DE202012012531U1

DE202012012531U1 - Vorrichtung zur Vergrößerung der Sauerstoffmenge im Luftgemisch, zugeführt in Brennkraftmaschine

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Publication number: DE202012012531U1
Application number: DE202012012531U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-19
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-03-22
Anticipated expiration: 2022-02-18
Also published as: WO2012110626A1; DE102011011819A1

Abstract

Vorrichtung zur Vergrößerung der Sauerstoffmenge in einem Luftgemisch, das einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei die Vorrichtung aus mindestens zwei luftdichten, aufeinander folgenden Kammern, nämlich einer Druckkammer (1) und einer Ionisierungskammer (2), und einem Spannungsgenerator mit hoher Spannung besteht und wobei die Ionisierungskammer (2) ein Gehäuse (6) aus elektrisch isolierendem Material aufweist und eine negative Elektrode (7) und eine positive Elektrode (8) aufnimmt, die ein elektrisches Feld solcher Größe erzeugen, bei dem die Sauerstoffmoleküle eine negative Ladung erhalten und die Stickstoffmoleküle elektrisch neutral bleiben, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Trennungskammer (3) einerseits mit dem Ausgang der Ionisierungskammer (2) und andererseits mit dem Eingang einer Luftrohrleitung zur Brennkraftmaschine luftdicht verbunden ist und dass die Trennungskammer (3) aus einem Gehäuse (14) aus elektrisch nicht leitendem Material besteht und ebenfalls eine positive Elektrode (9) und eine negative Elektrode (10) aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergrößerung der Sauerstoffmenge in einem Luftgemisch nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es gibt bekannte Verfahren zur Steigerung der Leistung einer Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Turboladers, d. h. unter Verwendung einer Gasturbine in den verschiedenen Konstruktionen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 30 13 673 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Sauerstoffanreicherung eines in die Brennkraftmaschine eintretenden Luftstroms bekannt. Die Einrichtung beinhaltet eine Funkenstrecke (Funkenentladung), die die Erzeugung von Ozon (O₃) sicherstellt (s. Beschreibung Seite 4, Absatz ab „Ozonisierung der Ansaugluft”), und nacheinander verbundene Rohre mit allmählich abnehmenden Rohrdurchmessern mit auf die Rohre aufgewickelten Spulen, die ein Magnetfeld erzeugen.
Die praktische Anwendung dieses bekannten Verfahrens und der Einrichtung gemäß dem Patent erwies sich jedoch als nicht realistisch.
Einzelne Versuche, Ozon (O₃) anstelle von normalem Sauerstoff (O₂) in Brennkraftmaschinen einzusetzen, wurden in manchen Ländern bereits vor 30 Jahren durchgeführt und waren erfolglos, weil die Verbrennungstemperatur des Luft-Brennstoff-Gemisches (Verbrennungsstoffs) in der Brennkammer der Kraftmaschine so hoch war, dass die Auslassventile und die Kompressionsringe durchbrannten sowie die Alu-Kolben und die Deckel der Kammern zerstört wurden. Kein Fahrzeug in der Welt benutzt zurzeit Ozon als Mittel zur Verbesserung der Brennstoffverbrennung.
Der zweite Nachteil des genannten Patents besteht darin, dass in der Einrichtung viele Spulen eingebaut sind. Um das Magnetfeld mit der erforderlichen Stärke zu erzeugen, brauchen diese Spulen einen beachtlichen Energieaufwand, der die Leistung eines Fahrzeuggenerators überschreitet. Der Aufbau der Einrichtung ist ebenfalls sehr sperrig, so dass er im Motorraum eines modernen Fahrzeugs nicht untergebracht werden kann.
Die Offenlegungsschrift EP 1 568 413 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Gasverarbeitung und Nutzeffektsteigerung einer Luft-Brennstoff-Gemisch-Verbrennung in Brennkraftmaschinen. Die Hauptbaugruppe der Einrichtung, die auf den in den Motor eintretenden Gasstrom einwirkt, ist ein elektromagnetischer HF-Schwingungserzeuger spezieller Bauart, der einer IR-Strahlung (mit Wellenlänge von 10^–6 bis 10^–4 m) ausgesetzt wird (1 und 5, Beschreibung Seite 2, D5, Absatz [0011], Ansprüche 1–8). Diese Einrichtung sorgt tatsächlich für eine Ionisation des Sauerstoffs im einströmenden Gasgemisch. Jedoch kommt keine Trennung zwischen Sauerstoff und Stickstoff zustande, was die Effektivität der Verbrennung vermindert.
Dieses Patent beschreibt die Anwendung eines Ringmagneten 7 (5, Beschreibung Seite 7, Spalte 12, Zeilen 25–37; Anspruch 17), der zur Intensivierung der Funktion des elektromagnetischen HF-Schwingungserzeugers dient. Sein Magnetfeld bringt in keiner Weise eine Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Die Tabelle in 6 (Beschreibung Seite 16) enthält Angaben über einen Verbesserungsgrad von 4% bis 17% hinsichtlich des Betriebs der Motoren bei unterschiedlichen Fahrzuständen.
Alle diese und ähnliche technische Lösungen haben einen gemeinsamen Nachteil, nämlich, dass sie die gewöhnliche Luft aus der Umgebung benutzen, in der nur 21% Sauerstoff enthalten ist.
Durch die Offenlegungsschrift DE 24 35 481 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff im Zuluftstrom von Motoren mittels einer Ionisierungskammer bekannt, die in der unteren Figur dieser Druckschrift dargestellt ist. Diese Kammer weist wie bei der vorliegenden Erfindung eine quer zum Luftstrom gerichtete, durchbrochene Platte mit in Richtung des Vergasers gerichteten Nadeln und ein quer zum Luftstrom gerichtetes, in einem Abstand von den Nadelspitzen angeordnetes Metallgitter auf. An die Platte und das Metallgitter wird eine hohe Spannung angelegt. Dadurch kann dem Motor ein mit Sauerstoff angereicherter Luftstrom zugeführt werden.
In der Offenlegungsschrift WO 2005/033486 A2 ist eine Vorrichtung zur Erhöhung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Sauerstoffmenge beschrieben, die eine erste Kammer zur Zuführung der Verbrennungsluft und eine zweite Kammer zur Trennung der angesaugten Luft in Sauerstoff angereicherte Luft, welche dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, und Sauerstoff ärmere Luft enthält, welche entweder ins Freie geblasen oder dem Abgas zugemischt wird. Die erste Kammer mündet in der Mitte der zweiten Kammer, so dass in der zweiten Kammer nach jeder Seite eine Luftströmung auftritt. In beiden Strömungsrichtungen sind Elektroden angeordnet, die mit Hochspannung beaufschlagt werden. Die Polarität der Spannung ist derart gewählt, dass sämtliche Elektroden auf einer Strömungsseite dieselbe Polarität und entsprechend auf der anderen Strömungsseite die entgegen gesetzte Polarität aufweisen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und eine Vorrichtung mit höherem Wirkungsgrad zu schaffen.
Die gestellt Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung geht von zwei luftdichten, aufeinander folgenden Kammern, nämlich einer Druckkammer und einer Ionisierungskammer, und einem Spannungsgenerator mit hoher Spannung aus, wobei die Ionisierungskammer ein Gehäuse aus elektrisch nicht leitendem Material aufweist, das eine negative Elektrode und eine positive Elektrode aufnimmt, die ein elektrisches Feld solcher Größe erzeugen, bei dem die Sauerstoffmoleküle eine negative Ladung erhalten und die Stickstoffmoleküle elektrisch neutral bleiben. Nach der Erfindung ist nun zusätzlich eine Trennungskammer vorgesehen, die einerseits mit dem Ausgang der Ionisierungskammer und andererseits mit dem Eingang einer Luftrohrleitung zur Brennkraftmaschine luftdicht verbunden ist. Diese Trennungskammer besteht aus einem Gehäuse aus elektrisch nicht leitendem Material und nimmt ebenfalls eine negative Elektrode und eine positive Anode auf.
In der vorgeschlagenen Vorrichtung wird eine bessere räumliche Trennung von Stickstoff und Sauerstoff der zugeführten Luft vorgenommen. Dabei wird der Brennkammer ein Gasgemisch zugeführt, in dem mehr Sauerstoff und weniger Stickstoff als in der Atmosphäre vorhanden sind. Der Sauerstoff ist in diesem Gemisch in ionisierter Form vorhanden und ist, wie bekannt, ein deutlich stärkeres Oxidationsmittel. Auf diese Weise geschieht die Verbrennung der Luft intensiver, und insgesamt wird zum Erreichen am und derselben Leistung weniger Treibstoff verbraucht. Zudem erfolgt eine vollständige Verbrennung, und es findet weniger Schadstoffemission in die Atmosphäre statt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Gesamtansicht der Vorrichtung,
2 eine Frontalansicht der Druckkammer,
3 eine Frontalansicht (2a) und eine Seitenansicht (2b) der Ionisierungskammer und
4 eine Frontalansicht (4a) und eine Rückansicht (4b) der zusätzlichen Trennungskammer;
Die erste Kammer ist die Druckkammer 1, wie 1 zeigt. Sie dient zur Erzeugung eines erhöhten Drucks am Eingang der Luftrohrleitung des Motors. Die Kammer besteht aus einem Gehäuse 4, das aus einem elektrisch nicht leitenden Material (z. B. Kunststoff) gefertigt ist und in dem ein Ventilator 5 (2) eingebaut ist. Die Eingangsöffnung der Druckkammer 1 ist mit dem Ausgang eines Luftfilters luftdicht verbunden, und die Ausgangsöffnung der Druckkammer 1 ist mit dem Eingang einer Ionisierungskammer 2 verbunden.
Die zweite Kammer, die Ionisierungskammer 2, dient zur Ionisierung der Sauerstoffmoleküle des durch die Ionisierungskammer 2 durchgehenden Luftstroms. Die Ionisierungskammer 2 umfasst ein Gehäuse 6 aus einem elektrisch nicht leitenden Material (z. B. Kunststoff), dessen Innenraum mit zwei Elektroden ausgestattet ist, und zwar mit einer negativen Elektrode 7 (hier bedingt als Kathode bezeichnet) und einer Nullelektrode 8 (oder positiven Elektrode). Das elektrische Feld, das durch das unterschiedliche Potential zwischen den Elektroden gebildet wird, sorgt für eine Ionisierung der Sauerstoffmoleküle (3a und 3b).
Die Höhe der Spannung des elektrischen Felds ist so gewählt, dass die Sauerstoffmoleküle ionisiert werden und die Stickstoffmoleküle neutral bleiben.
Die negative Elektrode 7 ist in Form eines Gitters mit spitzen Nadeln oder einer Platte mit spitzen Zacken ausgeführt. Das Gitter und die Platte werden aus einem hochleitenden Material (z. B. Kupfer) hergestellt und in die Kammer 2 senkrecht zum Luftstrom eingebaut. Die Nullelektrode 8 (oder positive Elektrode) ist in Form eines Gitters oder einer Platte aus einem hochleitenden Material ausgeführt und ist in einer geringen Entfernung von der Kathode senkrecht zum Luftstrom positioniert (3b). Auf sie wird mit Nullpotential oder Spannung von +12 V des Autobetriebsnetzes angelegt. Auf diese Weise wird am Ausgang der Ionisierungskammer 2 ein Strom aus negativ geladenen Sauerstoffmolekülen (Ionen) und elektrisch neutralen Stickstoffmolekülen gebildet. Dieser Strom fließt zum Eingang der Trennungskammer 3 (4a und 4b).
Die dritte Kammer, die Trennungskammer 3, dient zur räumlichen Trennung des Sauerstoffs und Stickstoffs. Diese Trennungskammer 3 hat ein Gehäuse 14 aus einem elektrisch isolierenden Material (z. B. Kunststoff), das innen mit zwei Elektroden ausgestattet ist, nämlich einer negativen Elektrode 10 und einer positiven Elektrode 9. Unter dem Einfluss des elektrischen Felds, das mittels dieser Elektroden 9 und 10 erzeugt wird, ändern die negativ geladenen Sauerstoffmoleküle ihre Laufbahn (sie entfernen sich von der negativen Elektrode 10 und nähern sich der positiven Elektrode 9). Die neutralen (ungeladenen) Stickstoffmoleküle führen ihre geradlinige Bewegung entlang der Trennungskammer 3 fort. Außerhalb der Trennungskammer 3 sind Magnete 11 positioniert, die ein magnetisches Feld innerhalb der Trennungskammer 3 erzeugen. Unter dem Einfluss des magnetischen Felds, das übereinstimmend mit dem elektrischen Feld wirkt, krümmt sich die Bewegungsbahn der negativ geladenen Sauerstoffmoleküle zusätzlich in dieselbe Richtung. Das magnetische Feld hat keine Wirkung auf die neutralen Stickstoffmoleküle. Am Ausgang der Trennungskammer 3 ist eine Trennwand 12 positioniert, die die Gasströme trennt und sie in verschiedene Ausgangsdüsen leitet. Der Strom, der mit dem ionisierten Sauerstoff angereichert ist, gelangt durch eine Düse 13 entlang eines Leitungsrohrs in die Brennkammer des Motors. Der andere Strom, der vorwiegend Stickstoff enthält, gelangt durch eine zweite Düse in die Atmosphäre.
Der Spannungsgenerator mit hoher negativer Spannung ist vom Bordnetz +12 V betrieben und erzeugt eine Spannung bis zu einigen zehn Kilovolt und leitet diese über einen Isolierdraht auf die negativen Elektroden der Ionisierungskammer 2 und der Trennungskammer 3.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Die eingesaugte Luft aus der Atmosphäre ist mit Hilfe des Ventilators 5 der Druckkammer 1 unter einem Druck in die Ionisierungskammer 2 geleitet. Unter der Einwirkung des elektrischen Felds, das mittels der negativen Elektrode 7 und der positiven Elektrode 8 erzeugt ist, wird der Sauerstoff ionisiert, und der Stickstoff bleibt elektrisch neutral. Auf diese Weise werden am Ausgang der Ionisierungskammer 2 ein Strom aus negativ geladenen Sauerstoffmolekülen und ein Strom aus elektrisch neutralen Stickstoffmolekülen erzeugt. Diese Ströme strömen mit hoher Geschwindigkeit durch die Trennungskammer 3 durch. Unter der Wirkung des elektrischen Felds und des magnetischen Felds sind die negativ geladenen Sauerstoffmoleküle zur Wand der Trennungskammer 3 abgelenkt, und die neutral geladenen Stickstoffmoleküle führen weiter eine geradlinige Bewegung entlang der Trennungskammer 3 fort. Auf diese Weise kommen aus den beiden Ausgangsdüsen der Trennungskammer 3 Gasgemischströme mit unterschiedlicher Zusammensetzung an Sauerstoff heraus. Das Gemisch mit höherem Anteil an Sauerstoff wird in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine geleitet, und das Gemisch mit dem erhöhten Anteil an Stickstoff wird in die Atmosphäre ausgeleitet. Damit ist eine viel intensivere und volle Triebwirkung erreicht, was zu einem geringeren Verbrauch bei gleich bleibender erforderlicher Leistung führt. Andererseits sinkt die Schadstoffemission in die Atmosphäre.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3013673 A1 [0003]
EP 1568413 A1 [0007]
DE 2435481 A1 [0010]
WO 2005/033486 A2 [0011]

Claims

Vorrichtung zur Vergrößerung der Sauerstoffmenge in einem Luftgemisch, das einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei die Vorrichtung aus mindestens zwei luftdichten, aufeinander folgenden Kammern, nämlich einer Druckkammer (1) und einer Ionisierungskammer (2), und einem Spannungsgenerator mit hoher Spannung besteht und wobei die Ionisierungskammer (2) ein Gehäuse (6) aus elektrisch isolierendem Material aufweist und eine negative Elektrode (7) und eine positive Elektrode (8) aufnimmt, die ein elektrisches Feld solcher Größe erzeugen, bei dem die Sauerstoffmoleküle eine negative Ladung erhalten und die Stickstoffmoleküle elektrisch neutral bleiben, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Trennungskammer (3) einerseits mit dem Ausgang der Ionisierungskammer (2) und andererseits mit dem Eingang einer Luftrohrleitung zur Brennkraftmaschine luftdicht verbunden ist und dass die Trennungskammer (3) aus einem Gehäuse (14) aus elektrisch nicht leitendem Material besteht und ebenfalls eine positive Elektrode (9) und eine negative Elektrode (10) aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (1) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und einen Ventilator (5) aufnimmt und dass die Druckkammer (1) mit ihrem Eingang luftdicht mit dem Ausgang des Luftfilters der Brennkraftmaschine und mit ihrem Ausgang mit dem Eingang der Ionisierungskammer (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Elektrode (9) und die negative Elektrode (10) an gegenüber liegenden Wänden der Trennungskammer (3) angeordnet sind und diese Elektroden ein elektrisches Feld erzeugen, unter dessen Einwirkung die Bewegungsbahn der negativ geladenen Sauerstoffmoleküle von der negativen Elektrode (10) ablenkbar und zur positiven Elektrode (9) annäherbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Trennungskammer (3) an den Wänden, die senkrecht zu den die Elektroden (9, 10) aufnehmenden Wänden der Trennungskammer (3) liegen, Magnete (11) angeordnet sind, die innerhalb der Trennungskammer (3) ein magnetisches Feld erzeugen, das die Bewegungsbahn der Sauerstoffmoleküle in dieselbe Richtung wie das elektrische Feld der Trennungskammer (3) lenkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang der Trennungskammer (3) eine Trennwand (12) angeordnet ist, die die Gasströme trennt, nämlich in einen Gasstrom mit erhöhter Sauerstoffmenge und einen Gasstrom aus hauptsächlich Stickstoff.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang der Trennungskammer (3) zwei Düsen eingebaut sind, von denen die erste (13) in das Leitungsrohr der Brennkammer der Brennkraftmaschine ein Gasgemisch leitet, das mit ionisiertem Sauerstoff angereichert ist, und die zweite Düse in die Atmosphäre ein Gasgemisch ausstößt, das hauptsächlich aus Stickstoff besteht.