in eine Mischung von Zerfalls- und Oxydationsprodukten überführt und diese Mischung in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingeleitet wird. Die Reformierungsbehandlung wird mit Hilfe eines Katalysators durchgeführt, der sich in einem elektrisch beheizten, zylinderförmigen Behälter befindet. Die Reduzierung der umweltschädlichen Elemente im Abgas wird dadurch erreicht, daß ein mageres Gemisch gezündet und verbrannt wird. Der der Reformierungsbehandlung unterworfene Teil des Kraftstoffes wird einem Hilfsvergaser zugeführt, strömt anschließend durch die Treibstoffreformierungsvorrichtung, die den Katalysator, beispielsweise Platin, enthält und gelangt während des Ansaughubes in den Verbrennungsraum des Motorzylinders. Durch elektrische Zündung wird das magere Gemisch, das den größten Teil des Verbrennungsraumes und des Raumes innerhalb der Zylinder einnimmt, zuverlässig verbrannt. So kann das magere Gemisch als Ganzes verbrannt werden und die Menge der schädlichen Stoffe im Abgas wird reduziert. Auf Grund der nur teilweisen Reformierungsbehandlung des zugeführten Kraftstoffes kann das Kompressionsverhältnis gesteigert werden, so daß die Zündung und Verbrennung eines mageren Gemisches möglich ist, was sich in einem herkömmlichen Motor, der mit einem Vergaser ausgerüstet ist, nicht durchführen läßt. Ferner enthält der der Reformierungsbehandlung unterzogene Kraftstoff im Vergleich mit dem ursprünglichen Kohlenwasserstoff-Kraftstoff größere Anteile an niedrigwertigen Kohlenwasserstoff-Molekülen und anderen chemischen Verbindungen, die durch Zerfall und Oxydation entstehen. Gelangen sie in die Umgebung einer Zündvorrichtung oder der Brennfläche einer Flamme, dann kann auch relativ leicht Öl verbrannt werden, was auf herkömmliche Weise nicht möglich ist. Ein solcher Motor eignet sich daher für eine große Vielfalt von Kraftstoffen.
- Das bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es einen hohen Aufwand an zusätzlichen Bauelementen am Motor erfordert. Hinzu kommt, daß durch die Reformierungsbehandlung ein Teil der dem Kraftstoff innewohnenden Energie (Heizwert) verbraucht wird, wodurch sich der Wirkungsgrad wesentlich verschlechtert.
- Durch die FR-PS 12 71 173 ist es auch bekannt, den im Abgas enthaltenen Wasserdampf durch einen Katalysator in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen bzw. zu spalten. Dabei wird der Katalysator von der Gesamtheit der Abgase durchströmt, und die Abgase treten danach ins Freie. Eine Abgasrückführung in die Ansaugleitung zum Zwecke der Aufbereitung des Kraftstoff-Luftgemisches - wie bei der Erfindung vorgesehen - erfolgt somit nicht.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren zu verbessern und die stark endotherme Reaktion der Spaltung der Abgase des Verbrennungsmotors zugunsten eines besseren Gesamtwirkungsgrades zu nutzen. Ferner soll die Verbrennung eines mageren Brennstoff-Luftgemisches durch die Zuführung eines aus dem Abgas gewonnenen gasförmigen Brennstoffes verbessert und die Zündgrenzen des Gemisches erweitert werden, so daß der Verbrennungsmotor besonders im Teillastbereich mit hohem Luftüberschuß arbeiten kann. Dies wird gemäß der Erfindung auf vorteilhafte Weise dadurch erreicht, daß unter Anwendung des Verfahrens der Abgasrückführung ein wasserstoffhaltiges Spaltgas durch katalytische Spaltung einer Teilmenge des heißen Abgases erzeugt wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und erfordert zu seiner Durchführung nur einen geringen Aufwand an zusätzlichen Bauteilen. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors ist eine beachtliche Einsparung an Brennstoffkosten und eine beachtliche Verringerung der Emission schädlicher Bestandteile im Abgas möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für die Inbetriebnahme des Motors keine zusätzliche Starteinrichtung benötigt wird, da der Motor wie üblich durch ein fettes Brennstoff-Luftgemisch gestartet werden kann. Nach Erreichen der Betriebstemperatur kann dann erfindungsgemäß das Gemisch durch Zuführung des Spaltgases weiter abgemagert werden.
- In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird zur Erzeugung des Spaltgases der Wasserdampfanteil im heißen Abgas an einem glühenden, als Katalysator wirkenden Platindraht in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der Platindraht kann mittels elektrischer Energie auf die erforderliche Temperatur von über 1200°C gebracht werden. Durch die Erzeugung der notwendigen Katalysatortemperatur zur Spaltung der Abgase mit Hilfe des elektrischen Stromes kann der Spaltgasanteil in vorteilhafter Weise den unterschiedlichen Betriebsbedingungen eines Fahrzeugmotors schnell und optimal angepaßt werden.
- Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht aus einem Reaktor, der an die Abgasleitung und an die Zuführungsleitung für das Kraftstoff-Luftgemisch angeschlossen ist.
- Der Katalysator besteht vorteilhafterweise aus einem Platindraht, der sich in dem Strömungsweg des von dem Abgas abgezweigten Teilstromes befindet. Der Platindraht ist an zwei Leiterstiften aufgehängt, die an die Autobatterie angeschlossen sind. Die Spaltgasleitung des Reaktors mündet nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung zwischen Vergaser und Verbrennungszylinder des Motors in die Zuführungsleitung für das Kraftstoff-Luftgemisch ein. In der Spaltgasleitung ist eine Drosselklappe eingebaut, um den Anteil des Spaltgases im Kraftstoff-Luftgemisch zu steuern. Dadurch ist es möglich, den schlechten Teillastwirkungsgrad des Otto-Motors durch Anwendung einer Wärmeregelung zu verbessern.
- Das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Spaltgas vermag durch Aufheizung des Kraftstoff-Luftgemisches im Teillastbereich den Kraftstoffverbrauch auf Grund der geringeren Drosselverluste einer Wärmeregelung zu senken und durch den großen Zündbereich des im Spaltgas enthaltenen Wasserstoffes eine sichere Zündung und Durchbrennung des mageren Kraftstoff-Luftgemisches einzuleiten.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können aus der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung entnommen werden. In der Zeichnung ist ein Verbrennungsmotor mit dem Reaktor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vereinfachter, schematischer Form dargestellt.
- Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Vergaser 2, eine Zuführungsleitung 3 für das Kraftstoff-Luftgemisch, eine Abgasleitung 4 und eine die Abgasleitung 4 mit der Zuführungsleitung 3 verbindende Spaltgasleitung 5 auf. Am Anfang der Spaltgasleitung 5 befindet sich ein Reaktor 10, durch den ein aus der Abgasleitung 4 abgezweigter Teil des Abgases hindurchströmt, wie dies durch die Pfeile 11 und 12 in der Zeichnung angedeutet ist. Im Reaktor 10 ist zwischen zwei Stiften 15 und 16 ein als Katalysator dienender Platindraht 17 aufgehängt, der an die Kraftfahrzeugbatterie 18 angeschlossen ist. Die Stifte 15 und 16 dienen auch gleichzeitig der Stromzuführung zu dem Platindraht 17, da sie über Leitungen 20 und 21 an die Batterie 18 angeschlossen sind. In der Leitung 21 befindet sich ein Schalter 22 zum Ein- und Ausschalten des Heizstromes für den Platindraht 17.
- Am Ende der Spaltgasleitung 5 befindet sich zwischen Vergaser 2 und Motorzylinder 1 eine Ringkammer 25, die die Zuführungsleitung 3 umgibt. Im Bereich der Ringkammer 25 ist die Leitung 3 mit Öffnungen 26 versehen, so daß Gas aus der Spaltgasleitung 5 in die Leitung 3 eintreten kann, was durch die Pfeile 27 und 28 zum Ausdruck kommt. Eine vor der Ringkammer 25 in die Spaltgasleitung 5 eingebaute Drosselklappe 29 ermöglicht es, den Anteil des Spaltgases im Kraftstoff-Luftgemisch zu steuern. Auf diese Weise kann der schlechte Teillastwirkungsgrad durch Anwendung einer Wärmeregelung verbessert werden. Im Vergaser 2 befindet sich ebenfalls eine Drosselklappe 30 zum Steuern des Kraftstoff-Luftgemisches, das durch die Zuführungsleitung 3 strömt.
- Beim Betrieb des Motors ist der Schalter 22 eingeschaltet und der Platindraht 17 wird durch den elektrischen Strom der Batterie 18 auf eine Temperatur von über 1200°C gebracht. Der in den Reaktor 10 eintretende Teil des Abgases wird beim Vorbeiströmen am glühenden Platindraht 17 gespalten, gelangt über die Abgasleitung 5 und die Drosselklappe 29 in die Ringkammer 25 und wird dort nach Durchtritt durch die Öffnungen 26in der Zuführungsleitung 3 dem Kraftstoff-Luftgemisch zugemischt, das in dem Verbrennungsraum des Motors 1 gezündet und verbrannt wird. Durch den glühenden Platindraht 17 wird der im Abgas befindliche Wasserdampf in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten.
- Die Erfindung wurde oben anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung keineswegs auf dieses Beispiel beschränkt ist, denn es gibt mannigfaltige Abwandlungsmöglichkeiten in der Gestaltung und Anordnung der zur Erzeugung des Spaltgases erforderlichen Bauteile, ohne daß dabei der durch die Erfindung abgesteckte Rahmen verlassen wird.
Claims (8)
1. Verfahren zur Verringerung der Emission schädlicher Bestandteile im Abgas eines Verbrennungsmotors durch Zuführung von Spaltgas zum Kraftstoff-Luftgemisch in die Ansaugleitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein wasserstoffhaltiges Spaltgas durch katalytische Spaltung einer Teilmenge des heißen Abgases erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Spaltgases der Wasserdampfanteil im heißen Abgas an einem glühenden, als Katalysator wirkenden Platindraht (17) in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Platindraht (17) mittels elektrischer Energie aufgeheizt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktor (10) an die Abgasleitung (4) und an die Zuführungsleitung (3) für das Kraftstoff-Luftgemisch angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (10) aus einem Platindraht (17) besteht, der sich in dem Strömungsweg des von dem Abgas abgezweigten Teilstromes befindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Platindraht (17) an zwei Leiterstiften (15, 16) aufgehängt ist, die an die Autobatterie (18) angeschlossen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Reaktor (10) kommende Spaltgasleitung (5) zwischen Vergaser (2) und Verbrennungszylinder des Motors (1) in die Zuführungsleitung (3) für das Kraftstoff-Luftgemisch einmündet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spaltgasleitung (5) eine Drosselklappe (29) eingebaut ist, um den Anteil des Spaltgases im Kraftstoff-Luftgemisch zu steuern.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: B01D 53/36 |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |