DE3102088A1

DE3102088A1 - Verfahren zur erzeugung von wasser fuer die wassereinspritzanlage eines wasserstoffverbrauchenden verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3102088A1
Application number: DE19813102088
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Löffler
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-01-23
Filing date: 1981-01-23
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3102088C2

Description

"Verfahren zur Erzeugung von Wasser für
die Wassereinspritzanlage eines wasserverbrauchenden Verbrennungsmotors" Bei dem Betrieb eines Verbrennungsmotors mit äußerer Gemischbildung mit Wasserstoff ist es aus verschiedenen Grunden, z.B.
zur Senkung der Stickoxid-Emission und zur Verhinderung von Fehlzündungen, erforderlich, unter bestimmten Betriebsbedingungen Wasser in den Ansaugkanal einzusl)ri tzen. Dabei kann das Wasser den angesaugten Gasströmen sowohl vor (DE-28 51 232) als auch nach (US-PS 3 983 882) der Gemischbildung zugesetzt: werden. Der Wasserzusatz kann sowohl unter Ausnützung des im Ansaugtrakt herrschenden Unterdrucks als auch mittels einer Pumpe und Einspritzdüse erfolgen. Als Wasser findet praktisch ausschließlich destilliertes Wasser Verwendung.
Der Wasserbedarf kann im allgemeinen durch Kondensation es in den Auspuffgasen enthaltenen Wasserdampfs gedeckt werden.
Das bei der Kondensation erhaltene Wasser wird in einem Sammelgefäß zwischengespeichert, in dem ein für den Zusatz des Wassers erforderliches Wasserniveau aufrechterhalten wird (DE-OS 28 51 232).
Es gibt jedoch Betriebszustände, bei denen dem Abgas nicht so viel Wärme entzogen werden kann, daß die Temperatur unter den Taupunkt fällt und sich Wasser abscheidet. Ein Wasservorrat zur Überbrückung dieses im allgemeinen nur kurzzeitig auftretenden Wassermangels kann zumindest im Winter nicht mitgeführt werden, da dieser bei Nichtgebrauch des Fahrzeugs einfrieren würde. Den Wasservorrat mit einem Frostschutzmittel, z.B. Alkohol, zu versetzen stellt keine technisch vorteilhafte Lösung dar, da diese Frostschutzmittel teilweise mit verbrennen, also eine technisch unkontrollierbare Kraftstoffmenge darstellen und die Abgasqualität hinsichtlich des CO-, CO -und CH -Gehalts verschlechtern.
x Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zu finden, das es gestattet, eine zusätzliche Menge an Wasser zur Verfügung zu stellen, wenn die aus den Auspuffgasen kondensierbare Menge an Wasser zur Deckung des Wasserbedarfs nicht ausreicht.
Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.
Dic zusätzliche Wassermenge wird durch Verdampfen aus einer gefrierschutzmittelhaltigen Lösung erzeugt. Durch Verwendung einer gefrierschutzmittelhaltigen Lösung ist es möglich.
auch im Winter einen Wasservorrat im Fahrzeug mitzuführen.
bei der Verdampfung nicht den gesamten Wasservorrat aufheizen zu müssen, wodurch große Verzögerungen bei der Wasserverdampfung aufträten, ist es zweckmäßig. nur ein kleines Verdampfungsgefäß vorzusehen, in dem sich nur eine geringe ziege Wasser befindet, d.h. nur eine Teilmenge des Wasservorrat 5 auf die Verdampfungstemperatur zu bringen, so daß die Dampferzeugung praktisch unmittelbar nach Beginn der Heizung des Verdampfungsgefäßes einsetzt. Zwischen dem Wasser im Vorratsgefäß und im Verdampfungsgefäß ist zweckmäßigerweise ein Zwangsumlauf vorgesehen, damit im Verdampfungsgefäß immer genügend Wasser zum Verdampfen vorhanden ist und damit in der im Verdampfungsgefäß befindlichen Teilmenge an Walze keine zu starke Anreicherung an Frostschutzmittel stattfindet.
Nach dem Verdampfen wird der Dampf in einem Kondensator kondensiert, von dort wird das entstandene Wasser in ein Sammelgefäß geleitet, aus dem es der Einspritzanlage zugeführt wird.
in dieses Sammelgefäß wird auch das aus den Auspuffgasen auskondensierte Wasser geleitet, wobei durch niveauabhängige Schalter in dem Sammelgefäß sichergestellt wird, daß mit der VerdampftlIlg in der Verdampfungseinrichtung erst dann begonnen wird, wenn das Flüssigkeitsniveau im Sammelgefäß ureter einen bestimmten ert gefallen ist und dadurch eine zusätzliche Wassererzeugung notwendig wird.
Die Zufuhr der für die Verdampfung erforderlichen Wärmemenge, d.h. die Heizung der Verdampfungseinrichtung, kann sowohl elektrisch als auch durch heiße Auspuffgase erfolgen. Mitunter ist es zweckmäßig, sowohl eine elektrische Heizung als auch eine Heizung durch Auspuffgase vorzusehen, wobei durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden kann, daß die eleXtrische Heizung nur dann in Betrieb genommen wird, wenn die durch die Auspuffgase zugeführte Wärmemenge nicht zur Erzeugung der erforderlichen Wassermenge ausreicht.
Die gefrierschutzmittelhaltige Lösung, aus der die zusätzlich erforderliche Wassermenge verdampft wird, kann in einem gesonderten Vorratsgefäß untergebracht sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, das Notorkühlwasser als gefrierschutzmittelhaltige Lösung zu verwenden und somit die erforderliche Flüssigkeit dem ohnehin reichlich vorhandenen Kühlwasser zu entnehmen. Die verwendbaren Gefrierschutzmittel sollen bei der Wassererzeugung nicht mitverdampfen; bei der Verwendung von Motorkühlwasser kommen dabei praktisch ausschließlich die für das Motorkühlwasser bekannten hochsiedenden, nicht korrosiven Verbindungen, z.B. Glycole,infrage; wird die gefrierschutzmittelhaltige Lösung in einem gesonderten Vorratsgefäß mitgeführt. sind auch andere Verbindungen, z.B. anorganische Salze, denkbar.
m ein ständiges Nachfüllen der gefrierschutzmtteihaltigen Lösung mit destilliertem Wasser zu vermeiden, ist es besonders vorteilhaft, einen bei der Kondensation von Wasser aus den Auspuffgasen etwa entstehenden Wasserüberschuß nicht zu verwerfen, sondern ihn dazu zu verwenden, die gefrierschutzmittelhaltige Lösung wieder auf ihre urspringliche Wasserkonzentration zu bringen. Durch eine derartige Verfahrensweise gelingt es, das Verfahren weitgehend wartungsfi'ei zu machen.
Vm ein Frieren des Wassers in den Bauteilen der Wassereinspritzanlage bei Frost in Stillstandszeiten zu verhindern.
erden die wasserführenden Teile der Anlage in bekannte Weise über thermisch gesteuerte Ventile entleert. Während des Betriebes des Motors herrscht im xIotorraum im allgemeinen eine solche Temperatur, daß ein @infrieren von Leitungen nicht zu befürchten ist. Es kann jedoch insbesondere beim und kurz nach dem Start eines ausgekühlten Motors zweckmäßig sein, die frostgefährdeten Teile der Anlage z.B. durch eine thermostatisch gesteuerte elektrische Heizung so lange zu beheizen, bis die Temperatur im Motorraum so weit gestiegen ist, daß eine Vereisung von Leitungen ausgeschlossen ist.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liege vor allem, darin, daß es nunmehr möglich ist, bei allen Betriebszuständen eines wasserstoffverbrauchenden Verbrennangsmotors eine ausreichende Menge an Wasser zur Verfügung zu stellen und daß das Wasser praktisch wartungsfrei und auch bei Frost erzeugt werden kann.

Claims

Patentansprüche erfahren zur Erzeugung von Wasser für die Wassereinspritzanlage eines wasserstoffverbrauchenden Verbrennungsmotors. wobei in den Auspuffgasen enthaltener Wasserdampf kondensiert, das entstandene Wasser in einem Sammelgefäß zwischengespeichert und von dort der Finspritzanlage zugeführt wird.

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß bei nicht ausreichender aus den Auspuffgasen kondensierbarer Wasserdampfmenge Wasser durch Verdampfen aus e iooer gefrierschutzmittelhaltigen wäßrigen Lösung und Kondensieren des gebildeten Wasserdampfs erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die gefrierschutzmittelhaltige wäßrige Lösung dem Kiihlmittelkreislauf des Motors entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dann ein bei der Kondensation von Wasserdampf aus den Auspuffgasen entstandener Überschuß an Wasser zur Wiederherstellung der ursprünglichen Wasserkonzentration der gefrierschutzmittelhaltigen Lösung verwendet wird.