DE3726854A1 - Verfahren zur reduzierung des kraftstoffverbrauches einer thermischen maschine mit kohlenwasserstoffverbrennung und zur reduzierung von atmosphaerischen schadstoffen sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren im wesentlichen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches einer thermischen Maschine bzw. Wärmekraftmaschine mit Kohlenwasserstoffver­ brennung, insbesondere eines Motors mit innerer Verbrennung, und zur Reduzierung der durch diese Maschine erzeugten atmosphärischen Schadstoffe sowie von einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Man kennt bereits Verfahren, die zu diesem Zweck die Ein­ führung von Wasserdampf in einen Einlaßsammler bzw. Einlaß­ kollektor vorsehen, durch den die Zuführluft oder das Ge­ misch aus Zuführluft und Kraftstoff hindurchgeht, um in eine Verbrennungskammer des Motors einzutreten. Die Zuführluft oder das erwähnte Gemisch, die den Wasserdampf enthalten, sind danach in Kontakt mit einer Legierung gebracht, die aus Eisen- oder Nichteisenmetallen, stammend aus seltenen Erden, zusammengesetzt sind, die unter dieser Bedingung oxidieren und deren Oxide die Eigenschaft aufweisen, Wasser zu dissoziieren.

Es ist Ziel und Zweck der Erfindung, ein derart bekanntes Verfahren zu verbessern.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Ver­ fahren dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung von Wasserdampf in den Einlaßkollektor auf solche Weise verwirk­ licht wird, daß die hygrometrische Stufe bzw. der hygro­ metische Grad der Zuführluft auf ein Maximum anwächst und daß man dieses Maximum des hygrometischen Grades durch Regu­ lation aufrechterhält, entsprechend dem Sättigungszustand der Luft im Wasserdampf.

Nach einer vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung erfolgt die Aufrechterhaltung des Sättigungszustandes der Luft im Wasserdampf durch Ansaugen des Wasserdampfes von einer Quelle von geeigneter Kapazität, vorteilhafterweise an einer Stelle, die der Verbrennungskammer am nächsten liegt, unter der Wirkung des natürlichen Ansaugens der Verbrennungsluft.

Die Vorrichtung zur Zuleitung des Wasserdampfes zur Durch­ führung dieses Verfahrens, das ein Wasserreservoir und eine Vorrichtung umfaßt, die den zur Einführung in den Einlaß­ kollektor bestimmten Dampf erzeugt, ist dadurch gekennzeich­ net, daß es Mittel zur Regulierung der Wassermenge im Wasserdampferzeugungsgerät umfaßt, um sicherzustellen, daß ständig eine Dampfmenge verfügbar ist, um den erwähnten Sättigungszustand der Zuführluft bzw. Versorgungsluft des Motors aufrechzuerhalten.

Nach einer vorteilhaften Eigenschaft bzw. Ausführungsform der Erfindung umfassen die vorstehend erwähnten Mittel im wesentlichen ein Organ zur Kontrolle der Wassermenge im Wärmetauscher.

Nach noch einer weiteren Eigenschaft der Erfindung ist das erwähnte Organ im wesentlichen gebildet aus einem Tempera­ turmeßfühler von der Art eines Thermistors bzw. Heißleiters bzw. temperaturabhängigen Widerstandes, der im Inneren des Tauschers derart plaziert ist, daß eine Absenkung des Wasserniveaus im Tauscher unter ein Referenzniveau durch den Meßfühler erfaßt wird, und die Aussendung eines Signals ver­ ursacht, durch das ein Wassermangel angezeigt wird, in Form einer Temperaturerhöhung.

Nach einer weiteren Eigenschaft der Erfindung ist das Gerät zur Erzeugung von Wasserdampf durch einen Wärmetauscher ge­ bildet, der vorteilhafterweise am heißesten Punkt des Aus­ tritts der Auspuffgase angeordnet ist und gegebenenfalls ein vorteilhafterweise mit elektrischer Energie betriebenes Heizelement umfaßt, das das im Tauscher enthaltene Wasser erwärmt, und daß eine Pumpe zwischen dem Reservoir und dem Tauscher angeordnet ist, die geeignet ist, intermittierend zu arbeiten, wobei die Pumpe durch die vorstehend erwähnten Regulierungsmittel gesteuert wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung umfassen die Regulierungsmittel einen elektronischen Schalt­ kreis, der einen Komparator bzw. Vergleicher des Signals aufweist, das durch den Temperaturmeßfühler erzeugt wird, mit einem Referenzwert und einem logischen Schaltkreis, der die Inbetriebnahme der Pumpe gewährleistet, in einer vorher­ bestimmten Zeitverzögerung nach Erzeugung eines Signals durch den Meßfühler infolge einer Absenkung des Wasser­ niveaus unter seinen Referenzwert, ein Mittel, das zur Auslösung eines Alarms nach Ablauf dieser Verzögerung vor­ gesehen werden kann, wenn der Zustand des Wassermangels während dieser Verzögerung nicht behoben wurde.

Nach einer weiteren vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung ist der Wärmetauscher vorteilhafterweise am heißesten Punkt des Austritts der Auspuffgase angeordnet und umfaßt ge­ gebenenfalls ein vorteilhafterweise mit elektrischem Strom versorgtes Heizelement für das im Tauscher enthaltene Wasser.

Nach einer weiteren Eigenschaft der Erfindung ist das Gerät zur Erzeugung von Wasserdampf gebildet aus einem Kessel, der mit Wasser aus dem Reservoir nach dem Prinzip der kommuni­ zierenden Röhren gespeist wird. Der im Kessel erzeugte Dampf wird in einem Dampfbehälter gesammelt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsbei­ spiele ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung bevorzug­ ter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus der in der An­ lage beigefügten Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Aus­ führungsform einer Vorrichtung zur Zuleitung von Wasserdampf gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in Form eines Blockschemas eines elektronischen Schaltkreises zur Steuerung der Pumpe gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Aus­ führungsform der Erfindung.

In Fig. 1 zeigen die Bezugszeichen 1, 2 und 3 jeweils die Verbrennungskammer einer thermischen Maschine, insbesondere einen Motor mit innerer Verbrennung, und die Sammler für den Einlaß und den Auslaß bzw. Auspuff des Motors. Die Vorrich­ tung zur Aufrechterhaltung durch Regulierung des Sättigungs­ zustandes im Wasserdampf aus Versorgungsluft oder aus dem Gemisch aus Versorgungsluft und Kraftstoff, eingeleitet durch den Einlaßsammler 2 zur Verbrennungskammer 1, trägt das Bezugszeichen 4.

Das Gerät 4 zur Zuleitung von Wasserdampf umfaßt im wesent­ lichen einen Wärmetauscher 5, einen Wasserbehälter 6 und eine Pumpe 7, die zur Versorgung des Wärmetauschers 5 mit Wasser aus dem Behälter 6, durch Zwischenschaltung eines Rohres 8, geeignet ist. Der Ausgang des Wärmetauschers 5, bestimmt für den in diesem erzeugten Wasserdampf, ist mit dem Einlaßsammler 2 durch ein Rohr 9 verbunden, in dem ein Kondensator 10 vorgesehen ist. Man stellt fest, daß das Rohr 9 in diesem Sammler 2 an einer Stelle einmündet, die so nahe wie möglich an der Verbrennungskammer ist. Der Sammler 2 enthält in seinem zwischen dem Eingang des Rohres g und der Verbrennungskammer 1 gelegenen Teil ein katalytisches System 12, das aus einer Legierung gebildet ist, die sich aus Eisenmetall oder Nichteisenmetall aus seltenen Erden zusam­ mensetzt, wobei die Legierung oxidieren können sollte und diese Oxide die Eigenschaft aufweisen sollten, das Wasser zu dissoziieren. Diese Legierung, insbesondere die Metalle, die das Wasser dissoziieren können, soll vorteilhafterweise zu­ sammengesetzt sein aus einem oder mehreren Lanthaniden oder Aktiniden, in einem Prozentsatz, um nachfolgend die Möglich­ keiten der Verwirklichung der Legierung zu bestimmen, zwangsläufig mit 25 bis 30 % Lanthan.

Der Wärmetauscher 5 ist über dem Auspuffsammler 3 an der heißesten Stelle des Auslasses für die Auspuffgase ange­ ordnet. Um eine ausreichend große Dampfmenge bereitstellen zu können, kann man im Inneren des Wärmetauschers 5 ein mit elektrischer Energie beheiztes Heizelement 25 vorsehen.

Der Wärmetauscher 5 umfaßt außerdem bei 15 ein Organ, das sicherstellt, daß die Versorgung mit Wasser durch die Pumpe 7 eine ausreichende Produktion von Wasserdampf erlaubt. Dieses Organ ist vorteilhafterweise gebildet durch einen Temperaturmeßfühler, insbesondere durch einen Thermistor bzw. Heißleiter bzw. temperaturabhängigen Widerstand. Der Meßfühler ist im Inneren des Wärmetauschers derart angeord­ net, daß er sich unterhalb eines Wasserniveaus befindet, das für eine ausreichende Wasserversorgung repräsentativ ist. Der Meßfühler befindet sich somit in einem Milieu bzw. in einer Umgebung, dessen/deren Temperatur eine Schwelle von 100 °C nicht überschreiten kann, wenn das Wasser siedet und atmosphärischer Druck herrscht. Dagegen wenn das Wasser­ niveau im Inneren des Wärmetauschers unter einen Grenzwert absinkt und den Meßfühler freilegt, ist dieser einer über 100 °C liegenden Temperatur ausgesetzt und produziert ein elektrisches Signal, denn das Erreichen der unteren Grenz­ schwelle zeigt einen Mangel an Wasser im Wärmetauscher an.

Dieses elektrische Signal wird auf ein elektronisches Gerät übertragen, das einen Schaltkreis zur Steuerung der Pumpe 7 aufweist. Dieser Schaltkreis ist in Fig. 2 dargestellt und umfaßt einen Komparator 17 mit zwei Eingängen 18 und 19, die jeweils das von dem Meßfühler 15 erzeugte Signal und ein Re­ ferenzsignal empfangen. Der Ausgang des Komparators ist mit dem Eingang eines Verzögerungselementes 20 verbunden, etwa mit einem mono-stabilen Multivibrator, dessen Ausgänge Q und jeweils mit einem Eingang der Tore NEIN-JA 21, 22 des Typs mit zwei Eingängen verbunden sind. Der andere Eingang der beiden Tore ist mit dem Ausgang des Komparators 17 verbun­ den. Der Ausgang des Tores 21 ist mit einem Kraftstromkreis 23 für die Pumpe 7 verbunden. Der Ausgang des Tores 22 ist mit einem Kraftstromkreis 24 verbunden, der ein Signalisa­ tions- und Alarmorgan 25 steuert.

In bezug auf den Wärmetauscher 5 weist dieser in seinem Oberteil ein Loch 25 auf, das mehrere Funktionen erfüllen soll. Es bildet eine Überlauföffnung im Falle einer Störung der Regulierung, um zu vermeiden, daß Wasser in die Verbren­ nungskammern eintritt. Es soll den Wärmetauscher unter athmosphärischen Druck setzen und es soll imstande sein, eine Luftzirkulation in der Dampfleitung 9 zuzulassen.

Fig. 1 zeigt gestrichelt, und dem nachfolgend beschriebenen Gerät beifügbar, einen Rückgewinner des Konden­ sats oder gleich direkt des Dampfes, gebildet aus einem direkt im Auspuffgassammler 3 angeordneten Kondensator 27, der das so wiedergewonnene Wasser der Pumpe 7 über ein Rohr 27 zurückschickt. Bei 28 hat man schematisch ein Abkühlungs­ hindernis dargestellt. Der Wiedergewinner trägt noch zum op­ timalen Funktionieren des Regulierungsgerätes gemäß der Er­ findung bei.

Nachfolgend wird die Funkion des Systems gemäß der Erfindung anhand der Fig. 1 beschrieben.

Man versteht leicht, daß die Zutrittsluft oder das Luftge­ misch, das im Zutrittssammler 2 fließt, sich beim Vorbei­ strömen vor der Mündung des Dampfrohres 9 mit Wasserdampf sättigt. Der Zutritt des Wasserdampfes geschieht auf natür­ liche Weise durch Aspiration bzw. durch Ansaugen bzw. durch Saugwirkung. Wenn die verfügbare Menge an Wasserdampf immer ausreichend ist, kann der Sättigungszustand oder der Zustand des maximalen hygrometrischen Grades aufrechterhalten wer­ den.

Der Wärmetauscher ist so ausgestattet, daß seine Wasser­ dampfproduktion sich automatisch durch ein geeignetes Steuerkommando der Pumpe 7 regulieren kann. Sobald der Tem­ peraturmeßfühler 15 im Inneren des Wärmetauschers 5 eine Temperatur feststellt, die über der Referenztemperatur von beispielsweise 100°C liegt, infolge einer Absenkung des Wasserniveaus im Wärmetauscher, überträgt er ein Signal auf den Eingang 18 des Komparators 17, das ein Potential be­ stimmt, das über dem Referenzpotential am Eingang 19 liegt. Der Ausgang des Komparators und ein Eingang der beiden Tore NEIN-JA 21, 22 gelangen dann in den Zustand Null. Das Ver­ zögerungselement 20 hält während einer vorherbestimmten Zeitdauer von beispielsweise 15 bis 20 Sekunden seine Aus­ gänge Q und in einem Zustand von jeweils 0 und 1 aufrecht. Der Ausgang des Tores NEIN-JA 21 gelangt in den Zustand 1, wodurch die Pumpe 7 in Gang gesetzt wird. Dagegen verbleibt der Ausgang des Tores NEIN-JA 22 im Zustand Null, wodurch die Erregung des Alarmgerätes 25 verhindert bzw. unterbunden wird. Die ebenfalls in Gang gesetzte Pumpe 7 wird das Wasserniveau im Tauscher wiederherstellen. Das dann in diesen gelangende frische Wasser wird sehr schnell eine Tem­ peratur unterhalb der Referenztemperatur von 100°C er­ zeugen, und der Komparator wird vom Temperaturmeßfühler 15 die Order erhalten, die Pumpe 7 anzuhalten bzw. außer Betrieb zu setzen. Wenn in der durch das Verzögerungselement 20 bestimmten Zeitverzögerung das Wasserniveau nicht wieder­ hergestellt ist, beispielsweise infolge einer Störung bzw. eines Defektes der Pumpe 7 oder infolge Wassermangels im Wasservorratsbehälter 6, kehren sich die Ausgangszustände des Verzögerungselementes 20 um, wodurch das Alarmgerät 25 und die Erzeugung eines Stillstandssignals der Pumpe 7 in Betrieb gesetzt wird. Ebenso wird der Benutzer vom Wasser­ mangel in Kenntnis gesetzt und könnte beispielsweise den Stillstand des Motors oder eines Brenners sicherstellen bzw. veranlassen.

Dank dieser Regulierung ist es möglich, in dem Austauscher eine kleine Wassermenge von beispielsweise 50 cl zu stabili­ sieren. Der Behälter 4 könnte 3,5 l oder mehr enthalten und an einer Stelle angeordnet sein, die in dem Motorgehäuse eines Automobilfahrzeuges oder an irgendeiner anderen Stelle, ja sogar im hinteren Kofferraum des Fahrzeuges, ver­ fügbar ist. Der Kondensator 10, der das Rohr oder die Dampf­ leitung 9 auf halber Distanz zwischen dem Tauscher 5 und dem Eingang der Verbrennungskammern unterbricht und durch einen kleinen Kasten mit einem Raum von beispielsweise einem hal­ ben Liter gebildet ist, erlaubt eine partielle Kondensation des Dampfes in dieser Leitung, d. h. des ungenügend heißen Dampfes, ebenso wie seine Abkühlung. Der kondensierte Teil kehrt zum Tauscher durch Gefälle bzw. über eine zu diesem führende Gefällstrecke zurück. Der Kasten kann auch als Dampfreservior betrachtet werden, wenn der Motor beispiels­ weise im Leerlauf dreht.

Bezüglich des mit elektrischer Energie betriebenen Heizele­ mentes 13 könnte es je nach Bedarf beispielsweise eine Leistungsaufnahme von 100 bis 200 Watt und eine Spannung von 12 bis 15 Volt haben. Dieses Heizelement hat zum Ziel, die Unzulänglichkeit des natürlichen Wärmeaustausches des Tauschers in Kontakt mit den ausströmenden Verbrennungsgasen weitgehend auszugleichen. Trotzdem stellt sein Verbrauch an elektrischer Leistung nur 10 bis 15 % des Nutzens dar, den er beiträgt. Man könnte noch den Wärmetauscher durch eine isotherme Hülle schützen, um seine Abkühlung bei Durchgang durch die umgebende Luft zu vermeiden bzw. zu verhindern.

Um einen maximalen Nutzen bzw. Vorteil aus der Regulierung des hygrometrischen Grades der Zutrittsluft oder des Luft- Brennstoffgemisches zu erzielen, bevor dieses in die Ver­ brennungskammer 1 gelangt, bei ihrem höchsten Wert, gerade vor dem Eingang in diese Kammer 1, ist es vorteilhaft, die Katalysator-Legierungscharge 12 derart zu wählen, daß die Oxide dieser Legierung eine Körnung bzw. Granulometrie von beispielsweise der Größenordnung von 1 bis 2 µ darstellen. Sie sind somit leicht transportierbar durch den Luftstrom, der in die Verbrennungskammer eintritt, und sie befinden sich somit im Herzstück der Katalyse, um einen neuen Typ von Brennstoff zu ergeben, nämlich naszierender Wasserstoff und ein vollkommener Brennstoff, nämlich Sauerstoff. Die An­ wesenheit bzw. das Vorhandensein dieses naszierenden Wasser­ stoffes verbessert unbestreitbar das Phänomen der Ver­ brennung im eigentlichen Sinn. Vorausgesetzt, daß bestimmte Legierungselemente einen derartigen Schmelzpunkt aufweisen, daß man sie an einem Verbrennungsort technisch nicht lagern kann, stapelt bzw. lagert man diese Legierung außerhalb des Motors und man benutzt nur die Oxide dieser Legierung, die, mit ähnlichen chemischen Eigenschaften, die erwarteten Resultate ergeben. Nachdem man die eintretende Luft maximal gesättigt hat, bringt man einen Teil des flüssigen Elementes (H₂O) in den Ort und Platz trockener Luft, die in diesem Moment (in der Verbrennungskammer) physikalisch als Gas, folglich als ein kompressibles Element, betrachtet wird. Man gewährleistet somit eine bessere Füllung der Verbrennungs­ kammern und verbessert das Verdichtungsverhältnis in den Zy­ lindern. Man stellt eine ganz besondere Entwicklung der Ver­ brennung fest. Man kann einen sehr beachtlichen Temperatur­ abfall am Niveau des Ausganges der Verbrennungskammer bei­ spielsweise eines mit Kraftstoff betriebenen Motors messen.

Tatsächlich ist die Verbrennung dank der Erfindung in der Zeit derart aktiviert, daß selbst bei hoher Drehzahl die gasförmige Masse vor Öffnung der Auslaßventile vollständig verbrannt und somit völlig in Energie umgewandelt ist. Dank der Zuführung von Sauerstoff und naszierendem Wasserstoff erlaubt die Erfindung, einen Kraftstoff minderer Qualität zu verwenden, beispielsweise einen Kraftstoff, der bleifrei ist oder eine niedrigere Oktanzahl aufweist.

Vorausgesetzt, daß die Verbrennung eines Kohlenwasserstoff­ gemisches schnell und vollständig ist, stellt man eine redu­ zierte Emission von unverbrannten und schädlichen Gasen fest, die normalerweise durch die Restwärme der Verbrennung hervorgerufen werden. Es ist noch festzustellen, daß die Er­ findung es zuläßt, die schlechten Luft-/Kraftstoffgemische zu korrigieren. Tatsächlich ist der Vergaser das Automobil­ teil, das in seinem Prinzip in den letzten Jahren am wenigsten weiterentwickelt worden ist, und das ein optimales Luft-/Kraftstoffgemisch im praktischen Straßenverkehr nur sehr selten erzielt, zum Beispiel 10 % der Betriebszeit (des Motors). Man stellt dann fest, daß der Motor mit 90 % seiner Lebensdauer, sei es mit sehr armem Gemisch, sei es mit sehr reichem Gemisch, dreht. Folglich ist der Ertrag von ge­ ringerem Wert, als er theoretisch sein könnte. Die Erfindung läßt es zu, diesen Nachteil bzw. Mangel zu beheben. Es ist wichtig, zu präzisieren, daß die Erfindung keine technische Modifikation auf dem Niveau des Motors verlangt, jedoch ihm die Möglichkeit gibt, den maximalen Profit aus seinem Kraft­ stoff zu ziehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nachfolgend eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Bezugsziffern 1, 2, 6, 12, 13, 15 und 16 bezeichnen jeweils, wie in Fig. 1, die Verbrennungskammer, den Zutrittssammler, das Wasser­ reservoir, die Legierungscharge, das Heizelement, den Temperaturmeßfühler und den Steuerkreis, der die Regulierung gemäß der Erfindung sicherstellt.

Das Gerät gemäß Fig. 3, das das gleiche Funktionsprinzip be­ achtet, wie die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform, kann sich in bestimmten Montagefällen bei bestimmten Motoren, beispielsweise bei einem Motor der "statischen" Art, d. h. bei Motoren für Boote, Lokomotiven, Kompressoren und der­ gleichen, als leichter und geeigneter erweisen.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 ist bekanntlich dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie den Effekt der kommunizierenden Röhren und einen gänzlich elektrisch betriebenen Dampferzeuger verwen­ det, beispielsweise von einer Leistungsaufnahme von 100 bis 200 Watt und einer den Bedürfnissen gerechten Spannung, deren elektrischer Verbrauch dennoch nur 10 bis 15 % des Nutzens darstellt, den die vorliegende Erfindung erbringt.

Das Gerät wird durch das Wasserreservoir 6 beliefert, das in bestimmten Fällen selbst permanent über einen (hier nicht dargestellten) Niveauschieber bzw. -ventil (Schwimmer) ge­ speist bzw. beliefert werden kann, wenn eine Wasserverfüg­ barkeit möglich wäre. Das Reservoir 6 beliefert einen Kessel bzw. Erhitzer 30 mit Wasser, in dem das Wasser kontinuier­ lich, wie im Reservoir 6, nach dem Gesetz der kommunizieren­ den Röhren auf gleichem Niveau gehalten wird. Das Wasser in dem Erhitzer wird dank des Heizelements 13 im Sieden gehal­ ten. Der in dem Erhitzer 30 erzeugte Dampf wird im Dampfbe­ hälter 31 gesammelt.

Wenn der Motor die Versorgungsluft oder das Luft-/Kraft­ stoffgemisch ansaugt, wird ein Luftstrom in dem Dampfbehäl­ ter 31 dank der Luftleitung 32 erzeugt, wodurch der Dampf über die Dampfleitung 33 zur Verbrennungskammer 1 hinge­ leitet wird. In dem Maße, wie der Dampf erzeugt wird, er­ laubt die Ansaugung eine schnellere Verdampfung, wodurch man eine Regulierung der Dampferzeugung erzielt. Im Falle des Bedarfes an leichterem Dampf sammelt sich dieser im Dampfbe­ hälter 31, kondensiert und fällt folglich wieder in den Kessel bzw. Erhitzer 30 zurück.

Wie zuvor ist der Meßfühler 15 im Falle eines Wassermangels im Kessel bzw. Erhitzer 30 geeignet, um mittels des Steuer­ schaltkreises 16 die elektrische Stromversorgung des Heiz­ elements 13 abzuschalten.

Das Ansaugen des Wasserdampfs wird durch natürliches Ansau­ gen der Verbrennungsluft mit Hilfe des Rohres 33 bewirkt, das an eine Stelle herangeführt ist, die natürlicherweise sehr nahe an der Verbrennungskammer 1 auf der Höhe des Ein­ trittes der Luft oder des Luft-/Kraftstoffgemisches liegt.

Es ist zu bemerken, daß die Katalysatorlegierung 12 auch in der Dampfleitung 33 angeordnet werden kann. Der durch Unter­ druck zwischen dem Dampfbehälter 31 und dem Eintritt des Motors etablierte Dampffluß dient in diesem Fall als idealer Vektor für die erzeugten Oxide aus der Legierungscharge 12.

Im Falle eines mit mehreren Vergasern ausgestatteten Motors teilt man zu gleichen Teilen den Ausstoß aus der Dampflei­ tung, um jeden der Vergaser oder der Luftleitungen auf die gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben, zu versorgen. Im Falle, wo der Motor ein durch Einspritzung versorgter Motor ist, soll der Dampf in die Luftversorgungsleitung des Motors geschickt werden. Wenn der Motor mit einem Turbokompressor ausgestattet wäre, müßte der Dampf vor dem Turbolader einge­ führt werden. Im Falle eines Brenners für Hausheizungen wird der Wasserdampf in die Verbrennungsluft derart eingeführt, daß ein Maximum an gestättigter und mit Oxiden geladener Luft für die Primärverbrennung des Brenners ausgestoßen wer­ den soll.

Wohlverstanden ist die vorliegende Erfindung keinesfalls auf die oben beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Tatsächlich sind diese nur zur Erläuterung ge­ geben. Die Erfindung umfaßt alle Varianten und analogen und äquivalenten Lösungen, die in den Umfang der angehängten An­ sprüche fallen.

Claims (18)

1. Verfahren zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs einer thermischen Maschine bzw. Wärmekraftmaschine mit Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, z. B. eines Motors mit innerer Verbrennung, und zur Verringerung der atmosphärischen Schadstoffe durch diese Maschine, gemäß welcher man Wasserdampf in einen Einlaßsammler ein­ führt, durch den die Versorgungsluft oder ein Gemisch aus Zuführluft und Kraftstoff hindurchgeht, um in eine Verbrennungskammer einzutreten, wobei die Luft oder das Gemisch ein Mittel enthält, das die Eigenschaft be­ sitzt, Wassser zu dissoziieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung des Wasserdampfes in den Einlaß­ sammler bzw. Einlaßkollektor (2) derart bewirkt wird, daß der hygrometrische Grad der Versorgungsluft sich bis zu einem Maximum vergrößert, und daß man diesen maximalen hygrometrischen Grad, der dem Sättigungszu­ stand der Luft im Wasserdampf entspricht, durch Regu­ lierung aufrechterhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrechterhaltung des Sättigungszustandes der Luft im Wasserdampf durch Ansaugen von Wasserdampf erfolgt, aus einer geeigneten Kapazitätsquelle, vorteilhafter­ weise an einer der Verbrennungskammer nächstgelegenen Stelle, unter der Wirkung des natürlichen Ansaugens der Verbrennungsluft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mittel zur Dissoziation von Wasser aus einer Legierung (12) gewonnen wird, die sich aus Eisen­ metallen oder Nichteisenmetallen aus seltenen Erden zu­ sammensetzt, die in einem feuchten Milieu oxidieren und deren Oxide die Eigenschaft haben, Wasser zu dissozi­ ieren, und daß diese Oxide vorteilhafterweise eine Körnung bzw. Granulometrie von der Größenordnung von 1 bis 2 µ aufweisen, um durch den Luftstrom oder den Wasserdampf leicht transportierbar zu sein.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Katalysatorlegierungscharge (12) im Zutritts­ sammler (2) oder der Wasserdampfleitung (33) an einer Stelle anordnet, die so nahe wie möglich am Eingang der Verbrennungskammer (1) liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß man als Katalysatorlegierung eine Legierung verwendet, die vorteilhafterweise aus Lanthaniden oder Aktiniden zusammengesetzt ist, die wenigstens 25 bis 30 % Lanthan enthalten.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß man den Wasserdampf durch Wiedergewinnung der verlorenen Energie, wie der thermi­ schen Energie der Auspuffgase und/oder mit Hilfe eines separaten Heizelements, beispielsweise eines elektrisch heizenden Elements (13), produziert.

7. Zuleitungsvorrichtung für Wasserdampf zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend ein Wasserreservoir und ein Herstellungsge­ rät für Wasserdampf, dazu bestimmt, in den Einlaßsamm­ ler der Maschine eingeführt zu werden, und erzeugt aus Wasser aus dem erwähnten Reservoir, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gerät Regulierungsmittel (15, 16) der Wassermenge im Erzeugungs- bzw. Herstellungsgerät (5, 30) für Wasserdampf umfaßt, um sicherzustellen, daß eine Dampfmenge permanent zur Aufrechterhaltung des er­ wähnten Sättigungszustandes der Versorgungsluft des Motors verfügbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierungsmittel (15, 16) im wesentlichen ein Organ (15) zur Kontrolle des Wasserniveaus im Er­ zeugungsgerät (5, 30) umfassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (15) im wesentlichen aus einem Tempera­ turmeßfühler, wie einem Thermistor bzw. Heißleiter bzw. temperaturabhängigen Widerstand gebildet ist, der im Inneren des Erzeugungsgerätes (5, 30) derart angeordnet ist, daß eine Absenkung des Wasserniveaus in diesem unterhalb eines Referenzniveaus durch den Temperatur­ meßfühler in Form einer Temperaturerhöhung erfaßt wird, und die Aussendung eines Signals zur Anzeige eines Wassermangels veranlaßt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Erzeugung von Wasser­ dampf durch einen Wärmetauscher (5) gebildet wird, der vorteilhafterweise an der heißesten Stelle des Ausganges der Verbrennungsgase angeordnet ist und gegebenenfalls ein vorteilhafterweise mit elektrischer Energie betriebenes Heizelement (13) für das im Tauscher enthaltene Wasser enthält, und daß zwischen dem Reservoir (6) und dem Tauscher (5) eine intermittierend betreibbare Pumpe (7) angeordnet ist, die durch die Regulierungsmittel (15, 16) steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regulierungsmittel einen elektroni­ schen Schaltkreis umfassen, der folgendes aufweist:

• a) einen Komparator (17) für das bei einem Referenz­ wert durch den Temperaturmeßfühler erzeugte An­ zeigesignal bei einem Wassermangel,
• b) einen logischen Schaltkreis (20, 21, 22), der die Ingangsetzung der Pumpe (15) nach einer bestimmten Zeitverzögerung sicherstellt, nach der Erzeugung des erwähnten Signals durch den Temperaturmeßfühler (15), und
• c) ein Mittel (24, 25), das zur Auslösung eines Alarms nach Ablauf dieser Zeitverzögerung vorgesehen wer­ den kann, wenn der Zustand des Wassermangels während dieser Zeitverzögerung nicht behoben wurde.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (10) im Dampfrohr (g) montiert ist, das den Wasserdampf vom Wärmetauscher (5) in den Zutrittssammler (2) überführt, wobei der Kondensator geeignet ist, die Kondensation des unge­ nügend heißen Dampfes und des in den Wärmetauscher (5) abfließenden Kondensats sicherzustellen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (26) im Auspuffgas­ sammler (3) montiert ist, der geeignet ist, das Konden­ sat zur Pumpe (7) zur Versorgung des Wärmetauschers (5) mit Wasser zurückzuschicken.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugungsgerät des Dampfes ge­ bildet ist aus einem Erhitzer (30), der vom Reservoir (6) nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren mit Wasser beliefert wird, und daß der im Erhitzer erzeugte Dampf in einem Dampfbehälter (31) gesammelt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4) Luftrohre (5) umfaßt, die zur Er­ zeugung eines Luftstroms im Dampfbehälter bestimmt sind, wenn der Motor Zutrittsluft oder ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff ansaugt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfbehälter (31) so gestaltet ist, daß im Falle eines reduzierten Dampfbedarfes sich dieser im Behälter ansammelt und dann nach Kondensation in den Erhitzer (30) zurückfällt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturmeßfühler (15) geeig­ net ist, die elektrische Stromversorgung des Heizele­ ments (13) im Falle des Wassermangels im Erhitzer (30) abzuschalten bzw. zu unterbrechen.

18. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Zuleitung von Wasserdampf in die Verbrennungskammern eines inneren Verbrennungsmotors, wie in vorstehender Be­ schreibung erläutert.