DE2102194A1

DE2102194A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Leistung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2102194A1
Application number: DE19712102194
Authority: DE
Inventors: Wilmer C Chicago 111. Jordan (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-01-18
Filing date: 1971-01-18
Publication date: 1972-08-10

Description

Wilmer C. Jordan, 3915 Weet Wrightwood Avenue, Chicago I11. 60647 / USA Van Metre Lund, 744 Ylorence Avenue, Evanston I11. 60602 / USA Verfahren und Vorrichtung zur Verbeeserung der Leistung einer Brennkraftmaschine ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~ Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lieferung einer optimalen Wärmemenge zur im wesentlichen vollständigen Verdampfung von flüssigen Kraftstofftröpfohen sowie in Verbindung hiermit zur Erzielung eines maximalen Verbrennungswirkungsgrades bei Verbrennung des Kraftstoffgemisches.
Der Erfindungsgedanke ist auch anderweitig anwendbar, vorliegend jedoch in Verbindung mit einem Vergaser ftir eine Brennkraftmaschine beschrieben. Die Verwendung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung nach der Erfindung steigert sehr stark die Kilometerleistung und ergibt gleichzeitig eine größere Beschleunigung und Leistung. Zusätzlich können Maschinen bei unter 0° liegenden Temperaturen angelassen werden, bei denen sie normalerweise nicht anspringen, wobei eine Flutung der Maschine im wesentlichen vermieden und Aussetzer vermindert werden. Durch Steigerung des Verbrennungswirkungsgrades werden Kohlenstoffniederschläge zerstört, und die Leistung der Maschine wird wesentlich glatter und leichter ansprechend.
ErLindungagemäß ist ein elektrieohes Heizelement zur stetigen Energiebeaufschlagung vorgesehen, um eine gesteigerte Kilometerleistung sowie Beschleunigung zu erzielen, den Kaltstart zu verbessern und die Flutung sowie Dampfabsperrprobleme zu vermindern.
Ein sehr wichtiges Merkmal ergibt sich daraus, daß unter allen Betriebsbedingungen wesentlich verbesserte Betriebswerte zu erhalten sind, indem eine gesteuerte oder optimale Strahlung wärme annähernd gleich derjenigen zugeführt wird, welche erforderlich ist, um die flüssigen Kraftstofftröpfchen im wesentlichen vollständig zu verdampfen. Wenn die Wärmemenge unter diesem Wert liegt, sind flüssige Kraftstofftröpfchen in dem Luft/ Kraftstoff-Gemisch enthalten, welche bei der Verbrennung nicht wirksam verbrannt werden können, so daß ein verminderte Verbrennungswirkungsgrad entsteht. Wenn die Wärmemenge wesentlich über diesen Wert gesteigert wird, so ergibt sich eine geringe oder keine Zunahme des Wirkungsgrades sowie der Leistung, offenbar infolge einer ungünstig starken Ausdehnung des Kraftstoffes sowie einer Anhebung der Temperatur des Luft/Kraftstoff-Gemisches.
Besondere Erfindungsmerkmale beziehen sich auf die Festlegung der optimalen Strahlungswärme in Abhängigkeit von Drehmoment-oder Beschleunigungsversuchen, welche bei einer gegebenen Maschine oder in Abhängigkeit von einer leicht anzuwendenlen Formel zu bestimmen sind.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung eines Luftreinigers sowie eines Vergasers mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß eingebauten Kraftstoffverdampfungseinrichtung in Draufsicht, Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1, jedoch nach Abnahme eines zu dem Luftreiniger gehörigen Deckels, ebenfalls in Draufsicht, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III von Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV - IV von Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V - V von Fig. 4 in einer demgegenüber vergrößerten Darstellung zur Veranschaulichung des inneren Aufbaus eines einen Bestandteil des Erfindungsgegenstandes bildenden Heizelementes, Pig. 6 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines einen Bestandteil des Erfindungsgegenstandes bildenden Heizelementes in Plachform in einer Ansicht analog einem Teil von Fig. 3, Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII - VIIwn Fig. 6, Fig. 8 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ähnlich dem unteren Teil von Fig. 3 unter Verwendung ringförmiger Heizelemente unterhalb von Drosselventilen sowie in einer Dichtung aufgelagert, in Schnittdarstellung, Pig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX - IX von Fig. 8 zur Veranschaulichung der dort gezeigten Dichtung mit darin angeordneten ringförmigen Heizelementen in Draufsicht, Fig. 10 die prozentuale Beschleunigungsänderung als Funktion des Heizrtror's bei einem Aus führungs beispiel des Erfindungsgegenstandes, wobei verschiedene Maschinenkennwerte als Parameter dargestellt sind, Fig. ii ein Ausführungsbeispiel einer einen Bestandteil des Erfindungsgegenstandes bildenden Schaltung.
Eine aus einem Luftreiniger sowie einem Vergaser bestehende Anordnung 10 umfaßt einen Luftreiniger mit einem Deckel 12, an den ein radial verlaufendes Lufteinlaßrohr 13 geformt ist und welcher auf einer kreisförmigen Grundplatte 14 sitzt (siehe Fig. 2, in welcher der Deckel 12 abgenommen ist). Die Grundplatte 14 weist einen zentralen Durchtritt 15 auf, welcher das obere Ende eines Gehäuses 16 eines Vergasers 17 aufnimmt, Ein Bolzen 18, welcher von dem Vergaser 17 nach oben ragt, verläuft durch eine Halterung in dem Deckel 12 zur Aufnahme einer Flügelmutter 19, welche zur Befestigung des Deckels 12 an der Grundplatte 14 angezogen wird. Ein ringförmiges Luftfilter 20 sitzt zwischen dem Deckel 12 sowie der Grundplatte 14, um die in den Raum oberhalb des Vergasers 17 eintretende Luft zu filtern.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Verengung in dem Luftdurchlaß des Vergasers 17 durch Bohrlöcher 21 in der Grundplatte 14 außerhalb des Luftfilters 20 im Winkelabstand reduziert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind 24 Löcher in gleichwinkligen Abständen vorgesehen, von denen jedes einen Durchmesser in der Größenordnung von 6 - 9 mm aufweisen kann.
Durch die Löcher 21 kann unter Bedingungen hoher Beschleunigung und hoher Drehzahl während des Betriebes zusätzliche Luft dem Vergaser zugeführt werden; ein gesteigertes Drehmoment sowie eine gesteigerte Leistung können erhalten werden, wenn die Heizeinrichtungen nach der Erfindung verwendet werden.
Der dargestellte Vergaser 17 ist ein normaler Vierrohrvergaser, wobei das Gehäuse 16 zwei Hauptströmungsdurchtritte 23, 24 sowie zwei Hilfsströmungsdurchtritte 25, 26 umfaßt. Ein Paar Schmetterlings-Drosselventile 27, 28 sitzen auf einer Betätigungswelle 30, welche von einer fUßbetätigten Steuerung über ein normales (nicht veranschaulichtes) Hebelwerk betätigt wird. Ein zusätzliches Paar von Drosselventilen 31, 32 ist an den unteren Enden der Hilfsdurchtritte 25, 26 vorgesehen und auf einer Welle angebracht, welche mit der Wolle 70 über ein normales (nicht gezeigtes) Hebelwerk verbunden ist, um mit einer Öffnung der Hilfsventile 31, 32 zu beginnen, wenn die Hauptventile 27, 28 sich in einer Zwischensteilung befinden, sowie ferner zur vollen Öffnung der Hilfsventile 31s 32, wenn die Hauptventile 27, 28 voll geöffnet sind. Die oberen Enden der Hauptdurchtritte 23, 24 nehmen Luft von einem gemeinsamen Bereich auf, welcher durch eine Wand 34 von einem gemeinsamen Bereich oberhalb der Hilfsdurchtritte 25, 26 gatrennt ist.
Ein übliches Drosselplattenventil 35 verläuft quer zu den oberen Enden der Hauptdurchtritte 23, 24 und ist auf einer Welle 36 angebracht, die durch einen normalen Mechanismus betätigt wird, sei es automatisch oder von Hand. Ein Paar von Venturiabschnitten 37, 38 ist in den Hauptdurchtritten 23, 24 zwischen dem Drosselplattenventil 35 durch ein Paar von Armen 39, 40 gelagert welche von den Seitenwandungen des Vergasergehäuses 16 ausgehen und Innendurchtritte aufweisen, um Bezin oder anderen Kraftstoff von einer (nicht gezeigten) Schwimmerkammer in Venturiabschnitte 37, 38 einzuführen. Ein ähnliches Paar von Venturiabsohnitten ist in den Hilfsdurchtritten 25, 26 gelagert.
Erfindungsgemäß sind Heizeinrichtungen in Form eines Paares langgestreckter rohrförmiger elektrischer Heizelemente 43, 44 in den Hauptdurchtritten 23, 24 gelagert und verlaufen unter die Venturiabsohnitte 37, 38 nach unten, wobei die unteren Enden der Elemente 43, 44 vorzugsweise etwas oberhalb der Dkostelventile 27, 28 angebracht sind. Ein Abstand in der Grbßenordnung von 6 mm ist befriedigend. Die Elemente 43, 44 senden somit Strahlungswärme in den Bereich unmittelbar stromabwärts des Mischbereiches, welcher durch die Venturiabschnitte 37, 38 festgelegt ist. Die auf diese Weise eingeführte Strahlungswärme hat auf die Luft, welche eine vergleichaweise niedrige Absorption aufweist, keine wesentliche Wirkung, jedoch weisen flüssige Kraftstofftröpfchen ein verhältnismäßig hohes Absorptionsvermögen auf, so daß im Ergebnis die flüssigen Kraftstofftröpfchen schnell durch Absorption der Strahlungswärme verdampft werden.
Es ist wichtig, daß die Elemente 43, 44 langgestreckt sind und parallel längs sowie dicht neben der Strönng des Luft/Kraftetoff-Gemisches zu dem Venturiabschnitt verlaufen. Die Intensität der Strahlungswärrne nimmt etwa mit dem Quadrat des Abstandes von einer Strahlungsquelle ab; somit ist es wichtig, daß die Elemente ao dicht wia möglich an dem Strömungsweg angeordnet sind. Es ist auch günstig, wenn jede Behinderung des Strömungsweges vermindert wird und wenn eine übermäßige unmittelbare Berührung der Kraftstofftröpfchen mit dem Heizelement vermindert wird, um eine unzuldesige Ausdehnung der Dämpfe sowie eine übermäßige Turbulenz zu vermeiden.
Die Heizelemente 43, 44 sind längs Abschnitten der Strömungswege angeordnet, die verhältnismäßig eng sind, so daß die Luft mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit durchströmt und eine minimale Wärmemenge auf dic Luft übertragen wird, während gleichzeitig die flüssigen Tröpfchen durch die Absorption der Strahlungawårme verdampft werden.
Die Heizelemente 43, 44 sind von gleichem Aufbau. Gemäß Fig. 5 umfaßt das Heizelement 43 ein Metallrohr 46, bei dem ein Kern 47 aus Keramikmaterial längsverlaufende Schlitze 48 aufweist, in denen ein Draht 49 aus Chromnickel oder anderem einenhohen elektrischen Widerstand aufweisenden Material gewickelt angeordnet ist. Die entgegengesetzten Enden des Drahtes 49 verlaufen durch eine Kappe 50 aus Keramikmaterial und sind mit den Enden von isolierten Drahten 51, 52 verbunden, die durch spaghettiartige Rohrglieder 53, 54 aus Isoliermaterial verlaufen. Wenn die Elemente 43, 44 richtig angeordnet sind, werden die Rohrglieder 53, 54 sowie die entsprechanden Rohrglieder für das Element 44 dicht gegen den Bolzen 18 gehalten;drnach wird ein C-förmiges Klemmband 56 rund um die Rohrglieder gelegt, dessen Enden mittels einer Schraube 57 zusammengezogen werden.
Obgleich nicht veranschaulicht, kann eine Abstandsfolie aus Isoliermaterial zwischen das Klemmband 56 sowie die Rohrglieder eingesetzt werden, und es kann ein Sicherheitsdraht vorgesehen sein, welcher den Kopf der Schraube 57 mit dem Bolzen 18 verbindet, um das Klemmband 56 auf Masse zu legen.
Die spaghettiartigen Rohrglieder sowie die darin angeordneten Drähte sind sehr steif, um die Heizelemente 43, 44 in festen Stellungen nach deren Anbringung zu halten. Die Drähte der Heizelemente können durch eine Öffnung 58 in der Grundplatte 14 des Buftreinigers zur Verbindung mit einer Stromversorgungssehal tung verlängert werden, wie nachfolgend in Verbindung mit Pig.
11 erläutert ist.
Die dargestellte Lageranordnung für die Elemente 43, 44 ist insofern vorteilhaft, als die Heizelemente leicht und schnell in einem Vergaser angebracht werden können. Zusätzlich sind die Elemente 43, 44 in solcher Weise aufgehängt, daß die Aufheizung des Gehäuses 16 vermindert wird In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß Wärme von den Hoizelementen gegen die Innenflächen der Gehäusedurchtritte fortgpflanzt wird, jedoch infolge Reflexion an diesen Innenflächen ein Teil der Wärme zu dem Weg des Luft/Kraftstoff-Go.misches zurückgeführt wird; mit Hilfe der zylindrischen Innenfläche des Durchtrittes 23 kann die Wärmestrahlungsenergie in gewissem Maß an dem zentralen Teil des Durchtrittes konzentriert werden, wo die Kraftstofftröpfchen ebenfalls konzentriert sind.
Es ist günstig, wenn die Venturiabschnitte 37, 38 in einem begrenzten Maß geheizt werden, jedoch sollte eine übermäßige Beheizung des Gehäuses sowie der Kraftstoffdurchtritte, welche zu dem Venturiteil führen, vermieden werden, weil eine Verdampfung des Kraftstoffes vor Erreichen des Venturiabschnittes eine richtigte und gleichförmige Strömung des Kraftstoffes verhindert kann.
Gemäß Fig. 6, 7 ist eine abgewandelte Form eines Heizelemettes 60 ähnlich den Heizelementen 43, 44 ausgebildet, mit der Ausnahme, daß es nicht zylindrisch sondern flach ist, um einen verbreiterten ebenen Bereich zur Portpflanzung von Strahlungswärme in die Flüssigkeitströpfchen zu schaffen, während eine minimale Störung mit der Strömung entsteht. Der Innenaufbau des Heizelementes ist nicht veranschaulicht, jedoch ähnlich demjenigen der Elemente 43, 44, wobei ein Draht auf einen Keramikkern innerhalb eines Metallgehäuses gewickelt ist. Die Enden des Drahtes sind mit isolierten Drähten 61, 62 verbunden; das Element 66 ann in der gleichen Weise wie die Elemente 43, 44 gelagert sein.
Gemäß Fig. 8, 9 sind vier elektrische Heizelemente 63, 64, 65, 66 von Ringform in einer Dichtung 67 zwischen dem unteren Ende des Vergasergehäuses 16 sowie einer Wandung 68 des Einlaßrohrverteilers der Maschine gelagert. Die elektrischen Heizelemente 63, 64 umgeben die unteren Enden der Haupbströmungsdurchtritte 23, 24 unterhalb der Hauptdrosselventile 27, 28, während die Elemente 65, 66 die unteren Enden der Hilfsströmungsdurchtritte unterhalb der Hilfsdrosselventile 31, 32 umgeben. Die Elemente 63 - 66 sind von identischer Ausbildung, wobei das Element 63 beispielsweise ein äußeres Metallgehäuse 70 mit darin mittels eines Kernes 72,vorzugsweise aus Keramikmaterial, gelagerten Widerstandsdrähten 71 umfaßt.
Vorzugsweise erstreckt sich die Dichtung über und unter die Elemente 63 - 66, um ein Wärmeisolationsmaterial zwischen den Elementen sowie dem Gehäuse 16 und der Wandung 68 des Einlaßrohrverteilers zu bilden. Die Elemente 63 - 66 dienen zur Fortpflanzung von Strahlungswärme in den verengten Weg, durch welchen das Kraftstoff/Luft-Gemisch strömt, sowie zur Verdampfung der flüssigen Tröpfchen. Dieser Anordnung fehlt ein wesentlicher Vorteil der anderen Anordnungen insofern, als die Abmessungen der Elemente in einer Richtung parallel zu der Strömungsrichtung verhältnismäßig gering sind und die Elemente einen wesentlichen Abstand von den Venturiabschnitten aufweisen. Gleich den anderen Anordnungen kann jedoch die Anordnung ohne Abänderung eines vorlieg;nden Vergasers eingebaut werden.
Die Verwendung zusätzlicher Heizelemente 65, 66 für die Hilfsdurchtritte stellt einen Vorteil beim Arbeiten mit hoher Beschleunigung und hoher Drehzahl dar, obgleich der Verbrauch an elektrischer Energie gesteigert wird. Zusätzliche elektrische Heizelemente gemäß Fig. 3 - 7 können in den Hilfsströmungs durchtritten angebracht werden, um verbesserte Ergebnisse zu erhalten. Ferner können die Elemente gemäß Fig. 3 - 7 in Verbindung mit der Anordnung,gemäß Fig. 8, 9 verwendet werden; die ringförmigen Elemente gemäß Fig. 8, 9 können oberhalb der Drosselventile angeordnet sein, wobei der Vergaser für diesen Zweck besonders ausgelegt ist.
Bei jeder vorangehend erwähnten Ausbildung der Heizelemente wird die Oberflächentemperatur des Metallgehäuses auf einem gleichförmigen Wert gehalten9 wobei der Widerstandsdraht gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen geschützt ist und ein größerer Oberflächenbereich zur Berührung mit flüssigen Kraftstofftropfchen sowie zur Fortpflanzung von Strahlungswärme in die flüssigen Kraftstofftröpfchen zur Verfügung steht.
In dem Schaubild nach Fig 10 ist die prozentuale Beschleanigungsänderung, welche durch Verwendung der Heizeinrichtungen erzielbar ist, als Funktion des durch die Einrichtungen fließenden Stromes aufgetragen. Die prozentuale Beschleunigungsänderung kann durch den Betrieb eines Kraftfahrzeuges bei einer gewissen gleichförmigen Geschwindigkeit auf einer ebenen Landstraße gemessen werden, wonach das Drosselventil in eine etwas mehr geöffnete Stellung bewegt und mittels einer Stoppuhr die erforderliche Zeit zur Erreichung einer gewissen höheren Geschwindigkeit gemessen wird, vorzugsweise unter Durchführung mehrerer Messungen bei jedem Wert des Heizstromes. Beim ilbergang von einem Heizstromwert zum anderen wird eine gewisse Zeit verstreichen gelassen, um sicherzustellen, daß die Einrichtungen eine gleichförmige Temperatur erreichen. Äquivalente Untersuchungen können unter Verwendung eines Dynamometers durchgeführt werden.
In Fig. 10 zeigt die Kurve 74 die prozentuale Beschleunigungsänderung, welche bei Einstellung mit voll geöffnetem Drosselventil erzielbar ist. Die prozentuale Beschleunigungsänderung steigt immer schneller an, wenn der Heizstrom zunimmt, bis ein Maximalwert erreicht wird. Nach Erreichen des Maximalwertes reduziert sich die Beschleunigungsänderung stetig, bis ein verhältnismäßig hoher Strom eingespeist ist. Die Kurve 75 zeigt den zu erzielenden Funktionsverlauf, wenn das Drosselventil in eine Zwischenstellung bewegt wird. Diese Kurve hat die gleiche allgemeine Form wie die Kurve 74, jedoch wird der Extremwert bei einem niedrigen Stromwert erreicht.
Es ist sehr schwierig, eine genaue Messung der Beschleunigung bei geringeren Drosselventileinstellungen zu erzielen, jedoch zei.
gen Untersuchungen, daß eine Kurve ähnlich der gestrichelten Kurve 76 erhalten wird.
Bei der Erläuterung der angegebenen Ergebnisse zeigt sich, daß unter Gleichgewichts bedingungen oder bei einem stetigen Betriebszustand die den Heizelementen zugeführte elektrische Leistung gleich der von den Elementen pro Zeiteinheit abgeleiteten und abgestrahlten Energie ist. Für Wärmestrahlung ändert sich die gesamte Abstrahlleistung eines Körpers mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur, während die elektrische Leistung proportional dem Quadrat des Stromes ist. Somit steigt die Wärme, welche den flüssigen Kraftstofftröpfchen durch unmittelbare Berührung sowie in Form von Strahlungsenergie zugeführt wird, annahernd mit dem Quadrat des Stromes. Die Verdampfung der Kraftstofftröpfchen steigt, und die Leistung wird in annähernd der gleichen Weise verbessert, bis ein Punkt erreicht wird, an dem die flüssigen Tröpfchen im wesentlichen vollständig verdampft sind. Danach kann der Strom gesteigert werden, ohne wesentliche Einwirkung auf die Verdampfung, jedoch bewirkt die gesteigerte Wärme eine Anhebung der Temperatur sowie eine Ausdehnung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Dies erzeugt einen Zustand, bei dem tatsächlich weniger Kraftstoff und Luft in den Einlaßrohrvert£iler und in die Zylinder der Maschine geführt werden. Als Ergebnis nimmt die Leistung bei steigendem Strom stetig ab. Weil die gesteigerte Verdampfung des Kraftstoffes erzielt wird, ist es möglich, eine größere Luftmenge dem Vergaser zuzuführen, was bei der gezeigten Anordnung durch die Löcher 21 in der Luftreiniger-Grundplatte 14 erfolgt. Jedoch erhält man ohne die gesteigerte Verdampfung keine wesentliche Leistungsverbesserung durch die Zufuhr zusätzlicher Luft.
Wenn die Drosselöffnung reduziert ist, erfolgt eine Reduzierung der Geschwindigkeit der Strömung und der Zufuhr der Kraftstofftröpfchen, so daß die vollständige Verdampfung bei einem niedrigeren Stromwert erzielt werden kann.
Beim einem Stromwert gemäß der Linie 77 wird eine Spitzenleistung bei voll geöffneter Drosselventileinstellung erreicht.
Mit diesem Stromwert wird ie Leistung bei der Zwischeneinstellung des Drosselventils reduziert, jedoch lediglich leicht, so daß eine optimale Gesamt'eistung bei einem Stromwert 77 erzielt wird.
Um den einer besonderen Maschine mit einem oder mehreren Heizelementen von gewissen Abmossungen, gewisser Form und gewisser Anordnung zuzuführenden Optimalwert der elektrischen Leistung zu bestimmen, kann das vorangehend erwähnte Untersuchungsverfahren verwendet werden. Wahlweise kann folgende empirische Formel verwendet werden: y = D/CHK Hierbei bedeuten P die in das oder die Heizelemente eingespeiste elektrische Leistung in Watt; D den Hubraum der Maschine in cm39 C eine Kraftstoffkonstante in Anpassung an das Verdichtungsverhältnis der Maschine; H einen Wärmefaktor entsprechend dem Verhältnis des Anteils des Flächenbereiches des Heizelementes, das Strahlungswärme in das Kraftstoffgemisch einspeist, zu dem Gesamtflächenbereich des Elementes; K eine Konstante mit einem Wert von etwa 8,2 - 24,6, vorzugsweise im Bereich von 12,1 - 18, am besten mit einem Wert von etwa 15,6.
Hinsichtlich der Konstante 5 sollte weniger Leistung zugeführt werden, wenn ein hochwertiger Kraftstoff verwendet wird, wie er für höher verdichtete Maschinen empfohlen wird. Wenn ein geringwertiger Kraftstoff in einer eine hohe Verdichtung auf weisenden Maschine verwendet wird, kann die Leistung etwas gesteigert werden.
Wenn ein Kraftstoff von höherer Qualität in Verbindung mit einer eine niedrigere Verdichtung aufweisende Maschine verwendet wird, kann in gleicher Weise die Leistung etwas reduziert werden.
Der Wärmefaktor H kann aus der physikalischen Form und Anordnung des Heizelementet geschätzt oder durch Versuch bestimmt werden. Beispielsweise wird mit einem Heizelement in der Anordnung gemäß Fig. 3, 4 ein Faktor von 0,5 geschätzt.
Insbesondere befindet sich mehr als die untere Längenhälfte des Elementes direkt entgegengesetzt zu dem Weg des Kraftstoff/ Luft-Gemisches, und die von der oberen Hälfte des Elementes fortgepflanzte Wärme hat eine gewisse Wirkung; da jedoch eine Seite des Elementes der Gehäusewandung zugewendet ist, würde ein Teil der Strahlungswärme durch die Wandung absorbiert, ohne in den Weg des Kraftstoff/Luft-Gemisches reflektiert zu werden. Daher wird geschätzt, daß etwa die ffälfte der Wärme auf das Kraftstoff/Luft-Gemitch übertragen wird. Wahlweise kann der Faktor durch Bestimmung der erforderlichen Leistung P bestimmt werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen, wonach der Wert H aus der obigen Formel berechnet wird, wenn K auf den Wert 15,6 festgelegt wird.
Die Kurven gemäß Fig. 10 zeigen die Beschleunigungsänderung als Bunktion von Änderungen des Heizstromes, jedoch werden ähnliche Verbesserungen hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Kilometerleistung erzielt. Auch wird gemäß den obigen Ausführungen der Kaltwetterstart verbessert, weil die Wärme menge nicht nur zur vollständigen Verdampfung der flüssigen Kraftstofftröpfchen ausreicht, sondern auch zur Ausdehnung des verdampften Kraftstoffes, so daß ein Gemisch mit einem hohen Anteil an verdampftem Kraftstoff die Zylinder zu erreichen vermag. Die Flutung wird wegen der gesteigerten Verdampfung des Kraftstoffes vermindert. Die gesteigerte V ereampTuhR Ge Kraftstoffes ist auch sehr wichtig zur Erleichterung des Startes unter Bedingungen hoher Umgebungsfeuchtigkeit sowie auch zur Verminderung von Aussetzern in der Maschine.
Fig. 11 zeigt eine elektrische Schaltung zur Energiebeaufschla gung der Heizelemente. Die Elemente 43, 44 liegen parallel swischen Masse sowie einem Punkt 79, welcher ueber eine. Sicherung 80 mit einem Punkt 81 verbunden ist, der über eine Leitung 82 an Zubehörteilen des Kráftfahrzeuges und auch an Schalteranschlüssen liegt, die durch einen schlüsselbetätigten Schalterkontakt 83 sowohl beim normalen Lauf oder in der normalen Zündstellung als auch in der "Zubehör"-Stellung zu beeinflussen sind. Der Kontakt 83 sowie ein zweiter Kontakt 84 liegt an einem Anschluß einer Batterie 85, deren anderer Anschluß-mit Masse verbunden ist. In der Zündstellung liegt der Kontakt 84 gegen einen Anschluß an, welcher über eine Leitung 86 mit dem ZUndsystem der Maschine verbunden ist. Durch diese Anordnung werden die Heizelemente 43, 44 in jeder Stellung des Schalters beaufschlagt, insbesondere dann, wenn die Maschine in Betrieb ist.
Beim Start, insbesondere beim Kaltwetterstart, wird der Scha1-ter in die Zubehdrstellung bewegt, wobei die Elemente über etwa 30 Sekunden beaufschlagt werden, um eine Betriebstemperatur zu erreichen, Daa Beschleunigerfußpedal wird alsdann etwa viermal niedergedrückt, um Kraftstoff in den Vergaser zu pumpen, wobei der Kraftstoff durch die Wärme verdampft wird; wenn alsdann der Schalter in die Startstellung bewegt wird, erfolgt anfänglich die Aufgabe eines sehr fetten Gemisches zu der Maschine, um deren Start unmittelbar zu bewirken. Die Schaltung nach Fig. 1 kann auch mit anderen Arten von Heizelementen verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in Verbindung mit Kraftfahrzeugmaschinen beschränkt, sondern kann auch für Schiffs- und Flugzeugmaechinen oder ortsfeste Maschinen verwendet werden. In Verbindung mit Schiffsmaschinen ergibt die Erfindung ein wichtiges Sicherheitsmerkmal insofern, als die Verdampfung des Kraftatoffs den Start bei einem Minimum an Kraftstoff ermöglicht, um die Feuergefahr zu vermindern; eine gesteigerte Kraftstoffmenge wird benStigt, um den Peuchtigkeitsfaktor za überwinden, wenn die erfindungsgemäße Einrichtung nicht in dem Vergaser vorgesehen ist, Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, daß Heizelemente in dem Strömungsweg einzelner Zylinder angebracht werden, beispielsweise durch Anbringung eines besonderen Elementes in der Nachbarschaft jedes Einlaßventils.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbetserung der Leistung einer Brennkraftmaschine, die unter bestimmten normalen Bereichen der Belastung, Drehzahl und Umgebungstemperaturbedingungen zu betreiben ist, und ein Luft/Kraftstoff-Mischelement sowie einen Strömungsweg zur Einströmung eines GemischeS aus Luft und Kraftstoff von dem Mischelement zur Verbrennung in der Maschine umfaßt, wobei Drosselventilelemente in dem StrömUngSWeg vorgesehen sind, um die Strömung des Gemisches aus Luft und Kraftstoff zu steuern, und die Maschine solche Nennwerte aufweist, daß eine optimale Menge von zugeführter Strahlungswärme zur Steigerung der Verdampfung des Kraftstoffes innerhalb des Strömungsweges die Abgabe eines maximalen Durchschnittsdrehmomentes und einer maximalen Beschleunigung bedingt5 wenn ein Betrieb innerhalb des normalen Lastbereiches, normaler Drehzahl und normaler Umgebungstemperatur stattfindet, während bei voll offenem Drosselventil das Durchschnittsmoment sowie die Beschleunigung proportional einer Reduzierung der Strahlungswärmemenge unter die optimale Menge und auch proportional einer Steigerung der Strahlungswärmemenge über die optimale Menge reduziert werden, gekennzeichnet durch Anbringung eines elektrischen Heieelementes in dem Strömungsweg zur Abstrahlung von Wärme in das Luft/Kraftstoff-Gemisch sowie zur Steigerung der Kraftstoffverdampfung und Herstellung von Verbindungen zur stetigen Einspeisung einer optimalen Menge elektrischer Leistung in die Heizelemente zu jeder Zeit während des Betriebes der Maschine, wobei die optimale elektrische Leistung gemäß den Kennwerten der Maschine bestimmt wird und wirksam ist, um eine Abstrahiung der optimalen Strahlungswärme von dem Heizelement in das Luft/Kraftsoff-Gemisch innerhalb des Strömungsweges hervorzurufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnung des Heizelementes an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils.

3. Verfahren nach Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, daß für die Luft/Kraftstoff-Vermischung ein Vergaser mit einem Hauptventuriabschnitt verwendet wird und eine Kraftstoff zuleitung mit dem Hauptventuriabschnitt in Verbindung steht und daß das Drosselventilelement gegenüber dem Venturiabachnitt stromabwärts angeordnet wird, wobei das Heizelement in dem Vergaser zwischen dem Venturiabschnitt sowie dem Drosselventilelement angeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine zum Antrieb eines Fahrzeuges geeignet ist, daß die optimale Menge elektrischer Leistung durch eine Untersuchung bestimmt wird, wobei zuerst das elektrische Heizelement in dem Luft/Kraftstoff-Strömungsweg der Maschine angeordnet, der elektrische Strom durch das Heizelement stufenweise von einem Stromwert zu einem anderen verändert und bei jedem elektrischen Stromwert das Drehmoment sowie die Beschleunigung der Maschine gemessen werden, indem die Maschine zuerst im Sinne des Antriebes eines Fahrzeuges bei einer gewissen gleichförmigen Geschwindigkeit auf einer ebenen Straße betätigt und danach das Drosselventil in die volle Öffnungsstellung bewegt und die erforderliche Zeit zur Beschleunigung auf eine gewisse höhere Geschwindigkeit auf einer ebenen Straße'gemessen werden, daß die gleichförmige Geschwindigkeit und die höhere Geschwindigkeit den Grenzen des normalen Drehzahlbereiches beim Betrieb der Maschine entsprechen und daß die Beschleunigungsmessungen bei durchschnittlichen Umgebungstemperaturbediñgeg durchgefuhrt werden, wobei die Beschleunigungswerte bei einer Anzahl elektrischer Stromwerte gemessen werden, die ausreichen, um einen Stromwert aufzubauen, bei welchem eine maximale Beschleunigung erhalten wird, wobei die optimale Menge elektrischer Leistung aus dem Widerstandswert des Heizelementes und dem Stromwert bestimmt werden, bei welchem die maximale Beschleunigung erhalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 4 zur Verbesserung der Leistung einer Brennkraftmaschine bei gewissen normalen Bereichen der Last, der Drehzahl, sowie der Umgebungstemperatur, wobei die Maschine ein Luft/ Kraftstoff-Mischelementt einen Strömungsweg zur Eröglichung der Strömung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches von dem Mischelement zur Verbrennung in der Maschine und ein Drosselventil zur Steuerung der Strömung des Luft/Kraftstoff-Gemisches umfaßt und solche Kennwerte aufweist, daß eine optimale Menge von zugeführter Strahlungswärme zur Steigerung der Verdampfung von Kraftstoff innerhalb des Strömungsweges die Abgabe eines maximalen Durchschnittsarehmomentes und entsprechender Beschleunigung seitens der Maschine beim Arbeiten innerhalb der normalen Be reiche von Last, Drehzahl und Umgebungstemperatur ergibt, wenn das Drosselventil voll geöffnet ist, wobei das durchschnittliche Drehmoment und die durchschnittliche Beschleunigung proportional einer Reduzierung der Strahlungswärmemenge unter die optimale Menge reduziert werden und auch eine proportionale Reduzierung entsprechend einer Steigerung der Strahlungswärme über den Optimalwert erfolgt, gekennzeichnet durch Heizelemente (43, 44), Bauelemente (53, 54) zur Anordnung der elektrischen Heizelemente in dem Strömungsweg (23, 24) und elektrische Anschlußelemente (79) zur stetigen Zuführung einer optimalen elektrischen Leistungsmenge zu den Heizelementen zu jeder Zeit während des Betriebes der Maschine, wobei die optimale Menge der elektrischen Leistung gemäß den Kennwerten der Maschine bestimmt und wirksam ist, um eine Abstrahlung der optimalen Strahlungswärmemenge von den Heizelementen in das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Strömungsweges zu bewirken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizelemente (43, 44) ein elektrisches Heizelement mit einer äußeren Metallummantelung (46), einer Isolierung (47) innerhalb der Ummantelung sowie einem Widerstandsdraht (48) umfassen, welcher durch das Isolierelement innerhalb der Ummantelung gelagert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (46) allgemein zylindrisch ist.

8. Vorrichtung nech Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung allgemein flache Porm aufweist (Heizelement 60 in Fig. 6, 7).

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg der Maschine durch eine Metallwandung gebildet ist und daß die Elemente zur Anbringung der elektrischen Heizelemente (43, 44) in dem Strömungsweg Bauelemente (53, 54) zur Aufhängung der elektrischen Heizelemente in dem Strömungsweg in solcher Weise umfassen, daß die direkte Wärmeleitung von der äußeren Metallummantelung (46) zu der Metallwandung (23) vermindert wird.