DE4014902A1

DE4014902A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von kraftstoffen fuer verbrennungsmaschinen oder feuerungsanlagen

Info

Publication number: DE4014902A1
Application number: DE19904014902
Authority: DE
Inventors: Horst Duempert; Gerhard Haeckner; Robert Majoni; Sebastian Schwarzenbacher; Reinhold Wenzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1991-11-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Kraftstoffen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Derartige Verfahren sind seit langem bekannt. Um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren oder um schädliche Emissionen zu verringern hat man in verschiedener Weise versucht, auf den Kraftstoff einzuwirken. Bekannt sind insbesondere vielfache Versuche, den Kraftstoff mit den verschiedensten Methoden vorzuwärmen. Unter bestimmten Bedingungen werden dabei in bestimmten Grenzen verbesserte Verbrennungsbedingungen erzielt. Diesen Verfahren ist es jedoch gemeinsam, daß auf verschiedene Kraftstoffdurchflußmengen keine Rücksicht genommen werden kann, so daß ein im Durchschnitt niedriger Wirkungsgrad erzielt wird.

Die DE 30 50 645 A1 (WO 82/01 918) offenbart ein Verfahren zur Magnetisierung des Kraftstoffes durch ein parallel zur Bewegung des Kraftstoffes liegendes Magnetfeld, welches durch einen ringförmigen Dauermagneten erzeugt wird. Dieses Verfahren verringert den Brennstoffverbrauch und die Emission giftiger Komponenten mit den Abgasen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß kein beständig hoher Wirkungsgrad erzielt wird, da die Durchflußmenge, bzw. -masse des Kraftstoffes nicht berücksichtigt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit denen sowohl der Kraftstoffverbrauch, als auch die Schwebstoff- und gasförmigen Emissionen spürbar weiter reduziert werden, wobei keine Modifikationen des Verbrennungssystems erforderlich sind und das Verfahren kostengünstig durchgeführt werden kann. Darüber hinaus sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung dazu geschaffen werden, die bei unterschiedlichen Durchflußmengen oder -massen einen gleich hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs, bzw. des unabhängigen Nebenanspruchs, genannten Merkmalen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen umfaßt.

Überraschend hat sich gezeigt, daß eine Anreicherung des Kraftstoffes mit Luft, ein anschließendes Zuführen des angereicherten Kraftstoffes in ein Hochfrequenzfeld und ein schließlicher Entzug der überschüssigen Luft, bevor der Kraftstoff in das Gemischaufbereitungssystem, Brennraum oder dergleichen geführt wird, sowohl den Kraftstoffverbrauch, als auch die Schwebstoff- und gasförmigen Emissionen deutlich verringert. Darüber hinaus kann dieses Verfahren kostengünstig durchgeführt werden und erfordert keine weitreichenden Modifikationen am Verbrennungssystem.

Das Hochfrequenzfeld wird von einem Elektrodenpaar gebildet, dessen Anode mit einer Spannung von im Kilovoltbereich beaufschlagt wird und wobei die Frequenz im Hochfrequenzbereich liegt.

Es hat sich gezeigt, daß der Einsatz mehrerer Elektrodenpaare den Wirkungsgrad des Verfahrens, bzw. der Vorrichtung, noch erhöht.

Ein noch höherer Wirkungsgrad bei der Lösung der genannten Aufgabe wird dadurch erzielt, daß nach dem Hochfrequenzfeld noch ein Magnetfeld angeordnet wird.

Das Magnetfeld kann entweder durch reine Permanentmagneten, als auch durch spulenumwickelte Sonderlegierungen (unter Verwendung von Lanthanoiden) erzeugt werden. Die Elektromagneten werden mit einer Spannung von bis zu 12 V beaufschlagt.

Die Luftzufuhr erfolgt durch ein Ventil, welches "Fehlluft" ansaugt und z. B. durch einen frequenzgesteuerten Schrittmotor geöffnet, bzw. geschlossen wird.

Ein Steuergerät, das mit dem z. B. Schrittmotor, den Elektroden und ggf. dem Elektromageten verbunden ist, regelt sowohl die Luftzufuhr, als auch die Spannung und Frequenz des Hochfrequenzfeldes, sowie ggf. die Spannung, mit der der Elektromagnet beaufschlagt wird, in Abhängigkeit von der Durchflußmenge oder -masse des Kraftstoffes. Diese Durchflußmenge oder -masse wird durch einen Meßgeber am Kraftstoffeinlauf vor dem Ventil ermittelt. Der Meßgeber kann die Durchflußmenge oder -masse induktiv oder opto elektronisch messen und gibt ein Frequenzsignal ab, das über eine Funktion die tatsächliche Menge pro Zeiteinheit anzeigt.

Eine weitere derartige Meßgeber kann vorteilhafterweise auch nach dem Luftabscheider, in dem die überschüssige Luft entfernt wird, angeordnet sein, um dem Steuergerät Vergleichswerte bezüglich des Kraftstoffauslaufs zu geben.

Um Luftpolster zu vermeiden, die zu Verpuffungen im Hochfrequenzfeld führen könnten, kann nach dem Kraftstoffeinlauf und vor dem ersten Meßgeber ein Rückschlagventil, vorteilhafterweise ein Diodenventil, angeordnet sein.

Versuchsergebnisse mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung haben erwiesen, daß bei Abgasen von Dieselmotoren eine Reduktion der Kohlenwasserstoffkomponenten stattfindet. Dies läßt auf eine vollständigere Verbrennung im Zylinder schließen. Die Benz-a-pyren-Gehalte eines Dieselmotors konnten im Versuch um bis zu 60% gesenkt werden. Bei Testfahrten mit einem Motor, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen war, konnte eine deutliche Kraftstoffverbrauchsreduzierung festgestellt werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die auf Kohle adsorbierten Kohlenwasserstoffe (es wurden Kohleröhrchen zu Messungszwecken im Abgasstrom angebracht) um bis zu 80% reduziert werden konnten.

Im folgenden werden das Verfahren und die Vorrichtung anhand einer schematischen Zeichnung beispielhaft näher beschrieben.

Der Kraftstoff gelangt durch einen Einlaß 1 in die erfindungsgemäße Vorrichtung, durchfließt diese durch die Leitung 3 und tritt durch einen Auslaß 2 zum Gemischaufbereitungssystem, Brennraum oder dergleichen aus.

Nach dem Einlaß 1 ist ein Rückschlagventil 4, vorzugsweise ein Diodenventil, angeordnet, um Luftpolster zu vermeiden. Auf das Rückschlagventil 4 folgt ein erster Meßgeber 5 zur Bestimmung der Durchflussmenge oder -masse auf induktivem oder opto elektronischem Weg.

An der Leitung 3 ist danach ein Ventil 6 mit einem Schrittmotor angeordnet, durch das Zuluft angesaugt werden kann.

Der Kraftstoff tritt dann in eine Elektrodenkammer 7. Dort wird durch eine Anode 9 und eine Kathode 8 ein Hochfrequenzfeld aufgebaut. Die Spannung an der Anode beträgt bis zu 20 kV, die Frequenz dieser Wechselspannung zwischen 25 und 30 MHz. Es kommt zu einer Funkenstrecke zwischen den Elektroden 8, 9. Die Elektroden 8, 9 sind gegenüber der Elektrodenkammer 7 durch Isolationen 10, 11 isoliert. Die Anode ist z. B. mit Silber oder Platin beschichtet und hat einen Durchmesser von 4 mm, während die Kathode konvex ausgebildet ist und einen Durchmesser von 18 mm aufweist. Der Abstand der Elektroden beträgt 4 mm.

Im Anschluß an die Elektrodenkammer 7 ist eine Magnetkammer 12 angeordnet. In dieser Magnetkammer 12 ist ein Elektromagnet 13 angeordnet, durch den ein homogenes Magnetfeld aufgebaut wird, welches vom Kraftstoff in Nord-Süd-Richtung durchflossen wird.

Auf die Magnetkammer 12 folgt ein Luftabscheider 14 zur Entfernung der überschüssigen, d. h. ungebundenen Luft.

Vor dem Auslaß 2 ist noch ein zweiter Meßgeber 15 nach der Art des ersten Meßgebers 5 angeordnet.

Die Vorrichtung wird durch ein Steuergerät 16 geregelt. Das Steuergerät 16 empfängt Signale entsprechend der Durchflußmenge oder -masse vom ersten Meßgeber 5. Entsprechend der Durchflußmenge oder -masse werden dann der Schrittmotor des Ventils 6, sowie die Spannung und die Frequenz des Hochfrequenzfeldes in der Elektrodenkammer, als auch die Spannung, mit der der Elektromagnet gesteuert wird geregelt. Mit erhöhter Durchflußmenge oder -masse wird mehr Luft zugeführt und die Spannungen, sowie die Frequenz erhöht. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Luftmenge, die angesaugt wird, größer/gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist.

Das Steuergerät 16 ist über Leitungen 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 oder dergleichen mit den einzelnen Elementen verbunden.

Die Durchflußquerschnitte in der Vorrichtung sollen nicht unter 35 mm² liegen. Für das Gehäuse der Vorrichtung, sowie die einzelnen Bauteile ist Kupfer äußerst vorteilhaft. Geeignet sind darüber hinaus austenitische Materialien wie Keramiken oder Kunststoffe. Diese sind vorzugsweise innen mit Kupfer zu beschichten.

Es ist außerdem vorteilhaft, darauf zu achten, daß in der Vorrichtung laminare Strömungsverhältnisse weitgehend aufrechterhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen, wobei der Kraftstoff vor der Zuführung in dem Gemischaufbereitungssystem, Brennraum oder dergleichen thermischen, elektrischen und/oder magnetischen Einflüssen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftstoff mit Luft angereichert wird,
daß der mit Luft angereicherte Kraftstoff einem Hochfrequenzfeld ausgesetzt wird,
und daß die überschüssige Luft wieder entzogen wird.

2. Verfahren zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff im Anschluß an das Hochfrequenzfeld durch ein Magnetfeld geführt wird.

3. Verfahren zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßgeber die Durchflußmenge oder -masse des Kraftstoffes vor der Luftzufuhr mißt und mindestens ein Steuergerät die Spannung und die Frequenz des Hochfrequenzfeldes, sowie die Luftzufuhr in Abhängigkeit von der Durchflußmenge oder -masse des Kraftstoffes regelt.

4. Verfahren zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenzfeld von mindestens einem Elektrodenpaar gebildet wird, wobei die Anode mit einer Spannung im Kilovoltbereich beaufschlagt wird und die Frequenz im Hochfrequenzbereich liegt.

5. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen, mit einem Einlaß für die Kraftstoffzufuhr, Mitteln zur thermischen, elektrischen und/oder magnetischen Behandlung des Kraftstoffs, sowie einem Auslaß für den Kraftstoff zum Gemischaufbereitungssystem, Brennraum oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Einlaß ein Ventil (6) zur Zuführung von Luft in den Kraftstoff angeordnet ist,
daß nach dem Ventil (6) eine Elektrodenkammer (7) zur Anlegung eines Hochfrequenzfeldes angeordnet ist
und daß nach der Elektrodenkammer (7) ein Luftabscheider (14) zum Abscheiden der überschüssigen Luft aus dem Kraftstoff angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Elektrodenkammer (7) und dem Auslaß (2) eine Magnetkammer (12) zum Aufbau eines Magnetfeldes angeordnet ist.

7. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaß (1) und dem Ventil (6) ein erster Meßgeber (5) zur Messung der Durchflußmenge oder -masse angeordnet ist.

8. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auslaß (2) ein zweiter Meßgeber (15) zur Messung der Durchflußmenge oder -masse angeordnet ist.

9. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Meßgeber (5) mit mindestens einem Steuergerät (16) verbunden ist
und daß das mindestens eine Steuergerät (16) in Abhängigkeit von der Durchflußmenge oder -masse die Luftzufuhr durch das Ventil (6) und die Spannung und Frequenz des Hochfrequenzfeldes regelt.

10. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Meßgeber (15) mit dem mindestens einen Steuergerät (16) verbunden ist,
und daß der mindestens eine Steuergerät (16) die von der zweiten Meßvorrichtung (15) abgegebenen Signale als Kontrollwerte zur Steuerung der Luftzufuhr, sowie der Spannung und Frequenz des Hochfrequenzfeldes verwendet.

11. Vorrichtung zur Aufbereitung von Kraftstoffen für Verbrennungsmaschinen oder Feuerungsanlagen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einlaß (1) ein Rückschlagventil (4) angeordnet ist.