WO1987005363A1 - Dispositif de clivage thermique de carburants liquides pour moteurs a combustion interne et son procede d'exploitation - Google Patents

Dispositif de clivage thermique de carburants liquides pour moteurs a combustion interne et son procede d'exploitation Download PDF

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WO1987005363A1
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Lukas Siencnik
Lothar Reh
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METZ HOLGER
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to the operation of internal combustion engines with paraffinic and / or aromatic hydrocarbons and / or alcohols obtained from low-octane, lead-free, desulfurized lead gases by thermal cracking. It also relates to a method for operating such a device. With a cleavage treatment of the type mentioned, even highly compressed gasoline engines with low-octane fuels can be operated with low pollutant emissions.
  • the low temperature in the catalytic stage only leads to an incomplete conversion of the hydrocarbons into short-chain gaseous compounds. This means that longer chain, higher-boiling hydrocarbons are simply evaporated and not cracked and can lead to faults by condensation on the way into the combustion chamber of the engine.
  • the range of application of the device is limited to low-boiling fuels, and even for these it is not ensured that the proportions of short-lived carbon and nitrogenous materials necessary for environmentally friendly gas engine operation can be achieved.
  • the object of the present invention is to create
  • the cleavage reactor is, according to the invention, a blind pipe running eta centrally in the exhaust pipe, the closed end of which has the inlet valve, and fuel, water and air are supplied to the reactor as reaction participants through supply means in such a way that they enter the reactor near the end of the reactor with a speed component towards this end.
  • the fuel suddenly reaches the hottest point of the reactor and is suddenly evaporated and split at high turbulence 0; likewise the here
  • the cleavage according to the invention permits the setting of fission gas qualities which in turn enable the operation of a spark-operated engine with high compression ratios. Compression ratios of up to 15 are possible. These compression ratios go far beyond the usual gasoline engines and reach or exceed the values considered optimal for diesel engines. Even higher compression ratios are not excluded with certain cracked gas compositions.
  • the high compression ratios possible with the cracked gases obtained according to the invention are particularly interesting in combination with a "lean mode" of the engine, in which the engine with a large excess of air of? greater than 1, 3 must be operated at higher compression ratios in order to achieve low pollutant emissions. Higher CmHn
  • Hydrocarbon concentrations due to the so-called quench effect can be prevented due to the use of the cracked gas in this mode of operation, since long-chain hydrocarbons were converted into the combustion chamber before they entered.
  • the split operation according to the invention can also be advantageous in combination with a reducing mode of operation of the engine for reducing pollutant emissions if only a substoichiometric amount of combustion air, based on the fuel supplied, is fed to the engine through the intake line.
  • This low-oxygen combustion mixture burns incompletely in the engine when there is a lack of oxygen.
  • the NO formation is favorably influenced by the oxygen partial pressure in terms of low emissions.
  • Remaining residual levels of CO, H_ and short-chain hydrocarbons are caused by post-combustion afterburned by means of secondary air fed into the engine exhaust gases upstream from the cracking reactor, increasing the temperature to about 900 ° C., these hot exhaust gases being used for the cracking process in the cracking reactor 21.
  • environmentally friendly operation with low efficiency losses is made possible by using essential parts of the heat content of the exhaust gases of the internal combustion engine.
  • the device according to the invention is relatively simple in construction and easily adjustable to different fuels.
  • the gas composition of the combustion mixture to the engine can be specified easily and reliably, operation with a defined air ratio being possible, which can be both in the oxidizing and in the reducing range.
  • the exhaust gas heat of the internal combustion engine is largely used for the splitting process. There is neither a risk of catalyst poisoning nor the risk of soot opening. Despite high compression ratios, the operation remains knock-free.
  • a particularly important advantage is that, in addition to the downstream, sensitive catalysts NO reduction the reliable limitation of emissions of pollutants such as benzo (a) pyrene, odoriferous substances, aldehydes, phenols and other aromatic hydrocarbons that are not yet legally regulated is achieved and a consistently low exhaust gas emission is achieved over the entire operating period of the engine .
  • pollutants such as benzo (a) pyrene, odoriferous substances, aldehydes, phenols and other aromatic hydrocarbons that are not yet legally regulated is achieved and a consistently low exhaust gas emission is achieved over the entire operating period of the engine .
  • Claim 6 aims at the above-mentioned reducing operation of the engine, in which a particularly low NO emission is achieved.
  • a desired excess pressure can be set in the cracking reactor, so that the cracking gas enters the intake line of the engine at high speed and this results in an intensive mixing with the intake air.
  • the cracked gases are usually fed to the engine without cooling.
  • the engine can be charged to improve the engine charge, or according to claim 8 Cooling of the cracked gases by direct water injection may be appropriate. Such cooling is, however, expediently only used in engines with a larger displacement
  • the preheating of the water and air proposed in claim 9 lends itself particularly well to high water and air fractions and high gap temperatures.
  • the air and water are then largely preheated in countercurrent to the hot exhaust gases, so that only the heat of vaporization and superheating of the fuel are applied in the gap rector at high temperature.
  • a split reactor arranged in the exhaust opening is provided for each cylinder of a multi-cylinder piston engine, each of them can be continuously supplied with fuel, water and air in an optimal ratio matched to the respective fuel.
  • Advantage- its cracked gases are fed to the intake opening of the same cylinder in a small-volume line at high speed and mixed intensively with the combustion air upstream of the inlet valve, provided that the engine is operated e.g. B. is operated in lean operation with a large excess of air.
  • the exact metering of the fuel and thus the cracked gas per cylinder allows the combustion conditions to be set unambiguously for environmentally friendly engine operation.
  • the starting components of the fuel / water / air split are preferably supplied by separate metering units connected by a ratio control.
  • the composition of the fission gases which is of great importance for the emission behavior of the engine, is not changed as far as possible at a given fissure temperature.
  • the process parameters essential in connection with the invention can be influenced by the dosing options considered above. Their limits are specified in claim 13.
  • the conditions for the course of the splitting process which result from the aforementioned special structural features, in particular with regard to the vortex conditions and the heating-up speed of the fuel, give it advantageous effects, in particular in connection with these parameters.
  • gap temperatures at the upper limit of the range of about 800 ° C, water additions of 0.3 - 04 kg / kg fuel and air additions of up to 0.15 times the stoichiometric combustion air of the fuel is required for an environmentally effective splitting of the fuel.
  • the gap temperature in the reactor is then in the order of magnitude of the exhaust temperatures of the engine or slightly above it, so that the waste heat from the engine only serves to compensate for the losses of the gap reactor.
  • the partial oxidation by atmospheric oxygen causes the cleavage to be exothermic, as a result of which the reactor temperature can be kept at the desired level.
  • the exhaust gases hot in the normal operating state 750 ° C flow around the reactor at a high speed of 30 to 400 m / sec, there is an intensive transfer of heat.
  • the arm transition can e.g. B. ge increased by heat transfer fins.
  • a flow velocity of the fission gases of 50-100 m / sec causes the fission reactions to take place in periods of less than 1/100 second with high turbulence.
  • the volume of the reactor and the feed lines of the Fission gas to the engine can be kept small in order to keep possible displacements due to load changes low.
  • Fig. 1 shows schematically a four-cylinder engine with a
  • FIG. 2 shows the schematic side view of the motor according to FIG. 1;
  • FIG. 5 schematically shows a single-cylinder engine provided for a reducing mode of operation
  • 6 schematically shows a motor with preheating of air and water before it enters the gap reactor; 7 schematically shows a four-cylinder engine with an evaporation and superheating stage for air and water and with metering devices which maintain the mixing ratio of the reactants.
  • the four-cylinder engine 1 has an exhaust pipe 2, dif. For each cylinder. open into a common exhaust gas pipe 11.
  • a gap reactor 4 is installed, which represents an empty dummy pipe made of highly heat-resistant steel, which is arranged coaxially in the exhaust pipe 2 and extends with its closed front end close to the exhaust valve 3 of the cylinder.
  • the rear outlet end 6 of the cleavage reactor has a throttle orifice 14 connected to the intake pipe 7 of the cylinder, which comes from an intake manifold 10, which is preceded by a starting carburetor 9 and an air filter 8.
  • the exhaust pipe 2 is provided with thermal insulation 13 on the outside on the length surrounding the gap reactor 4.
  • a multi-component nozzle 12 is installed in each cracking reactor 4 near the front end, which feed pipe 5 from a metering device 5a with fuel, water and air in a fixed ratio and a total quantity dependent on the desired engine power is fed.
  • the multi-substance nozzle 12 is installed obliquely in such a way that its jet emerges with a speed component directed towards the closed front end of the gap reactor and strikes the inner wall thereof, that is to say in the hottest area of the gap reactor.
  • the gap reactor 4 When the engine is operating, the gap reactor 4 is hot on all sides from those leaving its cylinder
  • the cracked gases Due to the overpressure in the cracking reactor, the cracked gases enter the intake air stream at high speed and are mixed intensively with it. The resulting combustion mixture flows to the intake valve of the associated cylinder.
  • the intake air of the engine is supplied cold in the example shown. Preheating of the engine intake air to a limited extent using the exhaust heat of the hot engine exhaust gases flowing out in the exhaust manifold 11 may also be expedient, preferably in the partial load range or even when the engine is operating in a reducing manner.
  • the dimensions of the components under consideration or the flow cross-sections formed by them are selected so that when the engine is operating at nominal power, the exhaust gases, which are at about 750 ° C., flow through the ring channel surrounding the gap reactor 4 at peak speeds of 30 to 400 m / sec, and in that the speed of the fission gases in the interior of the fission reactor is between 50 and 100 m / sec. In this way, an effective heat transfer takes place, and the residence time of the reactants in the cleavage reactor remains below about 1/100 see.
  • the water If the water is used in liquid form, it must be used in fully demineralized quality to avoid incrustations in the gap reactor.
  • the water component can also be evaporated from the usual amount of water with the waste heat of the engine or by cooling as condensate from the Engine exhaust gas can be obtained.
  • water-containing fuels e.g. B. alcohols in which water is in a fixed predetermined ratio to the hydrocarbons, a separate water metering and treatment is unnecessary.
  • FIG. 4 shows a modified design of a gap reactor 47.
  • the reactants, fuel on the one hand and air and water on the other hand are separated from one another by two coaxially nested pipes which extend from the rear end of the reactor to the vicinity extend from its front end, initiated.
  • the fuel flows through the central combustion tube 45 and a water-vapor-air mixture flows through a water-vapor-air tube 46 surrounding it in the ring channel 48 remaining between the latter and the fuel tube 45.
  • the reaction participants fall below strong swirling forward to the hottest part of the reactor.
  • the fission gases which form flow through the ring channel formed between the water vapor-air tube 46 and the reactor tube in cocurrent with the exhaust gases and leave the reactor at 49 in order to be introduced into the air intake line.
  • This design of the cracking reactor is intended in particular for operation with low-boiling fuels, air and water being preheated together for all four cylinders, using waste heat.
  • the fuel can also be evaporated for all four cylinders together in an exhaust gas-heated evaporator. In this way, all components can be preheated and fed to the high-temperature gap stage in gaseous form.
  • Fig. 5 shows the example of an engine 15 for a reducing mode with fission preparation of the fuel. Only 90 to 95% of the stoichiometric amount of combustion air reaches the intake line 16, and this is mixed with the cracked gas in a mixing device 17. This creates a fuel-rich, oxygen-poor combustion mixture which only incompletely burns in the engine in the absence of oxygen, which largely suppresses the formation of NO pollutants.
  • the gap reactor 21 is of the type already considered according to FIG. 3; the reactants introduced via the supply lines 20 are converted in the manner already described, taking advantage of the higher heat content of the exhaust gases compared to the stoichiometric operation, and are fed to the mixing device 17.
  • the exhaust gases entering the exhaust line 22 can possibly still serve to preheat the combustion air.
  • the gap reactor 22 has both a fuel nozzle 28 directed obliquely towards the closed hot end and a longitudinal central pipe also directed towards the closed hot end 27 for the introduction of air and water vapor.
  • the air and water reactants supplied to this come from metering devices 23 and 24 and reach them into a two-component nozzle 25 which is installed in a heat exchanger 26 which is accommodated downstream of the gap reactor 22 in the exhaust port. In this arm exchanger 26 the water is evaporated and the mixture of water vapor and air is overheated.
  • each exhaust outlet advantageously has a split reactor and a subsequent heat exchanger, fuel, water and air being allocated to each cylinder train in a predetermined ratio.
  • FIG. 7 finally shows a four-cylinder engine 33 with four gap reactors 34, which are only schematically indicated, and which are of the type shown in FIG. 6.
  • the water and air reactants are conveyed into a water evaporator 35 by a water metering pump 40 and an air metering compressor 41. This is followed by overheating of the water vapor / air mixture emerging from 35 in an overheater 36 together in countercurrent to the hot exhaust gases coming from the four gap reactors 34 in the exhaust gas manifold 44.
  • Air mixture is divided between the four gap reactors 34, which are fed with four identical fuel streams 39 each via the fuel metering pump 38.
  • the generation of the cracked gas and the supply thereof through cracked gas lines 42 to the air intake pipe of each cylinder, which proceed from a common combustion line 43, are carried out in the manner described.
  • reaction participants are dosed in a similar manner in that the fuel metering pump 38, the water metering pump 40 and the air metering compressor 41 are seated on a common shaft, so that the total quantity of the reaction participants can be regulated by controlling the rotation speed, the ratio of the components to one another but remains the same for preselected values.

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Description

Vorrichtung zur thermischen Spaltungsaufbe¬ reitung Flüssiger Brennstoffe für Brenn¬ kraf maschinen und Betriebsverfahren für diese
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Brennkraftmaschinen mit aus niedrigoktanzahligen bleifreien entschwefelten paraffinischen und/oder aro¬ matischen Kohlenwasserstoffen und/oder Alkoholen durch thermische Spaltung gewonnenen Spaltgasen. Ebenso be¬ zieht sie sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung. Durch eine Spaltungsaufbereitung der genannten Art können auch hochverdichtete Otto- motore mit niedrigoktanzahligen Brennstoffen bei niedrigem Schadstoffausstoß betrieben werden.
Das Interesse in der Patentliteratur gilt vorwiegend den kataly ischen Spaltverfahren, bei denen einem katalytischen Spaltreaktor Brennstoffdämpfe und Luft als Reaktionsteilnehmer zugeführt werden. Unbefrie¬ digend ist bei diesen Verfahren jedoch die Empfind¬ lichkeit gegenüber der Bildung von CrackruG und ge¬ genüber eventuell vorhandenen Katalysatorgiften; auch läßt sich trotz günstiger Abgaswerte in bestimmten Betriebsbereichen nicht ein über den gesamten Lastbe¬ reich des Motors vorteilhaf es Emissionsverhalten er¬ zielen .
Diese Nachteile gelten auch für eine aus der DE-OS 26 10 688 bekannte Vorrichtung zur Spaltgasaufberei¬ tung von Brennstoffen für Brennkraf maschinen, von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Bei dieser be¬ kannten Vorrichtung geschieht eine dreistufige Aufbe¬ reitung von Brennstoff, ggfs. unter Zugabe von Wasser, deren- erste im wesentlichen zum Verdampfen des Brenn¬ stoffs bzw. der Reaktionsteilnehmer dient, während diese in der zweiten Stufe einer maximalen Erhitzung unterworfen werden, indem sie einen Reaktorteil in Form einer Rohrschlange durchströmen, die im Auspuff¬ stutzen bis in die Nähe der Auslaßventile des Motors herangeführt ist. An diese beiden thermischen Stufen schließt sich eine katalytische Stufe an, in der der Brennstoff bei maximal 200° C reformiert wird.
Trotz der recht aufwendigen Behandlung des Brennstoffs in den drei Stufen führt die niedrige Temperatur in der katalytischen Stufe nur zu einer unvollständigen Umsetzung der Kohlenwasserstoffe in kurzkettige gas¬ förmige Verbindungen. Dies führt dazu, daß länger- kettige, höhersiedende Kohlenwasserstoffe lediglich verdampft und nicht gecrackt werden und durch Konden¬ sation auf dem Weg in den Verbrennungsraum des Motors zu Störungen führen können. Außerdem ist der Anwen¬ dungsbereich der Vorrichtung auf niedrigsiedende Brennstoffe beschränkt, und auch für diese ist nicht sichergestellt, daß die für einen umwel freundlichen Gasmotorbetrieb notwendigen Anteile an kurz :ettigeπ Kohlen asserstoffen und asserstoff erreicht werden können .
Aus der DE-OS 25 26 617 ist eine auch thermisch, also katalysatorfrei zu betreibende Spaltungsaufbereitung von Brennstoffen bekannt, bei der diese zusammen mit Luft und asser als Reaktionsteilnehmer einen Reaktor durchströmen, der von den Abgasen des Motors umspült ist. Hier geht es jedoch nur um Alkohole oder alkohol¬ haltige Mischt.igen von Brennstoffen.
Üblicherweise müssen bei Verfahren zur thermischen Spaltung von Brennstoffen, z. B. gemäß den DE-OSen 25 42 681 und 29 04 333, in denen Brennstoff mit Luft lediglich partiell verbrannt wird, wegen einer fehlen¬ den Wasserzugabe sehr hohe Temperaturen von über 800° C bzw. 1000 - 1300° C eingehalten werden, um ein den motorischen Anforderungen hinsichtlich Emissions- minderung brauchbares Spaltgas zu erzeugen. Zwar wird die Abwärme des Spaltgases zum Aufheizen des für die Spaltung eingesetzten Anteils der Verbren¬ nungsluft verwendet, doch ist hierfür ein großes Aus¬ tauscheraggregat erforderlich. Die Einhaltung der Spalttemperatur erfordert eine sehr genaue Kontrolle der Luftzufuhr, um ein Durchgehen der Temperatur des Spaltreaktors zu vermeiden. Die hohen Temperaturen erzwingen auch die Verwendung hochwertiger Werkstoffe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
10 einer Vorrichtung zur thermischen Spaltungsaufberei- tung-von minderwertigen, insbesondere πiedrigoktani- gen flüssigen Brennstoffen für Brennkraftmaschinen, mit der aus einem breiten Brennstoffband blei- und schwefelfreier flüssiger paraffinischer oder aroma¬
15 tischer Kohlenwasserstoffe und/oder Alkohole ein klopffestes und im Motor umwel freundlich verbrennen- .s Spaltgas erzeugt werden kann, sowie das Aufzeigen von zum Betrieb derselben geeigneten Verfahrenspara¬ metern zur Erreichung dieser Ziele.
20 Ausgehend von der gattungsgemäß vorausgesetzten Bau¬ art einer Spaltungsaufbereitungsstufe ist zur Lösung der gestellten Aufgabe der Spaltreaktor erfindungs¬ gemäß ein et a mittig im Auspuffstutzen laπgsverlau- fendes Blindrohr, dessen geschlossenes Ende zum Aus- laßventil weist, und diesem werden als Reaktionsteil¬ nehmer Brennstoff, Wasser und Luft durch Zuleitungs¬ einrichtungen in der Weise zugeführt, daß sie in der Nähe des Reaktorendes mit einer Geschwindigkei s¬ komponente zu diesem Ende hin in den Reaktor eintre¬ ten .
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung gelangt der Brennstoff unvermittelt an die heißeste Stelle des Reaktors und wird schlagartig bei hoher Turbulenz 0 verdampft und gespalten; ebenso findet hier die
Initialzündung für die partielle Oxydation mit der Luftkomponeπte statt. Dadurch wird aus einem breiten Brennstoffspektrum blei- und schwefeifreier flüssiger paraffinischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffe
' -* und/oder Alkohole mit Wassersto ff/Kohlenstoff-Ge- wichtsverhältnissen von bis herab zu H/C≤.0,1 und maximalen Siedetemperaturen im Bereich unter 400° C ein für den Motorbetrieb geeigretes Spaltgas erzeugt. Hierzu gehören z. B. Methanol, Ethyl- und höhere 0 Alkohole, Benzin (auch in sog. straight- run Qualität), Petroleum, Gasöl, Heizöl EL und L, Braunkohlen- und Steinkohlenteerö1. Je nach den Spaltbedingungen lassen sich bei der in sehr kurzen Zeiträumen ablaufenden Reaktionen, die kaum Gleichgewichtseinstellung erwarten lassen, Spalt¬ gase mit unterschiedlichsten Anteilen an kurzkettigen Kohlenwasserstoffen (CH. , C? H. , etc), CO, C0„ , H-, H-0, N_ und auch OH-Radikalen erzeugen, die bei der Verbrennung im Motor ein ausgezeichnetes Klopfver¬ halten aufweisen und damit einen Betrieb mit hohem Verdichtungsverhältnis und verbesserten irkungsgra¬ den ermöglichen. Gleichzeitig erlauben solche Spalt¬ gase eine Stickoxid-arme Betriebsweise der Verbren¬ nungsmotoren, die sowohl oxidierend als auch redu¬ zierend sein kann, wobei Ox-Gehalte von bis herab zu kleiner 100 vppm NO im Abgas möglich sind.
Die erfindungsgemäße Spaltung erlaubt die Einstellung von Spaltgasqualitäten, die ihrerseits den Betrieb eines mit Fremdzündung betriebenen otors mit hohen Verdichtungsverhältnissen ermöglichen. Verdichtungs¬ verhältnisse von bis zu 15 sind möglich. Diese Ver- dichtungsverhältnisse gehen weit über die üblicher Ottomotoren hinaus und erreichen bzw. überschreiten die bei Dieselmotoren als optimal angesehenen V.erte. Noch höhere Verdichtungsverhältnisse sind bei be¬ stimmten Spaltgaszusammensetzungen nicht ausgeschlos- sen . Die mit den erfindungsgemäß gewonnenen Spaltgasen möglichen hohen Verdichtungsverhältnisse sind ins¬ besondere in Kombination mit einer "Magerfahrweise" des Motors interessant, bei der der Motor mit einem hohen Luftüberschuß von ? größer 1 ,3 bei höheren Ver¬ dichtungsverhältnissen betrieben werden muß, um nied¬ rig^e Schadstoffemissionen zu erreichen. Höhere CmHn
Kohlenwasserstoffkonzentrationen aufgrund des soge¬ nannten Quenchef ektes können wegen des Einsatzes des Spaltgases bei dieser Fahrweise verhindert werden, da langkettige Kohlenwasserstoffe bereits vor Eintritt in den Verbrennungsraum umgewandelt wurden.
Der erfindungsgemäße Spaltbetrieb kann jedoch auch in Kombination mit einer reduzierenden Fahrweise des Motors für die Schadstoffemissionsminderung vorteil¬ haft sein, wenn nur eine unterstöchiometrische Ver- brennungsluftmenge, bezogen auf den zugeführten Brenn¬ stoff, durch die Ansaugleitung dem Motor zugeführt wird. Dieses sauerstoffarme Verbrennungsgemisch brennt im Motor unter Sauerstoffmangel nur unvollständig.
Dabei wird die NO -Bildung vom Sauerstoffpartialdruck her im Sinne niedriger Emissionen günstig beeinflußt. Verbleibende Restgehalte an CO , H_ und kurzkettigen Kohlenwasserstoffen werden durch eine Nachverbrennung mittels in die Motorabgase stromaufwärts vom Spalt¬ reaktor zugeführter Sekundärluft unter Temperatur¬ steigerung auf etwa 900° C nachverbrannt, wobei diese heißen Abgase für den Spaltvorgang im Spaltreaktor 21 ausgenutzt werden. Hierdurch wird unter Nutzung we¬ sentlicher Teile des Wärmeinhalts der Abgase der Ver¬ brennungsmaschine ein umweltfreundlicher Betrieb mit geringen Wirkungsgradverlusten ermöglicht.
Insgesamt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung rela¬ tiv einfach im Aufbau und leicht auf verschiedene Brennstoffe einstellbar. Die Gaszusammensetzung des Verbrennungsgemisches zum Motor kann leicht und zu¬ verlässig vorgegeben werden, wobei ein Betrieb mit definierter Luftzahl möglich ist, die sowohl im oxi- dierenden als auch im reduzierenden Bereich liegen kann .
Die Abgaswärme der Verbrennungsmaschine wird weit¬ gehend für den Spaltprozeß ausgenützt. Es besteht weder eine Katalysatorvergiftungsgefahr noch die Gefahr des Zugehens durch Ruß. Trotz hoher Verdichtungsverhält¬ nisse bleibt der Betrieb klopffrei.
Ein besonders gewichtiger Vorteil ist, daß ohne nach¬ geschaltete empfindliche Katalysatoren zusätzlich zur NO -Verminderung die betriebssichere Begrenzung heute noch nicht gesetzlich reglementierter Emissionen von Schadstoffen, wie Benzo-(a) pyren, GeruchsStoffe, Aldehyde, Phenole und anderer aromatischer Kohlenwas¬ serstoffe gelingt und eine gleichbleibend niedrige Abgasemission über die ganze Betriebsperiode des Mo¬ tors erzielt wird.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen.
Die Maßnahmen gemäß Ansprüchen 2 bis 5 sind gerichtet auf die Erzielung einer konzentrierten und stark ver¬ wirbelten Einleitung der Reaktionsteilnehmer in den heißesten Bereich des Spaltreaktors.
Anspruch 6 zielt auf den vorstehend betrachteten re¬ duzierenden Betrieb des Motors, bei dem ein besonders niedriger NO -Ausstoß erzielt wird.
Mittels der Drosselblende gemäß Anspruch 7 kann ein gewünschter Überdruck im Spaltreaktor eingestellt werden, so daß das Spaltgas mit hoher Geschwindigkeit in die Ansaugleitung des Motors eintritt und es da¬ durch zu einer intensiven Mischung mit der Ansaugluft kommt . Die Spaltgase werden in der Regel dem Motor ungekühlt zugeführt. Bei hohen Spalttemperaturen, bei denen die Spaltgase bis zu 25 % des Ansauggasvolumens des Motors ausmachen können und die Temperaturen des angesaugten Gasgemisches bis 200° C im ungekühlten Betrieb betra¬ gen würden, kann zur Verbesserung der Motorfüllung eine Aufladung des Motors oder gemäß Anspruch 8 eine Kühlung der Spaltgase durch direkte Wassereinspritzung zweckmäßig sein. Eine solche Kühlung wird jedoch zweckmäßig nur bei Motoren größeren Hubraums eingesetzt
Die in Anspruch 9 vorgeschlagene Vorerhitzung des Wassers und der Luft bietet sich besonders bei hohen Wasser- und Luftanteilen und hohen Spalttemperaturen an. Es werden dann die Luft und das Wasser im Gegen¬ strom zu den heißen Abgasen weitestgehend vorgewärmt, so daß lediglich die Verdamp ungs- und Überhitzungs- wärme des Brennstoffs im Spaltre iktor bei hoher Tempe¬ ratur aufgebracht werden.
Wenn gemäß Anspruch 10 für jeden Zylinder eines mehr- zylindrigen Kolbenmotors ein in der Auspufföffnung angeordneter Spaltreaktor vorgesehen wird, kann jeder derselben für sich mit Brennstoff, Wasser und Luft in auf den jeweiligen Brennstoff abgestimmtem, optimalem Verhältnis kontinuierlich versorgt werden. Vorteil- hafterweise werden dessen Spaltgase der Ansaugöffnung des gleichen Zylinders in einer kleinvolumigen Lei¬ tung mit hoher Geschwindigkeit zugeführt und intensiv mit der Verbrennungsluft vor dem Eintrittsventil ver¬ mischt, sofern der Motor z. B. im Magerbetrieb mit hohem Luftüberschuß betrieben wird.
Durch die Dosiereinrichtunger, gemäß Ansprüchen 11 und 12 ist es möglich, das Verhältnis der Reaktions¬ teilnehmer Brennstoff, Wasser und Luft zueinander und dadurch auch die Reaktionstemperatur im Spaltreaktor dem jeweiligen Brennstofftyp und seinem Gehalt an höhersiedenden Kohlenwasserstoffen anzupassen.
Die exakte Zudosierung des Brennstoffes und damit des Spaltgases pro Zylinder gestattet eine für einen um- weitfreundlichen Motorbetrieb eindeutige Einstell- moglichkeit der Verbrennungsbedingungen. Für einen gewählten Brennstoff erfolgt die Zufuhr der Ausgangs¬ komponenten der Spaltung Brennstoff/Wasser/Luft vor¬ zugsweise durch separate, über eine Verhältnisregelung verbundene Dosieraggregate. Dadurch wird auch bei ver¬ änderlichen otorlastzuständen die Zusammensetzung der Spaltgase, welche für das Emissionsverhalten des Motors von großer Bedeutung ist, bei gegebener Spalt¬ temperatur möglichst nicht verändert. Durch die vorstehend betrachteten Dosiermöglichkeiten sind die im- Zusammenhang mit der Erfindung wesentli¬ chen Verfahreπsparameter beeinflußbar. Deren Grenzen sind in Anspruch 13 angegeben. Die sich aus den vor¬ genannten konstruktiven Besonderheiten ergebenden Be¬ dingungen für den Ablauf des Spaltvorgangs, insbe¬ sondere bezüglich der Wirbelzustände und der Aufheiz- geschwiπdigkeit des Brennstoffs, ergeben ihr vorteil¬ haften Wirkungen insbesondere in Verbindung mit diesen Parametern .
Bei niedrigsiedenden Brennstoffen genügen Spalttempe- ratureπ an der unteren Grenze, Wasserzugaben von 0,1 - 0,2 kg/kg Brennstoff und geringste Luftzugaben zur partiellen Oxidation. Die Spaltwärme der endother- weitgehendst rπen Reaktion wird^durch indirekten Wärmeaustausch mit den heißen Verbrennungsgasen aus der Abwärme des Mo¬ tors gedeckt. Die den Spaltreaktor verlassenden Gase haben einen höheren Heizwert als die eingesetzten Brennstoffe. Die thermische Energie der Abwärme wird in chemische Energie des Brennstoffes umgewandelt.
Bei höhersiedenden Einsatzstoffen, wie z. B. Dieselöl oder Heizöl EL sind Spalttemperaturen an der Obergrenze des Bereichs von etwa 800° C, Wasserzugaben von 0,3 - 04 kg/kg Brennstoff und Luftzugaben vom bis zu 0,15-fachen der stöchiometrischen Verbrennungsluft des Brennstoffes für eine umweltwirksame Spaltung des Brennstoffes erforderlich. Die Spalttemperatur im Reaktor liegt dann in der Größenordnung der Auspuff¬ temperaturen des Motors oder leicht darüber, so daß die Abwärme des Motors lediglich der Kompensation der Verluste des Spaltreaktαrs dient. Die partielle Oxi- dation durch den Luftsauerstoff läßt die Spaltung exotherm verlaufen, wodurch die Reaktortemperatur auf dem gewünschten Niveau gehalten werden kann.
Wenn -gemäß Anspruch 14 die im normalen Betriebszustand 750° C heißen Auspuffgase den Reaktor mit hoher Ge¬ schwindigkeit von 30 bis 400 m/sec umströmen, kommt es zu einem intensiven rmeübergang. Der ärmeüber¬ gang kann z. B. durch Wärmeübertragungsrippen ge¬ steigert werden.
Eine Strömungsgeschwindigkeit der Spaltgase von 50 - 100 m/sec bewirkt, daß die Spaltreaktionen bei hoher Turbulenz in Zeiträumen von unter 1/100 Sekunde ablaufen.
Bei der Wahl der auch die genannten Gesch indigkeiten bestimmenden Strömungsquerschnitte soll in jedem Falle das Volumen des Reaktors und der Zufuhrleitungen des Spaltgases zum Motor klein gehalten werden, um mög¬ liche Verschiebungen durch Lastwechsel gering zu halten .
Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Vierzylindermotor mit einer
Brennstoffaufbereituπgsvorrichtung in der Drauf¬ sicht;
Fig. 2 die schematische Seitenansicht des Motors ge¬ mäß Fig. 1 ;
Fig. 3 einen Spaltreaktor im schematischen Schnitt;
Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines Spalt¬ reaktors, die zur Zeit als die vorteilhafteste angesehen wird;
Fig. 5 schematisch einen für eine reduzierende Be¬ triebsweise vorgesehenen Einzylindermotor;
Fig. 6 schematisch einen Motor mit Vorheizung von Luft und Wasser vor deren Eintritt in den Spaltreaktor; Fig. 7 schematisch einen Vierzylindermotor mit einer Verdampfungs- und Überhitzungsstufe für Luft und Wasser sowie mit das Mischungsverhältnis der Reaktionsteilnehmer aufrechterhaltenden Dosiereinrichtungen.
Der Vierzylindermotor 1 gemäß Fig. 1 und 2 hat für jeden Zylinder einen Auspuffstutzen 2, dif. in ein gemeinsames Abgassammeirohr 11 münden. In jeden Aus¬ puffstutzen 2 ist ein Spaltreaktor 4 eingebaut, der ein leeres Blindrohr aus hochhitzebeständige Stahl darstellt, welches koaxial im Auspuffstutzen 2 ange¬ ordnet ist und mit seinem geschlossenen vorderen Ende bis nahe an das Auslaßventil 3 des Zylinders heran¬ reicht. Das hintere Austrittsende 6 des Spaltreaktors hat über eine Drosselblende 14 Verbindung mit dem An¬ saugrohr 7 des Zylinders, das von einer Aπsaugsammel- leitung 10 kommt, welcher ein Startvergaser 9 und ein Luftfilter 8 vorgeschaltet sind. Der Auspuff¬ stutzen 2 ist auf der den Spaltreaktor 4 umgebenden Länge außen mit einer Wärmeisolierung 13 versehen.
In jedem Spaltreaktor 4 ist in der Nähe des vorderen Endes eine Mehrstoffdüse 12 eingebaut, die über Zu¬ fuhrleitungen 5 von einer Dosiereinrichtung 5a mit Brennstoff, Wasser und Luft in einem festen Verhältnis und einer von der gewünschten Motorleistung abhängigen Gesamtmenge gespeist wird. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Mehrstoffdüse 12 derart schräg eingebaut, daß ihr Strahl mit einer zum geschlossenen Vorderende des Spaltreaktors gerichteten Geschwindig¬ keitskomponente austritt und dort, also im heißesten Bereich des Spaltreaktors, auf dessen Innenwand auf¬ trifft.
Beim Betrieb des Motors ist der Spaltreaktor 4 all- seitig von den seinen Zylinder verlassenden heißen
Auspuffgasen umströmt. Die auf seine heißeste Stelle auftreffenden Reaktionsteilnehmer Brennstoff, Wasser und Luft werden stark verwirbelt, erhitzen sich schlagartig und werden bei hoher Temperatur gespalten. Die Spaltgase strömen mit hoher Geschwindigkeit zum Austrittsende 6. Die dort vorgesehene, ggfs. regel¬ bare Drosselblende 14 hat zur Folge, daß der Druck im Spaltreaktor höher als der Druck im Ansaugrohr 7 liegt, und zwar normalerweise um et a 1 bar.
Durch den Überdruck im Spaltreaktor treten die Spalt¬ gase mit hoher Geschwindigkeit in den Ansaugluftstrom ein und werden mit diesem intensiv vermischt. Das so entstandene Verbrennungsgemisch strömt zum Ansaugven¬ til des zugehörigen Zylinders. Die Ansaugluft des Motors wird im dargestellten Bei¬ spiel kalt zugeführt. Vorzugsweise im Teillastbereich oder auch bei reduzierender Betriebsweise des Motors kann auch eine Vorwärmung der Motoransauglu t in be¬ grenztem Maße unter Ausnutzung der Ab ärme der im Ab- gassammelrohr 11 abströmenden heißen Motorabgase zweckmäßig sein.
Die Abmessungen der betrachteten Bauteile bzw. die von ihnen gebildeten Strömungsquerschnitte sind so gewählt, daß beim Nennleistungsbetrieb des Motors die etwa 750° C heißen Auspuffgase den den Spaltreak¬ tor 4 umgebenden Ringkanal mit Spitzengeschwindigkei¬ ten von 30 bis 400 m/sec durchströmen und daß die Ge¬ schwindigkeit der Spaltgase im Inneren des Spaltreak¬ tors zwischen 50 und 100 m/sec liegt. Auf diese Weise kommt ein wirksamer Wärmeübergang zustande, und die Ve.weilzeit der Reaktionsteilnehmer im Spaltreaktor bleibt unter ca. 1/100 see.
Soweit das Wasser in flüssiger Form eingesetzt wird, ist es zur Vermeidung von Verkrustungen im Spaltreak¬ tor in vollentsalzter Qualität zu verwenden. Die Was¬ serkomponente kann jedoch auch durch Verdampfung von üblichen Wasserqualitäten mit der Abwärme des otors oder aber durch Kühlung auch als Kondensat aus dem Motorabgas gewonnen werden. Bei wasserhaltigen Brenn¬ stoffen, z. B. Alkoholen, bei denen Wasser im festen vorgegebenen Verhältnis zu den Kohlenwasserstoffen steht, erübrigt sich eine separate Wasserdosierung und -aufbereitung .
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausbildung eines Spalt¬ reaktors 47. In diesem werden die Reaktionsteilnehmer, Brennstoff einerseits und Luft und Wasser andererseits, getrennt voneinander durch zwei koaxial ineinander- liegende Rohre, die sich vom hinteren Ende des Reak¬ tors bis in die Nähe von dessen vorderem Ende er¬ strecken, eingeleitet. Dabei durchströmt der Brenn¬ stoff das zentrale Brenns offröhr 45 und ein Wasser¬ dampf-Luft-Gemisch ein dieses umgebendes Wasserdampf- Luft-Rohr 46 in dem zwischen diesem und dem Brenn- stoffrohr 45 verbleibenden Ringkanal 48. Auch hier treffen also die Reaktionsteilnehmer unter starker Verwirbelung vorwärts auf die heißeste Stelle des Reaktors .
Die sich bildenden Spaltgase durchströmen den zwi¬ schen dem Wasserdampf-Luft-Rohr 46 und dem Reaktor¬ rohr gebildeten Riπgkanal im Gleichstrom mit den Aus¬ puffgasen und verlassen den Reaktor bei 49, um in die Luftansaugleitung eingeleitet zu erden. Diese Ausbildung des Spaltreaktors ist insbesondere für den Betrieb mit niedrigsiedenden Brennstoffen vor¬ gesehen, wobei Luft und Wasser gemeinsam unter Ab¬ wärmeausnutzung für alle vier Zylinder vorgewärmt werden. Der Brennstoff kann ebenfalls für alle vier Zylinder gemeinsam in einem abgasbeheizten Verdampfer verdampft werden. So können alle Komponenten vorge¬ wärmt und gasförmig der Hochtemperaturspaltstufe zu¬ geführt werden.
Fig. 5 zeigt das Beispiel eines Motors 15 für eine reduzierende Betriebsweise mit Spaltungsau bereitung des Brennstoffs. In die Ansaugleitung 16 gelangen nur 90 bis 95 % der stöchiometrischen Verbrennungsluft¬ menge, und dieser wird in einer Mischvorrichtung 17 das Spaltgas beigemischt. Dadurch entsteht ein brenn¬ stoffreiches , sauerstof armes Verbrennungsgεmisch , welches in Motor unter Sauerstoffmangel nur unvoll¬ ständig verbrennt, was die Entstehung von NO -Schad¬ stoffen weitgehend unterdrückt.
In die mit etwa 750° C den Motor durch einen Auspuff¬ stutzen 18 verlassenden, noch unverbrannten Bestand¬ teile, insbesondere C0, H_ und kurzkettige Kohlenwas¬ serstoffe enthaltenden Auspuffgase wird in einer ischvorrichtung 19 Sekundärluft in einer enge von etwa 10 bis 20 % der stöchiometrischen Verbrennungs¬ luftmenge beigemischt, so daß es zu einer Nachver¬ brennung kommt, die die Temperatur der Abgase auf ca 900° C hochtreibt. Mit dieser Temperatur umströmen die Abgase den Spaltreaktor 21.
Der Spaltreaktor 21 ist von der bereits betrachteten Bauart gemäß Fig. 3; die über die Zu uhrleitungen 20 eingeleiteten Reaktionsteilnehmer werden unter Aus¬ nutzung des gegenüber dem überstöchiometrischen Be¬ trieb höheren Wärmeinhalts der Abgase in bereits be¬ schriebener Weise umgesetzt und der Mischvorrichtung 17 zugeleitet. Die in die Auspuffleitung 22 eintre¬ tenden Abgase können ggfs. noch zur Vorwärmung der Verbrennungsluft dienen.
Fig. 6 zeigt einen Motor, in dessen Brennstoffspal¬ tungsaufbereitungsvorrichtung eine Vorheizt ig der Reaktionsteilnehmer Wasser und Luft stattfindet, so daß im Spaltreaktor lediglich die Verdampfungs- und Überhitzungswärme für den Brennstoff aufzubringen is
Der Spaltreaktor 22 hat sowohl eine schräg zum ge¬ schlossenen heißen Ende hin gerichtete Brennstoffdüse 28, als auch ein längsverlaufendes , ebenfalls zum geschlossenen heißen Ende hin gerichtetes Zentralrohr 27 für die Einleitung von Luft und Wasserdampf. Die diesem zugeführteπ Reaktionsteilnehmer Luft und Was¬ ser kommen von Dosiereinrichtungen 23 und 24 und ge¬ langen aus diesen in eine Zweistoffdüse 25, die in einen Wärmetauscher 26 eingebaut ist, welcher strom¬ abwärts vom Spaltreaktor 22 im Auspuffstutzen unter¬ gebracht ist. In diesem ärmetauscher 26 wird das Wasser verdampft und das Gemisch aus Wε.sserdampf und Luft überhitzt. Dieses durchströmt mit hoher Geschwin- digkeit das Zentralrohr 27 und wird beim Verlassen desselben vor seinem Auftreffen auf das heiße ge¬ schlossene Ende des Spaltreaktors 22 durch den schräg mit ihm zusammentreffenden Brennstoffstrahl aus der Düse 28 intensiv mit diesem durchmischt und vεrwirbelt Der Brennstoff wird durch eine Brennstoffpumpe 29 zu¬ dosiert und durch eine Leitung 30 herangeführt. Die vom Spaltreaktor 22 kommenden Spaltgase gelangen über eine Spaltgasleitung 31 zu einer i"i Ansaugluftstutzen eingebauten Mischvorrichtung 32, durch die sie inten- siv in die Ansaugluft eingemischt werden.
Die betrachtete Anordnung ist für einen Einzylinder¬ motor gezeigt; bei einem mehrzy1indrigen Motor hat jeder Auspuffauslaß vorteilhaft separat einen Spalt¬ reaktor und einen sich anschließenden Wärmetauscher, wobei jedem Zylinderstrang Brennstoff, Wasser und Luft im vorgegebenen Verhältnis zugeteilt werden. Fig. 7 zeigt schließlich einen Vierzylindermotor 33 mit vier nur noch schematisch angedeuteten Spaltreak¬ toren 34, die etwa von der in Fig. 6 gezeigten Bauart sind. Die Reaktionsteilnehmer Wasser und Luft werden von einer Wasserdosierpumpe 40 und einem Luftdosier¬ verdichter 41 in einen Wasserverdampfer 35 gefördert. Anschließend erfolgt eine Überhitzung des aus 35 aus¬ tretenden Wasserdamp -Lu t-Gemisches in einem Über¬ hitzer 36 gemeinsam im Gegenstrom zu den von den vier Spaltreaktoren 34 kommenden heißen Abgasen in der Ab¬ gassammelleitung 44. Über die Leitung 37 wird das überhitzte Wasserdampf-Luftgemisch auf die vier Spalt¬ reaktoren 34 aufgeteilt, die über die Brennstoffdo¬ sierpumpe 38 mit je vier gleichen Brennstoffströmen 39 beschickt werden. Die Erzeugung des Spaltgases und die Zuführung desselben durch Spaltgasleitungen 42 zu den Luftansaugstutzeπ jedes Zylinders, die von einer gemeinsamen Verbrennunr -lu tleitung 43 aus¬ gehen, geschehen in der beschriebenen Weise.
Die Dosierung der Reak ionsteilnehmer erfolgt dadurch verhältπi^gleich, daß die Brennstoffdosierpumpe 38, die Wasserdosierpumpe 40 und der Luftdosierverdichter 41 auf einer gemeinsamen Welle sitzen, so daß die Ge¬ samtmenge der Reaktionsteilnehmer durch Steuerung der ellendrehzahl geregelt erden kann, das Verhältnis der Komponenten untereinander jedoch bei vorgewählten Werten gleichbleibt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zur thermischen Spaltungsaufbereitung flüssiger Brennstoffe für Brennkraft¬ maschinen mit einem von den Reaktionsteilnehmern durchströmten Spaltreaktor, der im Auspuffstutzen der Brennkraft¬ maschine angeordnet und bis nahe an die Auslaßventile herangebaut ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltreaktor (4, 47, 21 , 22, 34) ein etwa mittig im Auspuffstutzen (2) längsverlaufendes Blindrohr ist, dessen geschlossenes Ende zum Auslaßventil (3) weist, und daß als Reaktionsteilnehmer Brennstoff, Wasser und Luft durch Zuleitungseinrichtungen (12, 45/46, 28/27) in der Nähe des Reaktorendes mit einer Geschwin¬ digkeitskomponente zu diesem Ende hin in den Reaktor eintreten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungseinrichtung eine schräg zum Reaktorende hin gerichtete Mehrstoff¬ düse (12) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungseinrichtung in Gestalt von wenigstens zwei im Reaktor längs_ver- laufenden Rohren (45, 46) ausgeführt ist, durch deren eines (45) Brennstoff und durch deren anderes (46) Wasserdampf und Luft eingeleitet werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch zwei koaxial ineiπanderliegende Zuführungsrohre (45, 46 in Fig. 4).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1
gekennzeichnet durch eine schräg zum Reaktorende ge¬ richtete Brennstoffdüse (28) und ein längsverlaufen¬ des Zuleitungsrohr (27) für Luft und Wasserdampf der¬ art, daß die Strahlen der austretenden Reaktionsteil¬ nehmer sich kreuzen. -2 -
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen¬ den Ansprüche,
gekennzeichnet durch die Einleitung von Nachverbren- nungs-Sekundärluft in den Auspuffstutzen (18 in Fig. 5) stromaufwärts vom Reaktorende.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen¬ den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das im Reaktor (4) ent¬ stehende Spaltgas über eine Drosselblende (14) in den Ansaugluftström eingemischt wird.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen¬ den Ansprüche ,
gekennzeichnet durch eine Kühlung der Spaltgase durch direkte Wassereinspritzung vor deren Einmischung in den Ansaugluf strom.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen¬ den Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen dem Spaltreaktor (22) vor¬ geschalteten, im Gegenstrom durchströmten Wärmetau¬ scher (26) zur Erhitzung der Reaktionsteilπehmer Was¬ ser und Luft.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen¬ den Ansprüche für einen mehrzylindrigen Motor,
dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder ein Spalt¬ reaktor (4, 34) zugeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen¬ den Ansprüche,
gekennzeichnet durch Dosiereinrichtungen für die Reaktionsteilnehmεr zur Änderung von deren Verhältnis zueinander .
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch je eine Dosierpumpe (29, 23, 24) für jeden der Reaktionsteilnehmer, wobei diese durch eine Verhältnisregelung miteinander verbunden sind.
13. Betriebsverfahren für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im geschlossenen Ende des Reaktors auf 400 bis 800° C eingestellt wird, das Wasser flüssig oder dampfförmig in einem Verhält¬ nis von 0,1 bis 0,4 kg/kg Brennstoff eingesetzt wird -__ ? -
und die Luft in einer Menge von weniger als dem 0,15-fa- chen der zur stöchiometrischen Verbrennung erforder¬ lichen Luftmenge zugegeben wird.
14. Betriebsverfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenströmungsge¬ schwindigkeit der Motorabgase im Ringkanal zwischen Spaltreaktor und Auspuf stutzen auf 30 bis 400 m/s eingestellt wird.
15. Betriebsverfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindig¬ keit der Spaltgase im Spaltreaktor auf 50 bis 100 m/s eingestellt wird.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU1682792A (en) * 1991-09-18 1993-04-27 Alexandr Vasilievich Pugachev Method and device for preparation of fuel-air mixture for internal combustion
JP2002514286A (ja) 1998-03-26 2002-05-14 プガチェフ・アレクサンドル・ワシリエビッチ 内燃機関のための燃料空気混合物を調合する方法並びに装置及びその装置において使用される熱交換器
DE19924777A1 (de) * 1999-05-29 2000-11-30 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zur Erzeugung eines Hilfsbrennstoffes aus dem Betriebskraftstoff einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine, insbesondere auf Kraftfahrzeugen
WO2004007933A2 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 Nicholas Mark Brown Configuration and method for operating an engine
DE102004024794B4 (de) * 2004-05-17 2008-12-04 Technaflon Ag Wärmetauschervorrichtung
FI119118B (fi) * 2005-03-24 2008-07-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä kaasumoottorilaitoksen käyttämiseksi ja kaasumoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmä
FR2899646B1 (fr) * 2006-04-05 2012-05-04 Nicolas Gilbert Ugolin Systeme de transformation de l'energie thermique des moteurs a combustion interne en electricite (turbidyn)
DE202009007875U1 (de) * 2009-06-04 2009-08-20 Wüst, Manfred, Dr. Vorwärmvorrichtung zum Vorwärmen von flüssigem und/oder gasförmigen Treibstoff für eine Brennkraftmaschine
DE102016012669B4 (de) 2016-10-22 2020-03-19 LaRoSe GmbH Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregates mit hohem Wirkungsgrad und Antriebsaggregat
US10870810B2 (en) 2017-07-20 2020-12-22 Proteum Energy, Llc Method and system for converting associated gas

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE297674C (de) *
DE2610688A1 (de) * 1975-03-14 1976-09-23 Little Anna Vorrichtung zum umwandeln von brennstoff fuer eine brennkraftmaschine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE297674C (de) *
DE2610688A1 (de) * 1975-03-14 1976-09-23 Little Anna Vorrichtung zum umwandeln von brennstoff fuer eine brennkraftmaschine

Also Published As

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