-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben
einer Verbrennungsvorrichtung, und bezieht sich mehr im einzelnen
aber nicht ausschließlich
auf einen Verbrennungsmotor beispielsweise für ein Fahrzeug. Ein solcher
Motor weist typischerweise zumindest eine Brennkammer mit einer
Einlaßöffnung für primäre Verbrennungsluft auf,
ein Mittel zum Einleiten von primärem Brennstoff in die Brennkammer
zur Verbrennung mit der Primärluft,
einer Auslaßöffnung für Verbrennungsprodukte, und
ein Abgassystem zum Abführen
der Verbrennungsprodukte an die Atmosphäre. Bei dem primären Brennstoff
kann es sich im Petroleum, Diesel, verflüssigtes Erdgas oder um einen
anderen geeigneten Brennstoff oder eine Mischung von derartigen Brennstoffen
handeln.
-
Die
Entwicklung von Verbrennungsmotoren hatte tendenziell den Schwerpunkt,
die Leistungsabgabe der Motoren zu maximieren, einen wirtschaftlichen
Einsatz des verwendeten Brennstoffs zu gewährleisten, und schädliche Emissionen
zu reduzieren.
-
Insbesondere
im Fall der Realisierung einer Reduktion von schädlichen Emissionen hat sich
die Entwicklung tendenziell auf die Verbesserung der Verbrennung
innerhalb des Motors konzentriert, beispielsweise durch die Entwicklung
von Brennstoffeinspritzsystemen, die für eine verbesserte Mischung von
Brennstoff und Luft in den Brennkammern des Motors sorgen, und weiterhin
auf die Reinigung von Verbrennungsprodukten, beispielsweise indem
die Verbrennungsprodukte durch katalytische Wandler hindurchgeschickt
wurden.
-
Die
Bereitstellung von katalytischen Wandlern ist problematisch, da
solche Vorrichtungen dazu neigen, ihren maximalen Wirkungsgrad erst
dann zu erreichen, wenn sie sehr heiß sind, so daß beispielsweise
während
kurzer Fahrten, bei denen der Motor seine optimale Betriebstemperatur
nicht erreicht, solche katalytische Wandler im wesentlichen keine günstige Wirkung
erzielen. Außerdem
sind solche Wandler teuer und erfordern einen häufigen Austausch, da sie leicht
verschmutzt werden.
-
In
der früheren
Patentanmeldung EP-A-0 744 006 ist eine Vorrichtung zum Verbessern
der Verbrennung vorgeschlagen worden, indem in die Brennkammer des
Motors ein verdampfter sekundärer,
auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff mit hohem Heizwert
eingeleitet wird, der erhalten wird, indem ein Mineralöl erhitzt
wird. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad, mit dem der primäre Brennstoff
in dem Motor verbrannt wird, gesteigert, und dies hat die Wirkung,
daß die
Erzeugung von schädlichen
Abgasemissionen reduziert wird.
-
In
der früheren
Patentanmeldung EP-A-041 831 ist eine Abgassaugvorrichtung beschrieben,
die dazu bestimmt ist, die Einleitung von relativ sauberer Luft
in einen Abgasverteiler des Motors zu ermöglichen, um eine effektivere
Ableitung des Abgases zu unterstützen
und um zu veranlassen, daß eingesaugte
Luft in eine Brennkammer des Motors durch einen Abgasanschluß davon
eingezogen wird, anstelle von Abgasen, während zyklischer Druckveränderungen, die
bei dem normalen Betrieb des Motors auftreten.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Betreiben einer Verbrennungsvorrichtung bereitgestellt, die zumindest
eine Brennkammer mit einer Einlaßöffnung für primäre Verbrennungsluft aufweist,
ein Mittel zum Einleiten von primärem Brennstoff in die Brennkammer
zur Verbrennung mit der Primärluft,
einer Abgasöffnung
für Verbrennungsprodukte
und einem Abgassystem zum Abführen
der Verbrennungsprodukte an die Atmosphäre, wobei das Verfahren umfaßt, in das Abgassystem
Sekundärluft
einzuleiten, mechanisch auf die Sekundärluft und auf Verbrennungsprodukte in
dem Abgassystem in Anwesenheit eines Katalysators einzuwirken, um
einen reformierten Brennstoff zu erzeugen, Einleiten des reformierten
Brennstoffs in die Brennkammer zur Verbrennung mit primärem Brennstoff
und Primärluft.
-
Bevorzugt
ist vorgesehen, daß der
reformierte Brennstoff in die Brennkammer über die Abgasöffnung eingeleitet
wird, d. h. nach seiner Erzeugung, aber es ist beabsichtigt, daß der reformierte
Brennstoff gesammelt und gespeichert werden kann, zur späteren Verwendung,
und mit dem primären
Brennstoff in die Brennkammer eingeleitet werden kann.
-
Es
ist herausgefunden worden, daß durch Verwendung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads der Verbrennung
erreicht werden kann, was zu wesentlich saubereren Abgasemissionen
und zu einer wesentlichen Verbesserung der Leistungsabgabe führt. Auch
ist es so, daß obwohl
im Zusammenhang mit früheren
Vorschlägen
für beispielsweise
verbesserte Motorauslegungen es notwendig gewesen ist, einen Kompromiß zu finden
zwischen der Brennstoffnutzung und der Leistungsabgabe, ist bei
Verwendung der vorliegenden Erfindung ein solcher Kompromiß nicht
notwendig.
-
Wenn
die Erfindung bei einem Motor zum Einsatz kommt, kann daß Verfahren
umfassen, daß die
Sekundärluft
in das Abgassystem über
eine Abgassaugvorrichtung eingeleitet wird, beispielsweise ähnlich wie
die, die in der EP-A-0 041 831 beschrieben ist, die Luft in das
Abgassystem einsaugt, während
Bedingungen mit niedrigem Druck oder teilweisem Vakuum, die während des
Zyklus von Druckwechseln auftreten, der in dem Abgassystem bei einem
normalen Betrieb des Motors stattfindet. Während in der EP-A-0 041 831
die primäre
Funktion des Sauggeräts
darin besteht, Unterdruckschwingungen zu dämpfen, die in dem Abgassystem
auftreten, um die Wirksamkeit der Abgabe von Abgas zu verbessern,
ist allerdings bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
die Abgassaugvorrichtung so abgestimmt, daß sie Luft in das Abgassystem
einsaugt und mechanisch auf die Sekundärluft und auf die Verbrennungsprodukte
mit Hilfe von Druckimpulsen einwirkt, auf eine Weise, um die Erzeugung
von reformiertem Brennstoff zu optimieren.
-
Typischerweise
weist ein Sauggerät,
das sich für
den Zweck gemäß dem Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung eignet, ein Ventil mit einem federvorgespannten
Ventilteil auf, wobei die Kraft der Feder so wirkt, daß sie das
Ventilelement im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz drückt, um
das Ventil zu schließen,
und wobei die Kraft der Feder überwunden
wird, wenn ein ausreichend niedriger Druck in dem Abgassystem entwickelt
wird, um zu ermöglichen,
daß die
Sekundärluft
durch das Ventil eingezogen wird. Eine Abstimmung eines solchen
Sauggeräts
für die
Ausführung
der Erfindung kann mit sich bringen, daß der Federdruck eingestellt
wird, so daß das
Ventil auf einen gewünschten
niedrigen Druck oder ein teilweises Vakuum zu einem geeigneten Zeitpunkt
während
des Motorzyklus anspricht, und in einer Weise, um starke Druckimpulse
in dem Abgassystem zu erzeugen, die geeignet sind, um mechanisch
auf die Verbrennungsprodukte und die Sekundärluft einzuwirken, die sich
in dem Abgassystem befinden, um den reformierten Brennstoff zu erzeugen.
-
Es
sei darauf verwiesen, daß in
dem Fall eines Motors, der eine einzelne Brennkammer aufweist, die
Feder so eingestellt werden kann, um das Ventil zu öffnen und
um zu ermöglichen,
daß die
Sekundärluft
in das Abgassystem eingesaugt wird, zu Beginn des Einlaßhubs des
Kolbens, wenn ein niedriger Druck in dem Abgassystem entwickelt
wird, als Ergebnis davon, daß sich
der (einzige) Kolben in der Brennkammer bewegt, um Luft durch eine
Lufteinlaßöffnung in
diese einzuleiten, bevor die Auslaßöffnung durch ein Abgasauslaßventil
oder den Kolben vollständig
verschlossen wird. Bei einem Motor mit mehreren Brennkammern, bei
dem jeder Kolben sich in einer unterschiedlichen Hubposition befindet,
kann das Ventil auf einen niedrigen Druck ansprechen, der in dem
Abgassystem entwickelt wird, wenn einer oder alle Kolben sich in
unterschiedlichen Hubpositionen befinden.
-
Es
sei darauf verwiesen, daß eine
Bezugnahme in dieser Beschreibung auf Primärluft, die in die oder jede
Brennkammer eingeleitet wird, auch Luft umfaßt, die in die oder jede Brennkammer
beispielsweise durch einen Turbolader oder andere Mittel zum Einleiten
von Primärluft
eingeleitet wird.
-
Das
Sauggerät
kann so abgestimmt sein, daß es
aus der Sekundärluft
und den Verbrennungsprodukten, die typischerweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe
Stickstoffoxidgase, die üblicherweise als
NOx bekannt sind, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasser, üblicherweise
in Form von Dampf, enthalten, reformierten Brennstoff erzeugt, wird,
der Methanol und/oder Wasserstoffgas enthält, von denen jedes in zufriedenstellender
Weise einen zusätzlichen
Brennstoff bildet. Man hat herausgefunden, daß durch Betreiben eines Motors
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Menge von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, NOx und
Kohlenmonoxid in den Abgasen, die letztendlich aus dem Abgassystem
in die Atmosphäre
emittiert werden, erheblich reduziert wird, und daß die Menge
an Kohlendioxid, das erzeugt wird, wesentlich reduziert wird.
-
Bevorzugt
ist vorgesehen, daß der
Katalysator aus Materialien besteht, aus denen das Sauggerät zumindest
teilweise hergestellt ist, beispielsweise aus Kupfer, aber wenn
zweckmäßig kann
in der Nähe des
Sauggeräts
Cer angeordnet werden, das sich besonders gut zur Verbesserung der
Erzeugung von sekundärem
Brennstoff eignet.
-
Wenn
es sich bei der Vorrichtung um einen Motor handelt, kann der reformierte
Brennstoff in die oder jede Brennkammer des Motors eingeleitet werden,
als Ergebnis davon, daß ein
partielles Vakuum an der Auslaßöffnung am
Ende eines Auslaßhubs
eines Kolbens des Motors erzeugt wird, wenn der Kolben seinen nächsten Einlaßhub beginnt,
bevor die Auslaßöffnung durch
ein Abgasauslaßventil
oder dem Kolben vollständig
verschlossen wird.
-
Auf
diese Weise verbrennt der reformierte Brennstoff in der Brennkammer
gleichzeitig mit der Primärluft
und dem primären
Brennstoff, der während der
nächsten
Einlaßphase
in den Motor eingeleitet oder eingedüst wird.
-
In
Fällen,
in denen die Verbrennungsvorrichtung eine Anzahl von Brennkammern
aufweist, die jeweils mit einer Abgasöffnung versehen sind, können die
Abgasöffnungen
jeweils in einem Abgassammler münden,
wo das Sauggerät
oder ein sonstiges Mittel zum Einleiten von Sekundärluft in
das Abgassystem angeordnet sein kann.
-
Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann umfassen, daß reformierter
Brennstoff, der dadurch erhalten worden ist, daß mechanisch auf eingesaugte
Sekundärluft
und auf Verbrennungsprodukte in dem Abgassystem eingewirkt wird,
in einen Einlaßverteiler
eingeleitet wird, von wo aus die Luft in die Brennkammer zur Verbrennung
mit dem primären Brennstoff
eingeleitet wird.
-
Dies
kann dadurch erreicht werden, daß reformierter Brennstoff,
der in die Brennkammer über die
Auslaßöffnung eingeleitet
worden ist, während die
Auslaßöffnung und
die Einlaßöffnungen
beide nicht vollständig
geschlossen sind, aus der Brennkammer heraus in den Einlaßverteiler
strömen
gelassen wird, zur Mischung mit der Luft oder der Mischung von Luft
und Brennstoff in dem Einlaßverteiler,
zur anschließenden
Einleitung in die Brennkammer zusammen mit Primärluft und eingeleitetem oder eingedüstem primären Brennstoff.
-
Zusätzlich dazu,
daß die
Vorrichtung in Übereinstimmung
mit dem primären
Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er vorstehend beschrieben
worden ist, betrieben wird, kann das Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung zusätzlich
umfassen, daß in die
Brennkammer der Vorrichtung ein verdampfter sekundärer, auf
Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff mit hohem Heizwert eingeleitet
wird, der dadurch erhalten wird, daß ein Mineralöl erhitzt
wird, beispielsweise unter Verwendung einer Vorrichtung, die Gegenstand
der EP-A-0 744 006 ist.
-
Ein
typisches Mineralöl
kann beispielsweise dem britischen Standard 245 entsprechen. Das
Mineralöl
kann elektrisch und/oder durch Wärmetausch mit
heißen
Abgasen erhitzt werden, die durch den Motor erzeugt werden. Es ist
herausgefunden worden, daß dadurch,
daß in
den Motor oder eine sonstige Verbrennungsvorrichtung ein verdampfter,
sekundärer,
auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff mit hohem Heizwert
eingeleitet wird, der mit dem primären Brennstoff und der Primärluft zu
verbrennen ist, der Motor bei einer niedrigeren Temperatur betrieben
werden kann als dies sonst der Fall wäre, und daß als Ergebnis davon insbesondere
die Menge von während
der Verbrennung erzeugtem NOx minimiert wird.
-
Bei
der Verbrennungsvorrichtung kann es sich um einen Verbrennungsmotor
handeln, beispielsweise um einen Motor, bei dem die Verbrennung
des Brennstoffs in der Brennkammer durch einen Funken eingeleitet
wird, oder um einen Motor mit Dieselzyklus, bei dem die Verbrennung
durch Wärme eingeleitet
wird, die durch die Kompression von Gasen in der Brennkammer erzeugt
wird, oder um einen funkenunterstützten Dieselmotor.
-
Im
Falle eines Motors mit Funkenzündung kann
der primäre
Brennstoff in die Brennkammer zusammen mit dem verdampften sekundären, auf
Kohlenwasserstoff basierenden Brennstoff mit hohem Heizwert eingeleitet
und/oder eingedüst
werden, obwohl dann, wenn der primäre Brennstoff durch Eindüsung eingeleitet
wird, der verdampfte sekundäre,
auf Kohlenwasserstoff basierende Brennstoff mit hohem Heizwert zusammen
mit der eingesaugten Luft zugeführt
werden kann.
-
In
jedem Falle ist herausgefunden worden, daß die Ausführung der vorliegenden Erfindung
die Leistungsabgabe des Motors verbessert, die Ausnutzung des verwendeten
Brennstoffs verbessert, und schädliche
Emissionen reduziert.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Anpassen einer Verbrennungsvorrichtung mit zumindest einer Brennkammer
zum Betrieb gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, wobei das Verfahren
die Schritte umfaßt,
die Verbrennungsvorrichtung mit einem Mittel zum Einleiten von Sekundärluft in
das Abgassystem zu versehen, ein Mittel bereitzustellen, um mechanisch
auf die Sekundärluft
und auf Verbrennungsprodukte in dem Abgassystem in Anwesenheit eines
Katalysators einzuwirken, um einen reformierten Brennstoff zu erzeugen,
und ein Mittel zum Einleiten des sekundären Brennstoffs in die Brennkammer
der Vorrichtung über
die Abgasöffnung
zur Verbrennung mit primärem
Brennstoff und Primärluft.
-
Auf
diese Weise eignet sich die Erfindung problemlos zum Nachrüsten eines
Motors, wohingegen herkömmliche
katalytische Wandler beispielsweise vorgesehen werden, um Abgasemissionen
zu reinigen, und als Originalausstattung beispielsweise von einem
Fahrzeughersteller zur Verfügung
gestellt werden müssen,
um zu gewährleisten,
daß ein
ausreichender Platz vorhanden ist, um den Wandler unterzubringen
und um sicherzustellen, daß der
Wandler und der Motor zufriederstellend zusammenarbeiten. Allerdings
kann ein Fahrzeug während
der Herstellung je nach Wunsch angepaßt werden, um die vorliegende
Erfindung auszuführen.
-
Wenn
der Motor, der angepaßt
werden soll, um die Erfindung auszuführen, bereits mit einem katalytischen
Wandler versehen ist, kann es sein, daß in Abhängigkeit von der verwendeten
Motorsteuerung Maßnahmen
ergriffen werden müssen,
um einen zufriedenstellenden Betrieb des Motors zu gewährleisten.
Beispielsweise dann, wenn es sich bei der Motorsteuerung um eine
sogenannte offene Schleife handelt, d. h. wobei ein Motormanagementsystem
des Fahrzeugs im wesentlichen unabhängig von der Leistung des katalytischen
Wandlers betrieben wird, kann das Verfahren nach dem zweiten Aspekt
der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, ohne daß irgendwelche
zusätzlichen
Maßnahmen
erforderlich sind. Wenn es sich allerdings bei der Motorsteuerung
um eine sogenannte geschlossene Schleife handelt, bei der ein Input
in das Motormanagementsytem von einem Sensor bereitgestellt wird,
der dem katalytischem Wandler zugeordnet ist, kann es sein, daß das Verfahren
umfaßt,
daß der Sensor
des katalytischen Wandlers deaktiviert wird oder daß das Motormanagementsystem
neu programmiert wird, so daß die
Ausführung
des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
die Ausführung
des Motormanagementsystems nicht negativ beeinflußt.
-
Es
sei darauf verwiesen, daß katalytische Wandler
am besten dann arbeiten, wenn eine brennstoffreiche Mischung von
Luft und Brennstoff in dem Motor verbrannt wird. Mit einem Motormanagementsystem
mit einer sogenannten geschlossenen Schleife erfaßt der Sensor,
der dem katalytischen Wandler zugeordnet ist, die Menge an unverbranntem
Brennstoff und Kohlenmonoxid in den Verbrennungsprodukten, und das
Motormanagementsystem stellt den Brennstoffreichtum der Mischung
aus primärem
Brennstoff und Luft für
eine optimale Leistung des katalytischen Wandlers ein. Da beim Einsatz
der vorliegenden Erfindung unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid
dazu verwendet werden, um den reformierten Brennstoff zu erzeugen,
würde ein
nicht modifiziertes Motormanagementsystem in geschlossener Schleife
in unzweckmäßiger Weise auf
den Sensor ansprechen und den Brennstoffreichtum der Mischung aus
primärem
Brennstoff und Luft vergrößern.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Motors zeigt, der gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
-
2 eine
erläuternde,
teilweise auseinandergezogene seitliche Schnittansicht eines Abgas-Sauggeräts zur Verwendung
bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
3 eine
erläuternde
seitliche Schnittansicht einer Vorrichtung für sekundären Brennstoff zur Verwendung
bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 weist ein Motor 10 zumindest
eine Brennkammer 11 auf. In diesem Beispiel ist der Motor 10 vom
hin- und hergehenden Typ, wobei es sich bei der Brennkammer 11 um einen
Zylinder handelt, in dem ein Kolben 12 hin- und hergeht.
Die Erfindung ist allerdings auf andere Bauart von Verbrennungsmotoren
anwendbar, wie beispielsweise auf Rotationskolbenmaschinen.
-
Jede
Brennkammer 11 weist eine Einlaßöffnung 15 auf, durch
die in diesem Beispiel primäre Verbrennungsluft
eingeleitet wird, entweder durch einfache Zuführung aufgrund der Bewegung
des Kolbens 12, oder mit Unterstützung durch einen Turbolader,
sowie eine Abgasauslaßöffnung 16.
Sowohl die Einlaßöffnung 15 als
auch die Auslaßöffnung 16 wird
in diesem Beispiel geöffnet
und geschlossen durch die Betätigung
von jeweiligen Ventilen 17, 18, die typischerweise
so gesteuert werden, daß sie
in Übereinstimmung
mit dem Motorzyklusöffnen
und schließen,
bspw. durch Betätigungsstangen,
die von einer Nockenwelle angetrieben sind.
-
In
diesem Beispiel ist der Motor ein Dieselmotor, bei dem der primäre Brennstoff
für die
Verbrennung in den Motor durch einen Injektor 19 eingedüst wird
und als Ergebnis der Wärme,
die erzeugt wird, wenn Luft in dem Zylinder zusammengedrückt wird,
gezündet
wird. In einem anderen Beispiel kann die Zündung des primären Brennstoffs
mit Unterstützung
durch einen Funken erzielt werden, und insb. im Falle eines funkengezündeten Benzinmotors
kann der primäre
Brennstoff zusammen mit der Primärluft in
die Brennkammer 11 eingeleitet werden.
-
Die
Primärluft
kann in die Brennkammer von einem Einlaßverteiler 20 aus
eingeleitet werden. Wenn der Motor 10 eine Mehrzahl von
Brennkammern 11 aufweist, können natürlich die Einlaßöffnungen 15 von
jeder einzelnen mit dem Einlaßverteiler 20 verbunden
werden. Luft wird an den Einlaßverteiler 20 ausgehend
von einem Lufteinlaß 21 zugeführt, über Luftfilter
usw., wie es im Stand der Technik bekannt ist, und/oder die Luft
kann über
einen Turbolader oder ähnliches
zugeführt
werden.
-
Die
oder jede Abgasauslaßöffnung 16 ist
mit einem Abgassammler 23 eines Abgassystems 24 verbunden.
Wiederum können
im Falle eines Motors mit einer Mehrzahl von Brennkammern 11 die
Auslaßöffnungen 16 für jede einzelne
Brennkammer 11 mit dem Abgassammler 23 verbunden
sein. Die Abgase gehen, möglicherweise über einen
katalytischen Sammler 25, ausgehend von dem Abgassammler
zur Atmosphäre.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Mittel vorgesehen, um Sekundärluft in das Abgassystem 24 einzuleiten,
wobei es sich im vorliegenden Fall hierbei um ein Sauggerät 26 handelt,
welches mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf 2 noch
beschrieben wird, wobei das Sauggerät 26 auch dazu bestimmt
ist, dafür
zu sorgen, daß in
dem Abgassystem 24 auf die Abgase und die eingeleitete Sekundärluft mechanisch
eingewirkt wird, so daß die Abgase
und die Sekundärluft
einen reformierten Brennstoff bilden. Der reformierte Brennstoff
wird dann zurück
in die Brennkammer 11 eingeleitet, die nachfolgend noch
erläutert
wird, und wird anschließend
in der Brennkammer 11 zusammen mit primärem Brennstoff verbrannt.
-
Es
sei darauf verwiesen, daß unmittelbar nachdem
der Kolben 12 einen Auslaßhub in der Brennkammer 11 ausgeführt hat,
d. h. sich nach oben bewegt, wie in den Zeichnungen dargestellt
ist, während
die Abgasauslaßöffnung 16 offen
ist, und sich der Kolben 12 erneut nach unten bewegt, um
zu ermöglichen,
daß zumindest
Primärluft
in die Brennkammer 11 eingeleitet wird, während die
Einlaßöffnung 15 offen
ist, eine kurze, aber endliche Zeitspanne vorhanden ist, in der
sowohl die Einlaßöffnung 15 als
auch die Auslaßöffnung 16 gleichzeitig
offen sind. Während
dieser Zeitspanne ist ein reduzierter Druck oder ein teilweises
Vakuum an der Auslaßöffnung 16 vorhanden,
und als Folge davon werden Gase aus dem Abgassystem 24 in
die Brennkammer 11 eingesaugt, zusammen mit der Primärluft, von
der Einlaßöffnung 15.
Auf diese Weise wird, wenn die Abgase einen reformierten Brennstoff
enthalten, der reformierte Brennstoff in die Brennkammer 11 eingeleitet.
-
Darüber hinaus
kann eine sehr geringe Menge des reformierten Brennstoffs durch
die Brennkammer 11 hindurch zu der Einlaßöffnung 15 strömen, und
obwohl die Strömung
vorwiegend in einer entgegengesetzten Richtung verläuft, kann
eine sehr geringe Menge des reformierten Brennstoffs zu dem Einlaßverteiler 20 zur
Mischung mit Primärluft
strömen.
Auf diese Weise kann die Primärluft,
die anschließend
in die Brennkammer eingeleitet wird, einen sehr geringen Anteil
an reformiertem Brennstoff enthalten.
-
Darüber hinaus
ist in 1 eine Vorrichtung 30 dargestellt, mit
der ein sekundärer,
verdampfter Brennstoff mit hohem Heizwert in den Einlaßverteiler 20 eingeleitet
werden kann, zur Zuführung
zusammen mit der Primärluft
in die Brennkammer.
-
Nunmehr
sei auf 2 Bezug genommen, in der ein
Sauggerät 26 dargestellt,
das sich dazu eignet, zu ermöglichen,
daß Sekundärluft in
das Abgassystem 24 eingeleitet wird. Das Sauggerät 26 ist
so abgestimmt, daß die
Produktion von reformiertem Brennstoff aus der Sekundärluft und
den Verbrennungsprodukten maximiert wird.
-
Das
Sauggerät 26 weist
eine Leitung 32 auf, die an einem Ende 33, d.
h. an ihrem unteren Ende, das in 2 dargestellt
ist, mit einem mit Außengewinde
versehenen Ansatz versehen sein kann, um zu ermöglichen, daß das Sauggerät 6 in
zweckmäßiger Weise
an dem Abgassammler 23 befestigt werden kann, wobei allerdings
der Sammler 23 und das Sauggerät 26 auch in anderer
Weise eingerichtet sein können,
um miteinander verbunden zu werden.
-
Die
Leitung ist vorzugsweise aus einem katalytischen Material wie etwa
Kupfer hergestellt, welches die Herstellung von reformiertem Brennstoff
begünstigt,
und wenn gewünscht,
kann Cer oder ein anderes Material von höherem Wert, aber mit größerer katalytischer
Wirksamkeit, in dem Abgassystem 24 vorhanden sein, um die
Produktion des reformierten Brennstoffs weiter zu begünstigen.
-
An
dem gegenüberliegenden
Ende 34 der Leitung 32, d. h. an ihrem oberen
Ende, wie in 2 dargestellt, ist ein Ventil 35 angeordnet.
Das Ventil 35 weist einen Ventilsitz 36 auf, der
in einem Gehäuse 37 untergebracht
ist, welches in diesem Beispiel die Form einer glockenförmigen Kappe
aufweist. Ein Ventilteil, bei dem es sich in diesem Fall um eine
Kugel 40 handelt, wird durch eine Feder 41 in
Zusammenwirken mit dem Ventilsitz gedrückt, der so geformt ist, um
die Kugel 40 aufzunehmen, wobei normalerweise das Ventil
geschlossen ist und Luft daran gehindert wird, durch das Ventil 35 in
das Rohr bzw. die Leitung 32 zu strömen. Die Feder 41 ist
allerdings schwach, und in dem Fall, daß ein niedriger Druck oder
ein teilweises Vakuum innerhalb des Rohrs 32 auftritt,
wird die Kraft der Feder 41 überwunden, und die Kugel 40 wird
von dem Ventilsitz 36 abgehoben, so daß Luft durch das Ventil 35 eingesaugt
werden kann, und somit in das Rohr 32 und in das Abgassystem 24.
-
Das
Sauggerät 26 kann
so eingestellt sein, daß die
Erzeugung von reformiertem Brennstoff maximiert ist, indem der Druck
der Feder 41 so eingestellt wird, daß sich das Ventil 35 öffnet, um
die Einströmung
von Sekundärluft
zu geeigneten Zeitpunkten in dem Motorzyklus zu maximieren. Darüber hinaus
ist die Konstruktion der Feder 41 und des Ventils 35 im
allgemeinen dahingehend angepaßt,
daß die Sekundärluft in
Form von intensiven Impulsen eingeleitet wird, wobei sich das Ventil
scharf bzw. schlagartig öffnet
und schließt.
Die auf diese Weise erzeugten Impulse wirken mechanisch auf die
Verbrennungsprodukte und die Sekundärluft in dem Abgassystem 24 in
der Anwesenheit des katalytischen Materials ein, um einen reformierten
Brennstoff zu erzeugen, typischerweise Wasserstoffgas und Methanol,
die wie vorstehend beschrieben in die Brennkammer 11 eingeleitet
werden.
-
Andere
Konstruktionen des Sauggeräts 26 sind
ohne Zweifel möglich.
Beispielsweise kann in der Konstruktion des Ventils 36 ein
anderes als ein kugelförmig
gestaltetes Ventilteil 40 vorhanden sein, wie etwa ein
scheibenförmiges
Ventilteil, wobei dann der Ventilsitz 36 in geeigneter
Weise konfiguriert ist, so daß das
Sauggerät 26 darauf
abgestimmt ist, die Produktion von reformiertem Brennstoff zu maximieren.
In 1 ist das Rohr 32 gebogen dargestellt, wogegen
das Rohr 32 in 2 gerade dargestellt ist. Das
Rohr 32 kann so gebogen werden, wie es zweckmäßig ist,
damit es in einem Aufnahmeraum für
den Motor eines Fahrzeugs paßt.
-
In
einer praktischen Ausführungsform
weist das Rohr typischerweise eine Länge von etwa 30 cm auf, und
typischerweise weist das Ventil 35 eine Länge von
etwa 5 cm auf. Der Durchmesser des Rohrs 32 ist typischerweise
etwa 0,79 cm.
-
Die
Arbeitsweise des Sauggeräts 16 ist
unter spezieller Bezugnahme auf einen Motor 10 mit einer einzelnen
Brennkammer 11 beschrieben worden, bei dem der niedrige
Druck oder das teilweise Vakuum, der bzw. das notwendig ist, um
das Ventil 35 dazu zu veranlassen, zu öffnen, um zu ermöglichen,
daß Sekundärluft in
das Abgassystem eingesaugt wird, dann auftritt, wenn sich der Kolben 12 an
oder im wesentlichen an dem oberen Punkt seines Hubs befindet, wobei
die Einlaßöffnung 15 und
die Auslaßöffnung 16 offen
sind. Es sei darauf verwiesen, daß bei einem Motor 10 mit
mehreren Brennkammern 11, bei dem sich sämtliche
Kolben 12 an unterschiedlichen Positionen in ihrem jeweiligen
Zyklus zu einer beliebigen Zeit befinden, das Ventil 35 des
Sauggeräts 26 so
angeordnet sein kann, um einen Ausgleich für den Motor 10 zu
schaffen, daß es
sich zu einem Zeitpunkt öffnet,
der möglicherweise
nicht mit dem Zeitpunkt übereinstimmt,
zu dem sich der Kolben 12 von irgendeiner Brennkammer 11 am
oberen Punkt seines Hubs befindet, während die Einlaßöffnung 15 und
die Auslaßöffnung 16 offen
sind. Bei einem Motor 10 mit mehreren Brennkammern 11 neigt
der Druck in dem Abgassystem 24 dazu, sich gemäß eines
komplexen Musters zu ändern.
Dennoch kann das Ventil 35 des Sauggeräts 26 so eingerichtet
sein, daß es
sich gegen die Kraft der Feder 41 öffnet, wenn ein eingestellter
niedriger Druck bzw. ein partielles Vakuum in dem Abgassystem 24 auftritt.
Auf diese Weise kann die Sekundärluft
bzw. der reformierte Brennstoff während einer Verweilzeit in
dem Abgassystem 24 vorhanden sein, aber in die Brennkammern 11 eingeleitet
werden, sobald sich ein entsprechender Kolben 12 als nächstes an
dem oberen Punkt seines Hubs befindet, während die Einlaßöffnung 15 und
die Auslaßöffnung 16 offen
sind. Auf diese Weise kann der niedrige Druck oder das partielle
Vakuum, der bzw. das für
die Einleitung von Sekundärluft
in das Abgassystem 24 notwendig sind, nicht unbedingt mit
dem niedrigen Druck oder dem partiellen Vakuum zusammenfallen, der
bzw. das lokal bei den Abgasauslaßöffnungen 16 der Brennkammern 11 auftritt
und notwendig ist, damit der reformierte Brennstoff in die Brennkammern 11 einleitet
wird.
-
Nunmehr
sei auf 3 Bezug genommen, in der ein
Beispiel für
eine Vorrichtung 30 dargestellt ist, mit der ein sekundärer, verdampfter,
auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff mit hohem Heizwert in
die Brennkammer 11 oder Kammer eingeleitet werden kann,
zusammen mit Primärluft
zur Verbrennung.
-
Die
Vorrichtung 30 weist einen Behälter 50 auf, in dem
sich ein flüssiger,
auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff befindet, der dem britischen Standard 245 entspricht.
-
Der
Behälter 50 kann über eine
Einfüllkappe 51 mit
einem flüssigen
Brennstoff gefüllt
werden und ein Tauchstab 52 kann vorhanden sein, so daß der Stand
des flüssigen
Brennstoffs innerhalb des Behälters
schnell bestimmt werden kann.
-
In
dem Behälter 50 befindet
sich ein längliches,
sich nach innen erstreckendes Beheizungselement 55, das über einen
mit Gewinde versehenen Ansatz 56 angebracht ist. Der Ansatz 56 befindet
sich in abgedichtetem Gewindeeingriff mit dem Behälter 50,
oder zumindest mit einer Bodenwand 57 davon in diesem Beispiel,
und stellt ferner eine Befestigung 55 für eine Unterbaugruppe 59 bereit.
Die Unterbaugruppe 59 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 60,
in dem ein schraubenförmig
gewundenes Rohr 61 angeordnet ist, das durch das Gehäuse 60 an
einem Ende 62 davon in einen Bereich 65 oberhalb
des Niveaus des flüssigen
Brennstoffs in den Behälter 50 mündet, und
das an einem unteren Ende 64 durch das Gehäuse 60 unterhalb
des Niveaus des flüssigen Brennstoffs
mündet.
-
Wenn
das elektrische Element 55 aktiviert wird, indem ein elektrischer
Strom durch dieses geleitet wird, wird flüssiger Brennstoff in dem gebundenen Rohr 61 erwärmt und
verdampft. Der verdampfte Brennstoff geht in den Bereich 65 oberhalb
des Niveaus des flüssigen
Brennstoffs, und von dort durch einen Auslaß 66 zu dem Einlaßverteiler 20 des
Motors 10. Auf diese Weise geht der verdampfte Brennstoff
zusammen mit der Primärluft
in die Brennkammer 11.
-
Um
das gewundene Rohr 66 in dem Gehäuse 60 ist eine Isolierung 63 angeordnet,
so daß nur der
flüssige
Brennstoff, der sich in dem gewundenen Rohr 61 befindet,
erhitzt wird. Darüber
hinaus, da das gewundene Rohr 61 notwendigerweise einen
kleinen Durchmesser aufweist und somit die Möglichkeit einer Verstopfung
besteht, ist die Unterbaugruppe 59 von dem Behälter 50 abnehmbar,
indem sie von der Befestigung 58 abgeschraubt wird. Um
die Unterbaugruppe 59 in Bezug auf den Behälter abzudichten, kann
die Unterbaugruppe im Gebrauch auch über eine zweite Befestigung 68 in
Gewindeeingriff mit dem Behälter
stehen, und sie kann ein Mittel wie beispielsweise einen mit einer
Ränderierung
versehenen Ring 70 aufweisen, um das Einsetzen und das Herausnehmen
der Unterbaugruppe in den oder aus dem Behälter 50 zu erleichtern.
-
Bei
einer anderen Konstruktion der Vorrichtung 50 für sekundären Brennstoff
kann anstelle einer elektrischen Beheizung 50 oder zusätzlich dazu ein
Mittel vorgesehen sein, um zu ermöglichen, daß der flüssige Brennstoff bis zur Verdampfung
erhitzt wird, durch eine andere Wärmequelle wie beispielsweise
durch heiße
Abgase, die durch den Motor 10 erzeugt werden.
-
Es
sei darauf verwiesen, daß ein
vorhandener Motor 10 angepaßt werden kann, um die Erfindung
auszuführen,
indem ein Sauggerät 26,
das zur Erzeugung von reformiertem Brennstoff abgestimmt ist, in
dem Abgassammler 23 vorgesehen wird, und wenn zweckmäßig durch
Anordnen einer Vorrichtung zum Bereitstellen von sekundärem Brennstoff
wie etwa die Vorrichtung 50, die beschrieben worden ist, um
gemeinsam damit zu arbeiten.
-
Wenn
das Abgassystem 24 einen katalytischen Wandler 25 aufweist,
kann es sein, daß zusätzliche
Maßnahmen
ergriffen werden müssen,
in Abhängigkeit
davon, ob es sich hierbei um ein passives oder um ein aktives Gerät handelt,
wenn ein Motor zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung angepaßt werden soll.
-
Beispielsweise
dann, wenn der katalytische Wandler 25 einen Sensor 80 aufweist,
der ein Eingangssignal für
ein Motormanagementsystem 81 bereitstellt, das die Konzentration
von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in dem Abgasen
anzeigt, antwortet das Motormanagementsystem herkömmlicherweise
dadurch, daß der
Brennstoffreichtum der Mischung aus primärem Brennstoff und Luft auf
ein Niveau eingestellt wird, an dem der katalytische Wandler 25 am
effizientesten arbeiten kann. Wenn die Erfindung ausgeführt wird
und das Niveau an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid
in den Abgasen durch das Verfahren reduziert wird, ist es nötig, den
Sensor 80 zu deaktivieren und/oder das Motormanagementsystem 81 neu
zu programmieren, damit sichergestellt ist, daß der Brennstoffreichtum der
Mischung aus primärem Brennstoff
und Luft nicht in unzweckmäßiger Weise vergrößert wird.
-
Bei
einem Motor, bei dem beispielsweise die Vorrichtung 50 für sekundären Brennstoff
lediglich in Intervallen betätigt
wird, kann der Sensor 80 verwendet werden oder es kann
ein anderer Sensor bereitgestellt werden, um ein Eingangssignal
für das
Motormanagementsystem 81 zu liefern, ansprechend auf spezielle
Motorzustände,
die auftreten, um die Vorrichtung 50 für sekundären Brennstoff dazu zu veranlassen,
zu arbeiten oder nicht zu arbeiten, beispielsweise dadurch, daß das elektrische
Beheizungselement 55 oder ein anderes Beheizungsmittel ein-
oder ausgeschaltet wird.
-
Zahlreiche
Modifikationen können
an der beschriebenen Vorrichtung vorgenommen werden, um zu ermöglichen,
daß die
Verfahrensweisen nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden
können.
-
Beispielsweise
kann in dem beschriebenen Beispiel der reformierte sekundäre Brennstoff
in die Brennkammer über
die Auslaßöffnung eingeleitet werden,
zur Verbrennung mit dem primären
Brennstoff. Insbesondere dann, wenn ein Überschuß an reformiertem Brennstoff
erzeugt wird, kann dieser gesammelt und gespeichert werden, und
kann später
in die Brennkammer eingeleitet werden, d. h. zusammen mit dem primären Brennstoff
statt über
die Abgasöffnung.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht ausschließlich anwendbar auf Verbrennungsmotoren oder
Motoren mit innerer Verbrennung, sondern kann auch auf andere Verbrennungsvorrichtungen
angewendet werden, wie etwa auf Wasserkessel oder Öfen, die
eine Brennkammer, aufweisen vorzugsweise mit einer Abgasöffnung,
durch die reformierter Brennstoff eingeleitet werden kann.