DE2331556A1

DE2331556A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2331556A1
Application number: DE2331556A
Authority: DE
Inventors: William Thomas Whittlesey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-17
Also published as: FR2190159A5; IT989276B; JPS4956028A

Description

Patentanwälte

Dipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tischer BERLIN-GRUNEWALD MÜNCHEN

8 München 2, den 20. -

Tal

Fernspr. 221298 2331556

/En

William Thomas Whittlesey Chatteris, Cambridgeshire (Großbritannien)

Tony Edwin Alterton March, Cambridgeshire (Großbrit anni en)

Louis Reginald Skeels

Long Drove, Coldham, Wisbech, Cambridgeshire

(Großbritannien)

Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum, einer Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff und Luft zum Brennraum sowie einem Auslaßsystem für die Verbrennungsgase, wobei dem Brennraum zusätzlich Wasser zugeführt wird.

Es ist bekannt, zerstäubtes Wasser in die Luft- und Brennstoffzuführung von Brennkraftmaschinen in Hochleistungs-Kraftfahrzeugen, z.B. Schlepper, einzuspritzen, um ihre Leistung noch weiter zu erhöhen. Die zum Zerstäuben von Wasser für diesen Zweck bekannten Einrichtungen erfordern jedoch oft einen hohen Kostenaufwand. Darüberhinaus verbessern die Ein-

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richtungen die Wirtschaftlichkeit der mit ihnen ausgerüsteten Kraftfahrzeuge nicht erheblich und' sind auch nur geeignet bei Verwendung von Brennstoffen mit hoher Oktanzahl oder von anderen Spezialbrennstoffen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Einrichtung für die Zufuhr von Wasser zu schaffen, mit der es möglich ist, für die Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen Brennstoffe mit niedriger Oktanzahl, beispielsweise bleifreie Brennstoffe, zu verwenden, wobei zugleich der Anteil umweltverschmutzender Stoffe in den Abgasen der Brennkraftmaschinen vermindert wird. Zusätzlich soll die Wirtschaftlichkeit der Brennkraftmaschine mit geringem Kostenaufwand verbessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art durch ein Wasser enthaltendes Reservoir, das zum Wärmetausch mit dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist, und eine Speiseleitung für Wasserdampf vom Reservoir zum Brennraum gelöst.

Wenn beispielsweise die Einrichtung für die Zufuhr Brennstoff und Luft einen Vergaser oder ein Brennstoffeinspritzsystem aufweist, kann der Wasserdampf in die zum Brennraum strömende Luft oder in das Brennstoff-Luft-Gemisch eingespeist werden. Vorzugsweise wird der Wasserdampf in die Luft vor dem Vergaser oder vor dem Brennstoffeinspritzsystem eingespeist. Ist ein luftfilter für die anzusaugende Luft vorhanden, muß der Wasserdampf in die Luft zwischen dem filter und dem Brennraum eingespeist werden.

Das Reservoir kann so ausgeführt werden, daß es nur von einem Teil eines Auslaßrohrs des Auslaßsystems der Brennkraftmaschine Wärme aufnimmt, jedoch wird das Reservoir vorzugsweise so ausgebildet, daß es ein Auslaßrohr des Auslaßsystems umgibt und Wärme vom ganzen Umfang des Auslaßrohrs aufnimmt.

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Um den Wasserspiegel in dem Reservoir im wesentlichen konstant zu halten, kann eine Schwimmerkammer benutzt werden, und oberhalb des Wasserspiegels sollte ein Raum vorgesehen sein, aus dem der angesammelte Wasserdampf durch einen Auslaß abgezogen wird. Dieser Auslaß für den Wasserdampf ist vorzugsweise auf einer Seite des Reservoirs nahe dem oberen Ende angeordnet und gegenüber dem Auslaß ist ein Lüftungsloch vorgesehen,um zu verhindern, daß Wasser aus dem Reservoir in den Brennraum gelangt. Es wurde gefunden, daß die Anordnung cfes Lüftungslochs gegenüber dem Auslaß für den Wasserdampf besonders wirksam ist. Das Lüftungsloch sollte selbstverständlich nicht so groß sein, daß der ganze Wasserdampf aus dem Raum entweichen kann. Gegebenenfalls kann das Lüftungsloch mit einem Filter versehen werden.

Die dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine entnommene Wärme erwärmt das JWasser im Reservoir und erzeugt Wasserdampf. Dieser Wasserdampf wird dem Brennraum bzw. den Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeführt. Die von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgaswärme hängt von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab, und damit hängt auch die dem Brennraum zuströmende Wasserdampfmenge von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Eine Kondensatorkammer kann in der Speiseleitung für den Wasserdampf vorgesehen werden, so daß bei vermindertem Ansaugen der Brennkraftmaschine sich etwas Wasserdampf in der Kondensatorkammer staut und der Rest kondensiert und daß Kondenswasser in das Reservoir zurückfließt. Wenn die Saugwirkung wieder erhöht wird, gewährleistet der in der Kondensatorkammer noch vorhandene Wasserdampf eine angemessene Zufuhr von Wasserdampf in den Brennraum, bis die von den Verbrennungsgasen abgegebene erhöhte Wärmemenge das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch wieder herstellt.

Es ist wichtig, daß nasser Wasserdampf in den Brennraum eingespeist wird, wenn der volumetrische Wirkungsgrad der

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Brennkraftmaschine so hoch wie möglich gehalten werden soll, denn ein Einspeisen von trockenem Heißdampf "beeinträchtigt den Wirkungsgrad. In der Kondensatorkammer wird der vom Reservoir kommende Dampf gekühlt, so daß trockener Dampf im wesentlichen nicht in den Brennraum gelangt.

Handelt es sich "bei der Brennkraftmaschine um einen Dieselmotor, muß der Wasserdampf direkt in die Luftzuführleitung zum Brennraum eingespeist werden.

Es ist klar, daß "bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehr Vergasern entweder Speiseleitungen zu jedem Vergaser von einem einzigen Reservoir oder von je einem Reservoir für jeden Vergaser führen können. Bei V-Motoren können die fieservoire auf gegenüberliegenden Seiten des Motors vorgesehen werden, wobei jedem Auslaßsystem ein Reservoir zugeordnet ist.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele Es zeigen:

Pig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine ■Querst rom-Brennkraftirascüine,

Pig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1,

Fig. 3 eine gegenüber Pig, 1 und 2 abgeänderte ' Form des Reservoirs.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Brennkraftmaschine enthält wenigstens einen Brennraum '!£:. eine Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff und Luft sum Brennraum 12 sowie ein Auslaßsystem zum Abführen der Verbrennungsgase aus dem Brennraum 12. Ein Reservoir 13 für Wasser is"c so nahe wie beglich am Auslaßsamme1rohr der Brennkraftmaschine 1o angeordnet. An dieses Reservoir 13 ist ein Einlaßrohr 16 angeschlossen, um das Reservoir 13 mit Wasser zu speisen, und der Wasserstand im Reservoir 13 wird durch alne äußere Schwimmerkammer 21 mit

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Ventil im wesentlichen konstant gehalten. Die Schwimmerkammer 21 ist von üblicher Bauart, jedoch sollte der Schwimmer der Schwimmerkammer 21 vorzugsweise aus Kunststoff "bestehen, so daß Korrosion ausgeschlossen ist. Wie ersichtlich, ist die Wärmetauschfläche 24- zwischen dem Reservoir 13 und dem Auslaßrohr Ί6 vollständig vom Wasser bedeckt, und der Wasserdampf sammelt sich in einem Raum 26 oberhalb des Wasserspiegels 2o. Dieser Baum 26 ist genügend groß ausgelegt,um Wasserwellen oder -spritzer, die durch das Aufwallen beim Kochen des Wasser oder durch die Bewegung eines Kraftfahrzeugs entstehen, in das die Brennkraftmaschine eingebaut ist, abzufangen. Auf einer Seite des Reservoirs 13 ist ein Auslaß 28 vorgesehen, und zwar nahe dem oberen Ende desselben, so daß Wasserdampf sich oberhalb des Auslasses 28 nicht ansammeln kann. Gegenüber dem Auslaß 28 ist ein Lüftungsloch J>o vorgesehen, das ein Einströmen von Luft in den Raum 26 ermöglicht, um zu verhindern, daß der Wasserspiegel ansteigt, wenn ein übermässiges Ansaugen am Auslaß 28 stattfindet, und das ferner als Überlauf-Auslaß für den Fall dient, daß der Wasserspiegel doch ansteigen sollte. Es wurde gefunden, daß bei Anordnung des Lüftungsloches 3o unmittelbar gegenüber dem Auslaß 28 Wasserdampf durch Ansaugen wirksam über den Auslaß 28 abgezogen werden kann.

Ein Schlauch 32 verbindet den Auslaß 28 mit einem Einlaß im Boden einer Kondensatorkammer 34-, cLLe nach unten zum Einlaß hin verjüngt ausgebildet ist, so daß etwa aus dem Wasserdampf sich bildendes Kondenswasser durch den Schlauch 32 in das Reservoir 13 zurückfließt. Ein weiterer Schlauch 36 verbindet einen Auslaß am oberen Ende der Kondensatorkammer 34-mit einem Einlaß am oberen Ende des Gehäuses 38 eines Luftfilters. Das G-ehäuse 38 hat einen Auslaß 4-o, der auf einem Vergaser der Brennkraftmaschine 1o montiert ist, und enthält einen ringförmigen !Filtereinsatz 44·, der die Mündung des Auslasses 4o umgibt. Luft wird in der bekannten Weise durch einen

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ORIGINAL INSPECTED

Einlaß 46 in das Gehäuse 3S des Luftfilters eingesaugt und strömt durch den Filtereinsatz 44 hindurch. Es ist wichtig, daß durch den Schlauch 36 Wasserdampf in das Gehäuse 38 auf der Abströmseite des Filtereinsatzes 44 bezogen auf den Luftstrom gelangt. Ein Loch 48 ist im Boden des Gehäuses 38 vorgesehen, so daß beim Stillsetzen der Brennkraftmaschine auf dem Filtereinsatz oder den inneren Wänden des Gehäuses 38 sich niederschlagendes Kondenswasser durch das Loch 48 abfließen kann. Das Loch 48 ist auf der anderen Seite des Filtereinsatzes 44 nicht vorgesehen, denn es sit erwünscht zu verhindern, daß Luft von der Brennkraftmaschine angesaugt wird, die den Filtereinsatz 44 nicht durchströmt hat.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Reservoir 13 durch eine Kammer 14 gebildet ist, die ein Auslaßrohr 16 des Auslaßsystems umgibt, und mit einem schräg nach oben verlaufenden Rohr 19 verbunden ist. Die Kammer 14 ist als Zylinder ausgebildet, dessen obere und untere Stirnwand je eine öffnung für den Durchgang des Auslaßrohrs 16 aufweisen. Die Stirnwände sind am Umfang des Auslaßrohrs 16 angeschweißt. Der an der Wärmetauschfläche 24 erzeugte Dampf durchströmt das kühlere Wasser im Rohr 19 und sammelt sich im Raum 26 an.

Gemäß Fig. 3 ist das Reservoir 13 als Rohr ausgebildet, das etwa den gleichen Durchmesser aufweist wie das Auslaßrohr 16. Das untere Ende des Reservoirs 13 ist so zugeschnitten, daß es am Auslaßrohr 16 angeschweißt werden kann, wie in Fig· 3 gestrichelt angedeutet ist. Ein Teil der Außenfläche des Auslaßrohrs 16 bildet also den Boden des Reservoirs 13 und damit die Wärmeauschfläche 24. Im übrigen entspricht die Ausführungsform nach Fig. 3 der nach Fig. 1 und 2.

Im Betrieb wird im Reservoir 13 nach Fig. 1 und 2 oder 3 an der Wärmetauschfläche 24 Wasserdampf erzeugt, der durch den Wasservorrat im Reservoir 13 aufsteigt und sich im Raum 26 sammelt. Durch das Ansaugen der Brennkraftmaschine über

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OFUGINAL INSPECTED

den Vergaser 42 hinweg strömt der Wasserdampf durch den Auslaß 28 und den Schlauch 32 in die Kondensatorkammer 34. Er gelangt dann weiter durch den Vergaser 42 in den Brennraum 12 "bzw. in die Brennräume der Brennkraftmaschine.

Der an der Wärmetauschfläche 24 erzeugte Wasserdampf ist trockener Heißdampf, der den volumetrischen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ungünstig beeinflussen würde, wenn er in dieser Form in den Brennraum gelangt. Per Heißdampf wird jedoch beim Durchgang durch das Wasser im Reservoir 13 gekühlt, und ferner findet in der Kondensatorkammer 34 eine weitere Abkühlung statt, so daß Naßdampf in den Brennraum 12 gelangt, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad so hoch wie möglich gehalten wird. Da der zusätzlich in den Brennraum eingespeiste Wasserdampf wie ein Gas zugeführt wird, ergibt sich eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung auf die Brennräume von Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern. Die von der Brennkraftmaschine entwickelte Abgaswärme hängt von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab und damit hängt auch die erzeugte, dem Brennraum zuströmende Wasserdampfmenge von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Wenn die Drosselklappe des Vergasers geschlossen wird, staut sich der Wasserdampf in der Kondensatorkammer 34 und der tTberschuß an Wasserdampf kondensiert hier. Das Kondenswasser fließt in das Reservoir 13 zurück. Wenn die Drosselklappe dann wieder geöffnet wird, ist der freie Zustrom von Luft aus der Atmospäre durch den Widerstand des Filtereinsatzes 44 eingeschränkt, und dadurch wird der Druck in allen Teilen der dargestellten Einrichtung reduziert, wodurch das Wasser im Reservoir 13 schneller zum Aufkochen kommt. Zusammen mit dem Wasserdampf, der in der Kondensatorkammer 34 noch vorhanden ist, wird eine ausreichende Wasserdampfzufuhr gewährleistet, bis die Abgaswärme, die aus der stärkeren Verbrennung von Brennstoff beim öffnen der Drosselklappe entsteht, das Gleichgewicht zwischen der erzeugten Wasserdampfmenge und der gewünschten, dem Brennraum zuzuführenden Wassermenge ergibt.

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Claims

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Patentansprüche

/1J Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum, einer Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff und Luft zum Brennraum sowie einem Auslaßsystem für die Verbrennungsgase, wobei dem Brennraum zusätzlich Wasser zugeführt wird, gekennzeichnet durch ein Wasser enthaltendes Reservoir (13)? aas zum Wärmetausch mit dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist, und eine Speiseleitung (32, 34-, 36, 38, 4-0, 4-2) für Wasserdampf vom Reservoir (13) zum Brennraum (12).
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die Speiseleitung (32, 34-, 36, 38, 4-0, 4-2) so angeschlossen ist, daß der Wasserdampf in die Luft eingeführt wird, die zur Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff und Luft (38, 4-2) strömt.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Schwimmerkammer (21), um den Wasserspiegel (2o) im Reservoir (13) im wesentlichen konstant zu halten.
4·. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3i dadurch gekennz eichnet, daß das Reservoir (13) einen Raum (26) oberhalb des Wasserspiegels (2o) aufweist, daß ferner auf einer Seite des Reservoirs (13) nahe am oberen Ende desselben ein Auslaß (28) vorgesehen ist, und daß auf der dem Auslaß (28) gegenüberliegenden Seite des Reservoirs (13) ein Lüftungsloch (3o) vorgesehen ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem dor vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η " eichnet, da^ die Sne.i se i oit.nrp" ( ^'\ -Vi-, ~6kr>, ->S, 4·ο , -'J-"¹^ ο int¹ iv^KiiMipat or— kammer (Ά-) pnthält:.

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BAD ORfGiNAL
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff und Luft einen Vergaser (4-2) und ein Gehäuse (38 mit einem Filtereinsatz (44) enthält, daß ferner das Gehäuse (38) auf dem Vergaser (4-2) montiert ist, und daß eine Leitung (36) für die Zufuhr von Wasserdampf und von der Kondensatorkammer (34) zum Vergaser (42) auf der Abströmseite des Filtereinsatzes (44) in bezug auf den Luftstrom am Gehäuse (38) angeschlossen ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (13) durch eine Kammer (14) gebildet ist, die ein Auslaßrohr (16) des Auslaßsystems umgibt (Fig. 1 und 2).
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (13) durch ein Rohr gebildet ist, dessen unteres Ende an einem Auslaßrohr (16) angeschweißt ist (Fig. 3)·

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