DE2455218A1

DE2455218A1 - Vorrichtung zum erzeugen eines kraftstoff-luft-gemisches

Info

Publication number: DE2455218A1
Application number: DE19742455218
Authority: DE
Inventors: Elmo Claude Authement
Original assignee: AUTHEMENT
Current assignee: AUTHEMENT
Priority date: 1974-07-23
Filing date: 1974-11-21
Publication date: 1976-02-12
Also published as: GB1468080A; JPS538848B2; FR2279941A1; JPS5114532A; US3963013A; IT1027771B

Description

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ELMO CLAUDE AUTHEMENT, Thibodaux, Lousiana (Y.St.A.) GASPER GUS YARVARO, Thibodaux, Louisiana (V.St.A.) PRANK SHERMAN STUPKA, Bogalusa, Louisiana (V.St.A.) OBIERGE JOSEPH WAGUESPACK, Thibodaux, Louisiana (V.St.A.) SIDNEY JOSEPH TABOR, Thibodaux, Louisiana (V.St.A.) MARIO RAMON GUELL, Bogalusa, Louisiana (V.St.A.)

Vorrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches

Angesichts der zunehmenden Bedeutung des wirtschaftlichen Verbrauchs von Kraftstoff und der Verminderung des Gehalts von luftverunreinigenden Stoffen in den Abgasen sind verschiedene Maßnahmen geprüft und bewertet worden, die das Ziel haben, den Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren zu erhöhen und die Menge der von ihnen erzeugten luftverunreinigenden Stoffe herabzusetzen. Dabei wurde festgestellt, daß bei den meisten der zum Zuführen von Luft und Kraftstoff dienenden Vorrichtungen die mit ihnen versehenen Motoren bei einer gegebenen Betriebstemperatur mit einem optimalen Wirkungsgrad, bei einer anderen Betriebstemperatur dagegen mit einem zu niedrigen Y/irkungsgrad arbeiten. In den zum Zuführen von Luft und Kraftstoff dienenden Vorrichtungen sind schon verschiedene Mittel vorgesehen worden, die den Kraftstoffverbrauch

und die Erzeugung von luftverunreinigenden Stoffen herabsetzen sollen, doch haben sich zahlreiche dieser Einrichtungen mindestens bis zu einem gewissen Grade als unwirksam erwiesen.

Beispiele von bisher patentierten Vorrichtungen zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches sind in den USA-Patentschriften 3 789 817, 3 765 382, 3 738 334, 3 728 856, 3 699 938, 3 667 436, 3 618 579, 3 554 174, 3 496 919, 3 354 872, 2 748 758, 2 461 411 und 2 205 750 angegeben.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ζμηα Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches sind ein üblicher Vergaser zum Anlassen des kalten Verbrennungsmotors sowie eine Einrichtung vorgesehen, die dazu dient, nach dem Erreichen der Betriebstemperatur die zuzuführende Luft zu erhitzen und flüssigen Kraftstoff in mindestens einem Teil der erhitzten zuzuführenden Luft zu versprühen, so daß der Kraftstoff vollständig verdampft wird, worauf die erhitzte und mit dem verdampften Kraftstoff angereicherte Luft durch den üblichen Vergaser geführt wird, während beim Erreichen der Betriebstemperatur die Zufuhr von flüssigem Kraftstoff zu dem üblichen Vergaser beendet wird.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches dienenden Vorrichtung, die bei einem Verbrennungsmotor den Kraftstoffverbrauch und die Erzeugung von luftverunreinigenden Stoffen wenigstens dann herabsetzen kann, wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat.

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Im Zusammenhang mit dieser Aufgabe /besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches dienenden Vorrichtung, die ohne weiteres in derzeit übliche Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge während der Herstellung dieser Motoren eingebaut werden kann. .

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Vorrichtung, die ohne weiteres zu bereits im Gebrauch stehenden Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen hinzugefügt werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches dienenden Vorrichtung mit einem Lader, der dazu dient, im Betrieb des zugeordneten Motors in dem Ansaugkrümmer anstatt eines Unterdruckes einen Überdruck zu erzeugen und dadurch die Ausgangsleistung eines Motors von gegebener G_röße zu erhöhen, so daß ein kleinerer, erfindungsgemäß ausgebildeter Motor dieselbe Leistungskapazität hat wie ein beträchtlich größerer Motor, der mit einem üblichen Luft- und Kraftstoff-Zuführungssystem versehen ist.

Schließlich besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches dienenden Vorrichtung, die in üblicher Weise hergestellt werden kann, im Aufbau einfach ist und im wesentlichen automatisch arbeitet, so daß die Vorrichtung wirtschaftlich, dauerhaft und relativ störungsfrei ist.

Die Erfindung schafft für einen Verbrennungsmotor ein Kraftstoff- und Luft-Zuführungssystem mit einem

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üblichen Vergaser, der zum Mischen von Kraftstoff und Luft beim Anlassen des kalten Motors dient. Wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat, bewirkt das System zum Zuführen von Kraftstoff und Luft ein im wesentlichen vollständiges Verdampfen von flüssigem Kraftstoff, indem die zuzuführende Luft erhitzt und Kraftstoff derart in die erhitzte Luft gesprüht wird, daß der Kraftstoff vollständig verdampft. Dieser verdampfte Kraftstoff wird dann mit zusätzlicher zuzuführender Luft vermischt, die ebenfalls erhitzt worden ist. Das Gemisch wird durch den üblichen Vergaser in die Ansaugkanäle des Motors geführt. Die Zufuhr von flüssigem Kraftstoff zu dem Vergaser wird beendet, wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch in Draufsicht einen üblichen Fahrzeug-Verbrennungsmotor, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches versehen ist,

Fig. 2 ebenfalls schematisch die arbeitenden Teile der Vorrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, wobei von dem zugeordneten Motor nur der Ansaugkrümmer und der übliche Vergaser gezeigt sind,

Fig. 3 in einer der ^ig. 1 ähnlichen, schematischen Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches und

Fig. 4 in einer der Fig. 2 ähnlichen, schematischen Darstellung die arbeitenden Teile der in Fig. 3

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dargestellten Vorrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches .

In den figuren 1 und 2 besitzt ein üblicher Verbrennungsmotor 10 zwei einander gegenüberliegende Auspuffkrümmer 12 und 14-, eine mit einer Riemenscheibe 18 versehene, motorgetriebene vVasserpumpe 16 und einen üblichen Vergaser 20, der auf einem Ansaugkrümmer 22 des Motors 10 montiert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 24 zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches besitzt einen Lufteintritt 26, der mit einem Luftfilter 28 versehen ist und in die Eintrittscff'nung eines Luftverdichters oder Laders 30 mündet. Der umlaufende Luftverdichter 30 besitzt eine umlaufende Antriebswelle 32, auf der eine Riemenscheibe 34 montiert ist, die über einen endlosen Treibriemen 35 von der Kiemenscheibe 18 angetrieben wird.

Der Luftverdichter 30 ist mit einer Druckleitung 36 versehen, die in einen Wärmeaustauscherkasten mündet, der mit dem Auspuffkrümmer 14 in gut wärmeübertragender Beziehung steht. Der Wärmeaustauscherkasten 38 ist mit einem Primärluft-Austrittsrohr 40 versehen, in dem zwischen seinen Enden eine Rückschlagventilanordnung 42 angeordnet ist und dessen Austrittsende 44 an den Lufteintritt 46 des Vergasers 20 angeschlossen ist. Der Wärmeaustauscherkasten 38 ist ferner mit einem Sekundärluft-Austritt srohr 48 versehen, das ebenfalls ein Rückschlagventil 50 enthält, sich abwärts durch die Decke eines Verdampfungsbehälters 54 erstreckt und in diesem in einer horizontal gerichteten Austrittsdüse 56 mündet.

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Der Motor 10 besitzt ferner eine Benzinzuleitung 58, welche die Druckleitung einer nicht gezeigten, von dem Motor angetriebenen Kraftstoffpumpe enthält und in eine Schwimmerkammer 60 mündet. In dieser ist eine nicht gezeigte Schwimmeranordnung vorgesehen, die dazu dient, in der Kammer 60 einen bestimmten Kraftstoffpegel aufrechtzuerhalten. Von der Schwimmerkammer bO fühlt ein Austrittsrohr 62 zu dem Eintritt einer elektrischen Kraftstoffpumpe 64, von der eine Druckleitung 66 zu einer elektrischen Heizung 68 zum Erhitzen des von der Pumpe 64 geförderten, flüssigen Kraftstoffs führt, Die Austrittsleitung 70 der Heizung 68 führt zu einem Dreiwegeventil 72, das von einem Elektromagneten 74 betätigt wird und von dem eine erste Austrittsleitung 76 zu der Schwimmerkammer 78 des Vergasers 20 und eine zweite Austrittsleitung 80 abwärts durch die Decke 52 führt. Die zweite Austrittsleitung besitzt eine Rohrschlange 82, die in einem Wärmeaustauscherbehälter 84 angeordnet ist, der sich in dem Behälter 54 befindet. Der sich von der Rohrschlange abwärts durch den Boden 86 des Behälters 64 erstreckende, untere Endteil des Rohrs 80 endet in einer Austrittsdüse 88, die mit der Austrittsdüse 56 des Sekundärluft-Austrittsrohrs 48 korrespondiert.

Von der »Vasserpumpe 16 führt eine Druckleitung 90 abwärts durch die Decke (32 in den Behälter 84· Es ist ferner eine Rücklaufleitung 92 vorgesehen, die heißes Wasser von der Pumpe 16 dem Oberteil des nicht gezeigten Kühlers des Motors 10 zuführt.

Ein zum Führen von verdampftem Kraftstoff und von Luft dienendes Rohr 94 mündet an der Decke 52 des Behälters 54 außerhalb des Behälters 84 bei 96 oberhalb

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des Lufteintritts 46 des Vergasers 20 in den Austrittsendteil 44 des Rohrs 40. Das Rohr 94 ist mit einem Rückschlagventil 98 versehen, sowie mit einem Durchflußregelventil 100, das von einem Elektromagneten 102 gesteuert wird.

Im Betrieb ist das Ventil 100 normalerweise geschlossen und das Ventil 72 normalerweise offen, so daß bei kaltem Motor die Leitung 70 mit der Leitung 76 verbunden und die Verbindung zwischen der Leitung 80 und der Leitung 70 unterbrochen ist. Zum Anlassen des kalten Motors 10 wird die Zündung eingeschaltet. Die elektrische Kraftstoffpumpe 64 fördert jetzt Kraftstoff durch die Leitung 66, die Heizung 68 und die Leitungen 70 und 76 in die Schwimmerkammer 78 des Vergasers 20. Wenn jetzt der Anlaßmotor des Motors 10 eingeschaltet wird, strömt Ansaugluft durch den Lufteintritt 28, den Wärmeaustauscherkasten 58 und das Rohr 40 in den Vergaser 20, in dem auf übliche i/eise ein brennbares Gemisch von flüssigem Kraftstoff und Luft erzeugt wird. Bei eingeschalteter Zündung ist natürlich auch die Heizung 68 eingeschaltet, so daß der Kraftstoff vor seiner Zuführung zu dem Vergaser erhitzt wird, damit auch beim Anlassen des kalten Motors der Kraftstoff in dem Vergaser 20 besser verdampft.

Wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat, wird die Luft beim Durchtritt durch den Wärmeaustauscherkasten 38 so stark erwärmt, daß der Thermostat 106 anspricht. Dadurch wird die Heizung 68 ausgeschaltet und der Elektromagnet 74 eingeschaltet. Infolgedessen wird der in die Leitung 70 geförderte, flüssige Kraftstoff in das Rohr 80 abgezweigt, in dem er abwärts

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durch die Rohrschlange 82 strömt und aus dem er bei 88 austritt, um' durch die Einwirkung der aus der Austrittsdüse 56 ausströmenden, erhitzten Sekundärluft sofort verdampft zu werden. Dieser verdampfte Kraftstoff und die Zusatzluft strömen dann durch das Rohr 94 in den Austrittsendteil des Rohrs 40. Bei eingeschaltetem Elektromagneten 74 tritt natürlich kein flüssiger Kraftstoff aus der Leitung 70 in die Leitung 76, so daß der Vergaser 20 keinen Kraftstoff mehr abgibt und der Motor 10 nur noch mit der Zusatzluft und dem verdampften Kraftstoff gespeist wird, die aus der Mündung 96 in den Austrittsendteil des Rohrs 40 eintreten.

Wenn nach einer kurzen Betriebsunterbrechung der sich noch auf Betriebstemperatur befindliche Motor angelassen werden soll, kann man die Elektromagnete 74 und 102 derart übersteuern, daß in der üblichen Weise flüssiger Kraftstoff in die Schwimmerkammer 78 des Vergasers 20 gefördert wird, bis der Motor 10 angesprungen ist und der Luftverdichter oder Lader 30 mit einer so hohen Drehzahl läuft, daß die Luft durch die Austrittsdüse 56 des Rohrs 48 mit einer Geschwindigkeit strömt, die zum Verdampfen von aus der Austrittsdüse 88 des Rohrs 80 tretendem, flüssigem Kraftstoff genügt.

In den Figuren 3 und 4 ist eine zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches dienende Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit 124 bezeichnet. Die Vorrichtung 124 besitzt ebenso wie die Vorrichtung 24 einen Lufteintritt 126, welcher dem Eintritt 26 entspricht und mit einem Luftfilter 128 versehen ist. Die Vorrichtung 124 besitzt ferner einen Luftverdichter oder Lader 130, der dem Lader 30 entspricht

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und von dem eine Druckleitung 136 zu einem Wärmeaustauscherkasten 136 führt. Dieser ist mit einer Primärluft-Austrittsleitung HO und einer Sekundärluft-Austrittsleitung 142 versehen. Die Vorrichtung 124 besitzt ferner eine der Leitung 58 entsprechende Zuleitung 158 für flüssigen Kraftstoff sowie eine Schwimmerkammer 160, eine Leitung 162, eine elektrische Kraftstoffpumpe 164» eine Leitung 166, eine Heizung 168 und eine Leitung 170. Die zuletztgenannten Teile entsprechen den Teilen 58, 60, 62, 64, 66, 68 bzw. 70.

Die Vorrichtung 124 besitzt ferner die Teile 152, 154, 156, 182, 184 und 188, die den Teilen 52., 54, 56, 82, 84 bzw. 88 entsprechen. Der Boden des Behälters 184 ist mit 186 bezeichnet. Die Bohr 140 und 142 enthalten Rückschlagventile 141 und 143, die den Rückschlagventilen 42 und 50 entsprechen.

Die Vorrichtung 124 besitzt ferner ein dem Rohr 94 entsprechendes Rohr 194, das mit einem Rückschlagventil 198 und einem Durchflußregelventil 200 versehen ist, die den Ventilen 98 bzw. 100 entsprechen. Das Ventil 200 wird durch einen Elektromagneten 202 gesteuert. Ferner sind Thermostate 204 und 206 vorgesehen, die den Thermostaten 104 und 106 entsprechen.

Das mit dem Rückschlagventil 141 versehene Primärluftrohr 140 mündet abwärts durch die Decke 152 in das Innere des Behälters 184, ^s0 daß die von dem Wärmeaustauscherkasten 138 abgegebene Warmluft die Rohrschlange 182 in inniger y/ärmeaustauschbeziehung umstreicht. Von dem Behälter 184 wird die eingetretene Luft durch ein Austrittsrohr 208 geführt, dessen Austrittsende 210 an den

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Lufteintritt 46 des Vergasers 20 angeschlossen ist. Das dem ii-ohr 70 entsprechende Rohr 170 ist jedoch mit einem Dreiwegeventil 172 versehen, das dem Ventil 72 entspricht und von einem Elektromagneten 174 gesteuert wird, der dem Elektromagneten 74 entspricht. Von dem Ventil 172 führt eine erste Austrittsleitung 180 weg, die mit der Rohrschlange 182 versehen ist, und führt eine zweite Austrittsleitung 176 weg, die in der Schwimmerkammer 78 des Vergasers 20 mündet.

Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß die Vorrichtung 124 zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in ihrer Wirkungsweise der Vorrichtung 24 ähnelt, mit dem Unterschied, daß die in dem Behälter 184 angeordnete Rohrschlange 182 durch erhitzte Luft erhitzt wird, die außerhalb der Rohrschlange 182 durch den Behälter 184 tritt. Von dem Behälter 184 wird diese erhitzte Luft in der Leitung 208 dem Eintritt 46 des Vergasers zugeführt. .Das Austrittsrohr für die den rt'ärmeaustauscherkasten 58 verlassende, erhitzte Pr.imärluft führt direkt zu'dem Eintritt 46 des in *'ig. 2 gezeigten Vergasers 20. Der durch die Rohrschlange 182 tretende Kraftstoff wird daher nicht durch von dem iviotor kommendes, heißes Wasser sondern durch erhitzte Luft aufgeheizt. Im übrigen arbeitet die Vorrichtung 124 im wesentlichen ebenso wie die Vorrichtung 24.

Unter Bezugnahme auf die in den figuren 2 und 4 links unten angeordneten Teile sei darauf hingewiesen, daß bei einem Austritt von flüssigem Kraftstoff aus der Austrittsdüse 88 oder 188 in einer Menge, die größer ist als die Menge, die in dem Behälter 54 oder 154 verdampfen kann, am -Boden des Behälters 54 oder 154 angesammelter

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Kraftstoff unter der Wirkung, der Schwerkraft durch die Rückflußleitung 55 oder 155 abwärts in die Schwimmerkammer 60 oder 160 strömt.

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Claims

Patentansprüche:

1.;Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine Wärmeabführeinrichtung, durch Kraftstoff.-Luft-Gemisch-Ansaugkanäle, denen ein üblicher Vergaser zugeordnet ist, der eine Schwimmerkammer, einen Lufteintritt und einen mit den Ansaugkanälen verbundenen Austritt besitzt, durch eine mit der Schwimmerkammer verbundene Quelle für unter Druck stehenden, flüssigen Kraftstoff, und durch eine Zusatzvorrichtung, die zum Erzeugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches dient und eine Verdampferkammer mit einem Eintritt und einem Austritt besitzt, ferner einen 'Luft eintritt, eine erste Leitungsanordnung zum Zuführen eines ersten Teils der in den Lufteintritt der Zusatzvorrichtung eintretenden Luft in das Innere der Verdampferkammer, eine zweite Leitungsanordnung zum Zuführen des übrigen Teils der in den Lufteintritt der Zusatzvorrichtung eingetretenen Luft zu dem Lufteintritt des Vergasers und eine dritte Leitungsanordnung, die außerhalb der Verdampferkammer mündet und einen Austritt besitzt, der mit dem Lufteintritt des Vergasers in Verbindung steht, wobei die Wärmeabführeinrichtung eine Einrichtung zum Erhitzen im wesentlichen der ganzen in den Lufteintritt der Zusatzvorrichtung eintretenden Luft besitzt, sowie eine Rohranordnung zum Verbinden der Quelle des unter Druck stehenden Kraftstoffes mit der Schwimmerkammer des Vergasers und mit dem Innern der Verdampferkammer, so daß der in die Verdampferkammer eintretende, flüssige Kraftstoff durch die Einwirkung des in die Verdampferkammer eintretenden, ersten Teils der Luft schnell verdampft wird, und eine der Rohranordnung zugeordnete Absperreinrichtung zum Verbinden der Quelle des unter

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Druck stellenden Kraftstoffes wahlweise mit der Schwimmerkammer,des Vergasers oder mit dem J-nnern der Verdampferkammer. ■ . -

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch. 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Leitungsanordnung eine Absperreinrichtung zugeordnet ist, die dazu dient, die Verbindung zwischen der Verdampferkammer und dem Lufteintritt des Vergasers wahlweise über die dritte Leitung herzustellen öder diese Verbindung zu unterbrechen.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung für die Rohranordnung eine Betätigungseinrichtung besitzt, die dazu ' dient, bei einem Anstieg der Temperatur des iaotors durch Betätigung der genannten Absperreinrichtung die Verbindung zwischen der Quelle des unter Druck stehenden Kraftstoffes und der Schwimmerkammer des Vergasers zu unterbrechen und die Kraftstoffquelle mit der Verdampferkammer zu verbinden.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch "3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung für die dritte Leitungsanordnung eine Eetätigungseinricntung besitzt, die dazu dient, bei einem Anstieg bzw. Absinken der Temperatur des Motors die Verbindung zwischen der Verdampferkammer und dem Lufteintritt des Verdampfers über die dritte Leitungsanordnung herzustellen bzw. diese Verbindung zu unterbrechen.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung ferner eine Einrichtung zum Erhitzen des Kraftstoffes unmittelbar vor seinem Eintritt in die Verdampferkammer besitzt.

-H-

b. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erhitzen des durch die Rohranordnung tretenden Kraftstoffs.

7· Verbrennungsmotor nach -"-nspruch I, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zurückführen von in der Verdampferkammer angesammeltem, flüssigem Kraftstoff zu der Kraftstoffquelle.

.8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung eine Einrichtung zum Erhitzen des Kraftstoffes unmittelbar vor seinem Eintritt in die Verdampferkammer besitzt und die zuletztgenannte Einrichtung Kühlwasser für den Motor enthält sowie eine Einrichtung zum Führen des Kühlwassers in guter Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kraftstoff unmittelbar vor dessen'Eintritt in die Verdampferkammer.

9« Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab die Wärmeabführeinrichtung ferner eine Einrichtung zum Erhitzen des Kraftstoffs unmittelbar vor seinem Eintritt in die Verdampferkammer besitzt und die zuletztgenannte Einrichtung Mittel aufweist, die dazu dienen, den genannten übrigen !'eil der dem Lufteintritt des Vergasers zuzuführenden, erhitzten Luft in guter Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kraftstoff zu führen, unmittelbar bevor dieser in die Verdampferkammer eintritt.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von dem Motor angetriebenen Luftverdichter zum Fördern von Luft durch die erste und zweite Leitungsanordnung.

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