DE3901061A1

DE3901061A1 - Motor vehicle heating by means of petrol using a catalyst

Info

Publication number: DE3901061A1
Application number: DE3901061A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Ing Griesser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-16
Filing date: 1989-01-16
Publication date: 1990-07-19

Abstract

Engine-independent vehicle heating has hitherto usually been carried out by combustion of motor fuel in a flame. The high flame temperatures require complicated apparatus and the use of expensive materials. In addition, environmentally polluting oxides of nitrogen are formed in combustion in a flame. The reaction of motor fuel, in particular lead-free petrol, proceeds over the catalyst used at temperatures as low as 100@C. This gives no environmentally polluting oxides of nitrogen. The vehicle heater using the catalyst consists essentially of the reactor (1), the pipe coil (2) with circulating pump (8), the catalyst (31), the blower (4) and the fuel supply (5). <IMAGE>

Description

Kraftfahrzeuge sind meist mit einer Heizung ausgerüstet, die am Motorkühlsystem angeschlossen ist. Diese erbringt ihre volle Leistung nur im Fahrbetrieb des Fahrzeuges. Deshalb sind Kraftfahrzeuge oft kalt, wenn sie im Winter über Nacht oder tagsüber längere Zeit im Freien abgestellt werden. Weiterhin genügt bei größeren Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Omnibussen, die Wärme der Motorkühlflüssigkeit oft nicht für eine genügende Beheizung des Fahrgastraumes selbst im Fahrbetrieb.Motor vehicles are usually equipped with a heater that on Engine cooling system is connected. This brings its full Performance only when the vehicle is in operation. That is why Motor vehicles are often cold when they are overnight or in winter be parked outside for a long time during the day. Farther is sufficient for larger motor vehicles, especially for Buses, the heat of the engine coolant are often not for one sufficient heating of the passenger compartment even when driving.

Als Folge davon können die Scheiben vereisen, was die Verkehrssicherheit beeinträchtigt. Weiterhin wird durch den kalten Fahrgastraum der Fahrkomfort reduziert.As a result, the disks can freeze what the Traffic safety impaired. Furthermore, the cold passenger compartment reduces driving comfort.

Die Abnutzung von Verbrennungsmotoren ist beim Kaltstart am größten, weil das Schmieröl seine günstigen Eigenschaften erst bei höheren Temperaturen entwickelt.The wear of internal combustion engines is at the cold start biggest, because the lubricating oil has its favorable properties developed at higher temperatures.

Zur Vorwärmung von Kraftfahrzeugen vor dem Starten und zur Beheizung von größeren Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebes wurden deshalb motorunabhängige Heizungen entwickelt. Derartige Heizungen sind seit längerer Zeit allgemein bekannt. Die Wärmeerzeugung erfolgt in diesen Heizungen meist durch Verbrennen von Motortreibstoff. Um 1 kg Treibstoff zu verbrennen, werden etwa 10 m³ Luft benötigt. Das Verhältnis der Treibstoffmenge zur Luftmenge muß genau eingehalten werden, damit das Treibstoff- Luft-Gemisch zündfähig ist. Die Einhaltung dieses Verhältnisses erfordert bei Fahrzeugheizungen mit Verbrennung von Treibstoff einen großen apparativen Aufwand. Motor-independent heaters have therefore been developed for preheating motor vehicles before starting and for heating larger motor vehicles while driving. Such heaters have been well known for a long time. The heat is usually generated in these heaters by burning motor fuel. About 10 m ^{3 of} air are required to burn 1 kg of fuel. The ratio of the amount of fuel to the amount of air must be strictly observed so that the fuel-air mixture is ignitable. Maintaining this ratio requires a lot of equipment in vehicle heaters with combustion of fuel.

Bei den bekannten motorunabhängigen Heizungen ergeben sich bei der Verbrennung in einer Flamme Temperaturen von ca. 1200°C. Zur Beherrschung derart hoher Temperaturen müssen spezielle Werkstoffe eingesetzt werden, was den Aufwand beträchtlich erhöht.The known motor-independent heaters result in burning in a flame temperatures of approx. 1200 ° C. To Mastering such high temperatures must be special Materials are used, which makes the effort considerable elevated.

Das Abgas aus der Verbrennung von Treibstoff in einer Flamme enthält verschiedene für die Umwelt schädliche Bestandteile. Insbesondere entwickeltn sich bei der hohen Flammentemperatur verschiedene umweltschädliche Stickoxyde.The exhaust gas from the combustion of fuel in a flame contains various components that are harmful to the environment. In particular, develops at the high flame temperature various environmentally harmful nitrogen oxides.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kraftfahrzeuge ohne anderweitige Nachteile zu beheizen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.The invention is based, without motor vehicles to heat other disadvantages. This task is accomplished by the characteristic features of claims 1 and 3 solved.

Beim Verfahren gemäß Anspruch 1 wird ein Luft-Treibstoff-Gemisch über einen Katalysator geleitet. Der Treibstoff reagiert mit der Luft an der Oberfläche des Katalysators, wobei Wärme entsteht. Um die Reaktion starten zu können, muß der Katalysator auf eine gewisse Temperatur gebracht werden, was beispielsweise durch eine an der Fahrzeugbatterie angeschlossene elektrischen Heizung erfolgen kann. In unseren Versuchen haben wir gefunden, daß hierfür eine Temperatur von ca. 100°C bei dem verwendeten Katalysator ausreicht. Nach Beginn der Reaktion kann die Heizung abgestellt werden, da die Reaktion genügend Wärme liefert. Der Reaktor ist mit Rohrschlangen oder einem Kühlmantel versehen, durch die die Motorkühlflüssigkeit fließt. Die Motorkühl flüssigkeit erwärmt sich hierbei. Sie durchströmt anschließend die bestehende Fahrzeugheizung, wodurch das Fahrzeug erwärmt wird.In the method according to claim 1, an air-fuel mixture passed over a catalyst. The fuel reacts with the Air on the surface of the catalyst, where heat is generated. Around To be able to start the reaction, the catalyst must be on a certain temperature can be brought, for example by a electrical heating connected to the vehicle battery can be done. In our experiments we found that for this a temperature of approx. 100 ° C when used Catalyst is sufficient. After the start of the reaction, the heater can be turned off because the reaction provides enough heat. The Reactor is provided with coils or a cooling jacket, through which the engine coolant flows. The engine cooling liquid heats up. It then flows through the existing vehicle heater, which warms the vehicle becomes.

Wenn die erfindungsgemäße Fahrzeugheizung unabhängig von einer bestehenden Fahrzeugheizung betrieben werden soll, kann Luft durch die Rohrschlange oder den Kühlmantel des Reaktors geleitet werden. Die erwärmte Luft wird anschließend direkt in den Fahrgastraum geführt und erwärmt diesen.If the vehicle heater according to the invention independently of one existing vehicle heating can be operated, air through the coil or cooling jacket of the reactor be directed. The heated air is then directly in led and warmed the passenger compartment.

Die wesentlichen Vorteile der Reaktion am Katalysator im Vergleich zur Verbrennung in einer Flamme sind:The main advantages of the reaction on the catalyst in Compared to burning in a flame are:

Die Reaktion am Katalysator benötigt kein bestimmtes Verhältnis von Treibstoff zu Luft, während die Flamme nur bei bestimmten Verhältnissen zündet. Dies vereinfacht die Dosierung von Treibstoff und Luft in den Reaktor. Als Nachteil ist zu erwähnen, daß der Katalysator bleifreies Benzin benötigt, wie es auch für den Betrieb von Kraftfahrzeugen mit Abgaskatalysator erforderlich ist.The reaction on the catalyst does not require a specific ratio from fuel to air, while the flame only at certain Conditions ignites. This simplifies the dosing of Fuel and air in the reactor. As a disadvantage it should be mentioned that the catalyst needs unleaded gasoline, as it does for the operation of motor vehicles with catalytic converter required is.

Die Reaktionstemperatur am Katalysator liegt viel tiefer als die Flammentemperatur bei einer Verbrennung. Deshalb ist die Konstruktion und die Werkstoffwahl einer Fahrzeugheizung mit Katalysator erheblich einfacher als bei einer Flammenverbrennung.The reaction temperature on the catalyst is much lower than that Flame temperature during a combustion. That is why Construction and choice of materials for a vehicle heater Catalyst considerably easier than with a flame combustion.

Bei der Verbrennung in der Flamme entstehen umweltschädigende Stoffe. Vor allem bilden sich Stickoxyde aus dem Luftstickstoff. Da die Temperatur am Katalysator erheblich tiefer liegt, ist die Menge der entstehenden Stickoxyde erheblich geringer.When burned in the flame, environmentally harmful substances are created Fabrics. Above all, nitrogen oxides are formed from the atmospheric nitrogen. Since the temperature at the catalyst is considerably lower, the The amount of nitrogen oxides produced is considerably lower.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtIn the following, embodiments of the invention are described with reference to the Drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Schaltschema für die Einbindung der erfindungsgemäßen Fahrzeugheizung in eine bestehende Fahrzeugheizung, Fig. 1 is a circuit diagram for the integration of the vehicle heating system according to the invention into an existing vehicle heating,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Fahrzeugheizung, Fig. 2 is a longitudinal section through the vehicle heating system,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform. Fig. 3 shows a longitudinal section through another embodiment.

In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 mit dem Kühlsystem 11 und dem Kühlerventilator 12 schematisch dargestellt. Die bestehende Fahrzeugheizung 13 mit Gebläse 14 ist in bekannter Weise durch eine Vorlaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung 16 am Motorkühlsystem angeschlossen. Das im Motor erwärmte Kühlmedium zirkuliert durch die bestehende Fahrzeugheizung 13. Es ist ersichtlich, daß damit das Fahrzeug nur während des Fahrbetriebes beheizt werden kann, da nur dann eine vom Motor induzierte Zirkulation herrscht.In Fig. 1, an internal combustion engine 10 to the cooling system 11 and the condenser fan 12 is shown schematically. The existing vehicle heater 13 with blower 14 is connected in a known manner to the engine cooling system by a feed line 15 and a return line 16 . The coolant heated in the engine circulates through the existing vehicle heater 13 . It can be seen that the vehicle can only be heated while the vehicle is in motion, since only then is there a circulation induced by the engine.

Zur vorteilhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Rückschlagventil 9 in der bestehenden Heizungsvorlaufleitung 15 eingebaut und eine Pumpe 8 an der Heizungsrücklaufleitung 16 angeschlossen. Die Inbetriebnahme erfolgt durch Starten von Pumpe 8, Gebläse 4 und Treibstoffzufuhr 5. Am Katalysator 3 erfolgt die wärmeabgebende Reaktion, wodurch das Kühlmedium im Raum 2 erwärmt wird. Die Wärmeabgabe an den Fahrgastraum erfolgt über die bestehende Fahrzeugheizung 13. Damit kann das Fahrzeug sowohl im Stillstand als auch im Fahrbetrieb beheizt werden.To carry out the method according to the invention advantageously, a check valve 9 is installed in the existing heating flow line 15 and a pump 8 is connected to the heating return line 16 . Commissioning takes place by starting the pump 8 , blower 4 and fuel supply 5 . The heat-emitting reaction takes place on the catalyst 3 , as a result of which the cooling medium in room 2 is heated. The heat is transferred to the passenger compartment via the existing vehicle heater 13 . This means that the vehicle can be heated both when the vehicle is stationary and when it is in motion.

Das Rückschlagventil 9 wird mit einem Feststellhebel ausgerüstet. Wenn - beispielsweise im Sommer - die Vorwärmung des Fahrgastraumes nicht benötigt wird, wird das Rückschlagventil 9 mittels des Feststellhebels in Offenstellung blockiert. Wenn jetzt die erfindungsgemäße Fahrzeugheizung gestartet wird, zirkuliert das erwärmte Kühlmedium durch den Motor und erwärmt diesen. Beim anschließenden Start des Motors ist die Schmieröltemperatur schon so hoch, daß befriedigende Schmiereigenschaften vorhanden sind. Dadurch wird die Kaltstartphase des Motors eliminiert und die Abnutzung des Motors wird wesentlich reduziert.The check valve 9 is equipped with a locking lever. If - for example in summer - the preheating of the passenger compartment is not required, the check valve 9 is blocked in the open position by means of the locking lever. If the vehicle heater according to the invention is now started, the heated cooling medium circulates through the engine and heats it up. When the engine is then started, the lubricating oil temperature is already so high that satisfactory lubricating properties are available. This eliminates the cold start phase of the engine and significantly reduces engine wear.

Die Fahrgastraumbeheizung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch gänzlich unabhängig von einer bestehenden Fahrzeugheizung möglich. Hierzu wird die erfindungsgemäße Fahrzeugheizung nicht am Motorkühlsystem angeschlossen und die Pumpe 8 wird durch ein Gebläse ersetzt. Durch die Kühlmediumräume 2 zirkuliert nicht die Motorkühlflüssigkeit sondern von außen vom Gebläse 8 angesaugte Luft. Nach Erwärmung im Reaktor wird die erwärmte Luft direkt in den Fahrgastraum eingeführt und erwärmt diesen. Bei diesem Verfahren kann nur der Fahrgastraum erwärmt werden, die Motorvorwärmung ist nicht möglich.The passenger compartment heating according to the method according to the invention is also possible completely independently of an existing vehicle heating. For this purpose, the vehicle heater according to the invention is not connected to the engine cooling system and the pump 8 is replaced by a blower. The engine coolant does not circulate through the cooling medium spaces 2, but air drawn in from the outside by the blower 8 . After heating in the reactor, the heated air is introduced directly into the passenger compartment and heats it up. With this method, only the passenger compartment can be heated, engine preheating is not possible.

Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine mögliche Ausführungsform der Erfindung. Der Reaktor 1 ist ein Rohr mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Im Innern des Reaktors ist ein Rohr 2 mit mehreren Windungen angeordnet. Dieses dient der Führung des Kühlmediums. Das Kühlmedium wird durch die Pumpe 8 durch das Rohr 2 und weiter zur bestehenden Fahrzeugheizung zirkuliert. Das Rohr 2 kann zur Verbesserung des Wärmeüberganges mit Außenrippen versehen sein. Ein Teil 30 des Katalysators ist luftströmungsseitig vor dem Rohr 2 angeordnet. In diesem Teil 30 befindet sich eine an der Fahrzeugbatterie angeschlossene elektrische Heizung 7 zur anfänglichen Erwärmung des Katalysators auf ca. 100°C. Der übrige Teil des Katalysators ist um das Rohr 2 angeordnet. Ein Teil des Rohres 2, luftströmungsseitig nach dem Katalysator gelegen, bleibt von Katalysator frei. Dieser Teil des Rohres 2 dient der Kühlung des Reaktionsgases auf die gewünschte Austrittstemperatur. Die Luft wird vom Gebläse 4 aus der Umgebung angesaugt und in den Reaktor 1 geführt. Ein Teilstrom der Luft wird durch eine Mischdüse 6 geführt, wo sie den erforderlichen Treibstoff 5 ansaugt und in den Reaktor einbringt. Das Treibstoff-Luft-Gemisch durchströmt den Reaktor, wo auf dem Katalysator die wärmeabgebende Reaktion stattfindet. Das Reaktionsgas wird aus dem Reaktor in die Umgebung zurückgeführt. Fig. 2 shows a longitudinal section through a possible embodiment of the invention. The reactor 1 is a tube with a circular or rectangular cross section. A tube 2 with a plurality of turns is arranged in the interior of the reactor. This is used to guide the cooling medium. The cooling medium is circulated by the pump 8 through the pipe 2 and on to the existing vehicle heating system. The tube 2 can be provided with outer ribs to improve the heat transfer. A part 30 of the catalyst is arranged in front of the pipe 2 on the air flow side. In this part 30 there is an electrical heater 7 connected to the vehicle battery for initially heating the catalytic converter to approximately 100 ° C. The remaining part of the catalyst is arranged around the tube 2 . Part of the pipe 2 , located downstream of the catalytic converter on the air flow side, remains free of catalytic converter. This part of the tube 2 is used to cool the reaction gas to the desired outlet temperature. The air is sucked in by the blower 4 from the environment and led into the reactor 1 . A partial flow of the air is passed through a mixing nozzle 6 , where it sucks in the required fuel 5 and introduces it into the reactor. The fuel-air mixture flows through the reactor, where the heat-emitting reaction takes place on the catalyst. The reaction gas is returned from the reactor to the environment.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung. Der Reaktor 1 ist ein Rohr mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Der Kühlmantel 2 ist außen am Reaktor 1 angeordnet. Der Kühlmantel 2 dient der Führung des Kühlmediums. Das Kühlmedium wird durch die Pumpe 8 durch den Kühlmantel 2 und weiter zur bestehenden Fahrzeugheizung zirkuliert. Der Reaktor 1 kann zur Verbesserung des Wärmeüberganges mit Innenrippen versehen sein. Der Katalysator 31, 32 ist im Innern des Reaktors 1 angeordnet. Die Luft wird vom Gebläse 4 aus der Umgebung angesaugt und in den Reaktor 1 geführt. Ein Teilstrom der Luft wird durch Mischdüsen 61, 62 geführt, wo sie den erforderlichen Treibstoff 5 ansaugt und in den Reaktor einbringt. Dieser Teilstrom der Luft wird durch eine an der Fahrzeugbatterie angeschlossene elektrische Heizung 7 auf ca. 100°C erwärmt zum anfänglichen Starten der Reaktion am Katalysator 31. Das Treibstoff-Luft-Gemisch durchströmt den Reaktor, wo auf dem Katalysator die wärmeabgebende Reaktion stattfindet. Das Reaktionsgas wird aus dem Reaktor in die Umgebung zurückgeführt. Fig. 3 shows a longitudinal section through another embodiment of the invention. The reactor 1 is a tube with a circular or rectangular cross section. The cooling jacket 2 is arranged on the outside of the reactor 1 . The cooling jacket 2 is used to guide the cooling medium. The cooling medium is circulated by the pump 8 through the cooling jacket 2 and on to the existing vehicle heating system. The reactor 1 can be provided with internal fins to improve the heat transfer. The catalyst 31, 32 is arranged inside the reactor 1 . The air is sucked in by the blower 4 from the environment and led into the reactor 1 . A partial flow of the air is passed through mixing nozzles 61, 62 , where it sucks in the required fuel 5 and introduces it into the reactor. This partial flow of air is heated to approximately 100 ° C. by an electrical heater 7 connected to the vehicle battery in order to initially start the reaction on the catalyst 31 . The fuel-air mixture flows through the reactor, where the heat-emitting reaction takes place on the catalyst. The reaction gas is returned from the reactor to the environment.

Claims

1. A method for heating motor vehicles by means of the vehicle fuel, characterized in that the amount of fuel required for heating is mixed with air and passed over a catalyst, the heat-producing reaction of the fuel taking place with the air.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Unleaded fuel and free of other catalyst poisons Gasoline is.

3. Arrangement for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that a catalyst ( 3 ) is arranged in a reactor ( 1 ) with cooling medium space ( 2 ) that the air is sucked in by a fan ( 4 ) from the environment and is introduced into the reactor ( 1 ), and that the fuel ( 5 ) is introduced into the reactor ( 1 ).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that part of the catalyst ( 30 ) is provided with an electric heater ( 7 ).

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that part of the air is heated by an electric heater ( 7 ).