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Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors Es
werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des Kraftstoffverbrauches
und des Schadstoffausstoßes einer Verbrennungsmaschine beschrieben. Die Auspuffgase
des Motors werden gekühlt, aufgeteilt und die leichteren und schwereren Kohlenwasserstoffgase
davon entfernt. Die abgetrennten Gase werden dann in das Ansaugsystem des Motors
eingeführt und stellen wieder verwendeten Kraftstoff für diesen dar. Vor Eintritt
in das Ansaugsystem werden aus den abgetrennten Gasen Flüssigkeiten und Festkörper
entfernt, einschließlich Kohlenstoff, Blei, Wasser und Schwefel. Es wird ausreichender
Druck für das Rückleitungssystem vorgesehen, indem ein Teil des Auspuffsystems,
nämlich der Teil, in dem die Aufteilung der Gase stattfindet, zurück zum Ansaugsystem
umgeleitet wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verminderung des Kraftstoffverbrauches eines Verbrennungsmotors bei gleichzeitiger
Reduzierung der Menge ausgestoßener schädlicher Stoffe.
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Es gibt eine Anzahl von Versuchen im Stande der Technik, um die von
einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Schadstoffe zu verringern und um den Kraftstoffverbrauch
herabzusetzen, jedoch wurde bis heute keine vollkommen erfolgreiche, wirtschaftlich
verwertbare Einrichtung geschaffen, die gleichzeitig beide Ergebnisse erzielen würde.
Einige frühere Einrichtungen, z.B. die gemäß US-PS 3 100 146, sehen eine Anzahl
von Kühl-und Filtermitteln zur Einwirkung auf die Auspuffgase zum Zwecke ihrer Reinigung
vor, indessen werden diese Gase dann bloß in die Atmosphäre verbreitet und tragen
nicht zu einer verbesserte Kraftstoffausnutzung bei. Andere Vorschläge des Standes
der Technik ziehen die Wiederverwendung der schwereren Kohlenwasserstoffe (s. z.B.
US-PS 3 397 682) oder der leichteren Kohlenwasserstoffe (s. z.B. US-PS 2 870 758)
der auszustoßenden Gase unter Rückführung in das Ansaugsystem zum Zwecke der Verbesserung
der Kraftstoffausnutzung in Betracht, jedoch werden nicht gleichzeitig die schwereren
und die leichteren Auspuffgase benutzt und es werden auch zahlreiche schädliche
Stoffe weiterhin ausgestoßen. Andere ähnliche Systeme sind in US-PS 3 224 188, 3
683 626 und 3 730 156 gezeigt.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird ein verbessertes Verfahren und eine
verbesserte Vorrichtung geschaffen, die ganz allgemein die Verringerung des Kraftstoffverbrauches
und zugleich die Verringerung des Schadstoffausstoßes eines Verbrennungsmotores
zur Folge haben. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt man Auspuffgase aus
einem Verbrennungsmotor abkühlen, entfernt die schwereren und leichteren Gase daraus,
z.B. die oberen und unteren Schichten der Gase, während der mittlere Kern der Gase
durchgelassen wird, um ausgestoßen zu werden.
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Die oberen und unteren Schichten werden dann zum Ansaugsystem des
Motors zurückgeleitet und als wiederverwendbarer Kraftstoff benutzt. Die ausgewählten
Gase sind von genügend niedriger
Temperatur, so daß die Filtrierung
von Teilchen und Flüssigkeiten daraus durchgeführt werden kann und daß sie genügend
Feuchtigkeit enthalten, die als Träger für die Gase bei deren Rückführung zum Ansaugsystem
dienen kann, und ferner so, daß durch deren Gebrauch als wieder verwendeter Kraftstoff
eine Kühlung der Motorzylinder erfolgt.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird ein genügender Druck für die Rückführung
einiger der Auspuffgase zum Ansaugsystem hergestellt, so daß keine zusätzliche Energie
zugeführt werden muß, um Gas unter geeignetem Druck in das Einlaßsystem der Maschine
einzuführen. Zunehmend kleiner werdende Durchmesser der Leitungen können vorgesehen
werden von der Stelle, wo die leichteren und schwereren Schichten abgetrennt werden,
bis zu der Stelle, wo die Gase in das Einlaßsystem des Motors wieder eingeführt
werden, um damit einen geeigneten Druck zu erhalten.
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Eine Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung ist verhältnismäßig
billig und leicht herzustellen, verhältnismäßig leicht an bestehende Kraftfahrzeuge
anzubringen, wobei keine größeren Veränderungen an den Motoren notwendig sind, und
bewirkt die Wiedereinführung von wiederverwendbarem Kraftstoff bei geeignetem Druck
in das Einlaßsystem, so daß der Kraftstoffverbrauch verringert ist. Zahlreiche Schadstoffe
werden dabei ebenfalls beseitigt.
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Es ist hauptsächlich Ziel vorliegender Erfindung, ein verbessertes
Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Verringerung des Kraftstoffverbrauches
und des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren zu schaffen. Dieses und andere
Ziele der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Ansprüchen
ersichtlich.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Motors, an dem ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung Verwendung findet-.
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Beispiels einer Trenneinrichtung
gemäß der Erfindung.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Trenneinrichtung der Fig. 2.
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Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3.
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Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 2.
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Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 2..
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Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer abgeänderten Form der als
letzte angeordneten Filter und der Verbindungen mit dem Vergaser, die ebenfalls
gemäß der Erfindung Verwendung finden können.
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Fig. 8 ist eine schematische Einzelansicht eines Beispiels eines Einlaßabscheiders,
der gemäß der Erfindung Verwendung finden kann.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Verbrennungsmotor 10 gezeigt, an dem
eine erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung findet. Der Motor 10 ist ein üblicher
Verbrennungsmotor, z.B. ein aus der laufenden Serie der Ford Motor Company stammender
Cougar-Motor des Jahres 1972 mit acht Zylindern und ca. 5,75 1 Hubraum mit einem
daran angeschlossenen Vergasersystem 20. Das Vergasersystem 20 kann einen Luftfilter
22, einen Vergaserstutzen 25 und den eigentlichen Vergaser 26 mit einer Kraftstoffzuleitung
27 enthalten. Das Vergasersystem 20 bereitet ein Kraftstoff-
Luftgemisch
für die Zylinder innerhalb des Motorblocks 28.
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Der Auspuffanschluß 30 ist dazu ausgebildet, Auspuffgase vom Motorblock
28 weg durch einen Auspufftopf 32 für ihre endgültige Beseitung abzuführen.
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Gemäß der Lehre vorliegender Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verbesserung
der Kraftstoffausnutzung und zur Verminderung des Schadstoffausstoßes des Motors
10 vorgesehen. Diese allgemein mit 15 bezeichnete Vorrichtung ist in Fig. 1 schematisch
dargestellt und enthält eine Einrichtung zur Abgasführung und -begrenzung 16, eine
besondere Abgastrenn-Einrichtung 17 und eine Einrichtung 18 zur Rückführung bestimmter
Abgase von der Abgastrenn-Einrichtung zum Vergasersystem.
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Abgase aus dem Auspuff 32 werden durch eine rohrartige Leitung 34
od.dgl. erfaßt und vom Auspuffanschluß 30 weggeführt, und zwar entlang einem ersten
Strömungsweg A. Während des Durchgangs von Gasen durch die rohrartige Leitung 34
findet eine Kühlung als Folge des Wärmeaustausches zwischen den Gasen und der Umgebungsluft
über die rohrartige Leitung statt, die aus Metall ist. Kühlrippen 36 od.dgl. können
an der rohrartigen Leitung 34 vorgesehen sein, um die Kühlung zu erleichtern, und
andere übliche Luftkühlkammern,-Einrichtungen od.dgl. können ebenso verwendet werden,
wenn dies gewünscht ist.
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Nach Durchlaufen eines Weges genügend großer Länge, so daß die gewünschte
Kühlung stattfinden kann, ist vorgesehen, den Strömungsweg A um 1800 umzuleiten,
z.B. aus einer Richtung, die vom Vergasersystem 20 wegführt, in eine Richtung, die
zum Vergasersystem 20 über einen Teil der Länge des Strömungsweges A zurückführt.
Dies kann dadurch geschehen, daß ein Paar Winkel-Rohrabschnitte
38,
40 Verwendung finden. Die Rohrabschnitte 38, 40 können in Verbindung mit anderen,
noch zu beschreibenden Vorkehrungen einen genügenden Druck herstellen, um die abgetrennten
Auspuffgase in das Vergasersystem 20 zurückzuführen, ohne daß die Zuführung von
Hilfsenergie zum Auspuffstrom erforderlich ist. Damit wird auch vermieden, daß die
zum Vergasersystem zurückgeführten Gase einen zu hohen Druck haben, um nicht wirksam
gefiltert werden zu können oder die richtige Zumessung mn Kraftstoff zum Motorblock
28 zu gestatten. In dem Abschnitt des Strömungsweges A, der um 1800 zurückgeführt
ist, z.B. zurück zum Vergasersystem 20, wie in den Zeichnungen gezeigt, ist eine
Einrichtung 42 zur Ab trennung bestimmter der Auspuffgase aus dem Strom vorgesehen,
um sie dem Vergasersystem wieder zuzuführen, während die übrigen, nicht abgetrennten
Gase durch Winkel-Rohrabschnitte 44, 46 gehen, vorzugsweise aus dem It'ahrzeug heraus,
in dem der Motorblock 28 eingebaut ist, oder weg von dem Bereich um den Motor 10,
wenn der Motor 10 ein feststehender Motor ist.
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Die Abgas-Trenneinrichtung 42 ist genauer in den Fig. 2 bis 6 dargestellt,
während sie in Fig. 1 nur schematisch gezeigt ist.
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Die allgemeine Wirkungsweise der Trennungseinrichtung 42 besteht darin,
die kühleren Gase im Abgasstrom an dieser Stelle des Strömungsweges A abzutrennen,
dagegen den heißeren Gasen den Durchgang zu gestatten. Dies wird vorzugsweise dadurch
erreicht, daß die leichteren und die schwereren Gase (Kohlenwasserstoffe) an dieser
Stelle erfaßt werden, wobei diese Gase sich in den Außenbereichen des Abgasstromes
befinden. Es wurde festgestellt, daß sich die heißesten Gase normalerweise im mittleren
Kern des Abgasstromes befinden, während die kühleren Gase am Außenumfang sind. Durch
Abtrennung von Gasen aus den
oberen und den unteren Schichten des
Gasstromes werden kühlere Gase erfaßt. Vorzugsweise ist die Trenneinrichtung 42
in Verbindung mit dem übrigen Teil der Einrichtung 15 so gebaut, daß nur Gase von
einer Temperatur von ungefähr 4000 F (ca. 2000 C) oder weniger vom Strom entlang
dem Strömungsweg A abgetrennt werden, obgleich die Gase nicht von so niedriger Temperatur
sein sollen, daß eine Kondensation direkt in der Trenneinrichtung 42 stattfindet.
Es wurde festgestellt, daß eine Kondensation von im Gas strom enthaltenen Flüssigkeiten
viel leichter aus Gasen der oben genannten allgemeinen Temperatur vor sich geht,
ebenso die Beseitigung von Festkörpern und die nachfolgende Kühlung für die schließliche
Einführung als wiederverwendeter Kraftstoff in das Vergasersystem 20 , sowie eine
bessere evtl.
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Zylinderkühlung. Der Wert von 4000 F (ca. 2000 C) liegt nicht unbedingt
fest, sondern kann von der jeweiligen Maschine und den verwendeten Kraftstoffen
abhängen, ebenso von der besonderen Bauweise der Baueinheit 15. Der Wert von 4000
F (ca. 200°C) ist jedoch für die normalerweise herrschenden Bedingungen gut geeignet.
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Die Trenneinrichtung 42 ist im einzelnen in den Fig. 2 bis 6 gezeigt.
Die in den Fig. 2 bis 6 gezeigte Trenneinrichtung ist eine Darstellung im Maßstab
1 : 2 einer tatsächlich und erfolgreich benutzten Trenneinrichtung, mit der in einem
1972 Cougar (Ford Motor Company) 8-Zylinder-Serienmotor von ca. 5,75 1 Hubraum die
Brennstoffausnutzung wirksam verbessert und die Schadstoffabgabe vermindert wurde.
Die Trenneinrichtung besteht aus drei Grundbestandteilen, einem Hauptteil 43 aus
einem Abschnitt einer rohrartigen Leitung 34 von im wesentlichen der gleichen Größe
wie der Rest des Auspuffsystems,
einem oberen Schälteil 41 und einem
unteren Schälteil 45.
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Der obere Schälteil 41 besteht, wie in den Zeichnungen dargestellt,
aus einem Rohr mit einem Innendurchmesser von ungefähr " (ca. 25 mm), das ein vorderes
offenes Ende 51 aufweist, das innerhalb des Hauptteiles 43 angeordnet ist, wobei
sich das Rohr vom offenen Ende 51 aus schräg nach oben erstreckt. Über die Länge
des in den Hauptteil 43 eingreifenden oberen Schälteiles 41 sind in dessen unterer
Wand 47 mehrere Schlitze 48 ausgebildet, von denen jeder ein nach innen gerichtetes
Kanten- oder Blatteil 49 und ein nach außen gerichtetes Kanten- oder Blatteil 50
aufweist. Die Kanten- oder Blatteile 50, 49 tragen zur Abtrennung der gewünschten
Gase aus dem Hauptteil 43 bei und lenken die Gase nach oben in das Innere des oberen
Schälteiles 41, wobei die Kanten- oder Blatteile 50 ein kleines Teilvakuum bilden,
das den Abzug von Gasen aus dem Hauptteil 43 in den oberen Schälteil 41 unterstützt.
Die Größe, Anzahl, Gestalt und Anordnung der Schlitze 48 und der damit verbundenen
Kanten- oder Blatteile 49, 50 kann über die Länge des' oberen Schälteiles 41 veränderlich
sein, obwohl vorzuziehen ist, daß eine mit öffnungen gleichmäßig bedeckte Fläche
über die Länge der unteren Wand 47 vorgesehen ist. Der Betrag, um den das offene
Ende 51 in das Innere des Hauptteiles 43 hineinragt, kann je nach den besonderen
Umständen verschieden sein, z.B. je nach den Abmessungen, der Lage und der Verbreitung
der Kanten- oder Blatteile, wobei das Hauptkriterium ist, daß nur solche Gase abgetrennt
werden, die die Beseitigung überschüssiger Flüssigkeit, Festkörper und unerwünschter
Stoffe davon erlauben, während sie eine genügende Feuchtigkeit als Trägermedium
und zur äußersten Motorzylinderkühlung bereitstellen. Der Teil 52 des oberen Schälteiles
41, der sich vom Hauptteil 43 weg erstreckt, ist so angeordnet, daß
er
die Gase unmittelbar nach dem Austritt aus dem Hauptteil 43 nach oben führt, um
die Kondensation unmittelbar in der Trenneinrichtung zu verhindern, was die Schlitze
48 verstopfen könnte oder in anderer Weise die richtige Gastrennung stören könnte.
Die obere Schicht der Gase, die durch den Hauptteil 43 geht, wird durch den oberen
Schälteil 41 beseitigt, einschließlich der leichteren Kohlenwasserstoffe, während
der mittlere Kern der Gase, die im allgemeinen heißer sind, durchgehen kann.
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Um allgemein die schwereren durch den Hauptteil 43 gehenden Kohlenwasserstoffe
zu beseitigen, ist der untere Schälteil 5 vorgesehen. Wie in den Zeichnungen gezeigt,
kann der untere Schälteil 45 aus zwei Rohren 55, 56 bestehen, von denen jedes ungefähr
1/2" (ca. 13 mm) im Durchmesser mißt. Die offenen Enden 57, 58 der Rohre 55, 56
können abgeflacht sein. Die Rohre 55, 56 sind um die Unterseite des Hauptteiles
43 winkelversetzt angebracht, so daß sie Gase aus dem Umfangsteil des durch den
Hauptteil 43 fließenden Stromes abtrennen, liegen jedoch nicht so, daß sie Gase
aus dem gleichen Umfangsbereich wie der obere Schälteil 41 abtrennen. In jedem Rohr
55, 56 können ein oder mehrere Schlitze 60 ausgebildet sein, die im allgemeinen
den Schlitzen 48 im oberen Schälteil 41 entsprechen. Die Schlitze 60 erlauben den
Durchtritt von Gasen in die Rohre 55, 56 aus dem Gasstrom. Die Rohre 55, 56 gehen
nach dem Austritt aus dem Hauptteil 43 um dieses herum und vereinigen sich in einem
einzigen Rohr 62, sind dabei im Abschnitt 64 so aneinander angepaßt, daß sie nach
oben führen, um die Möglichkeiten für eine Flüssigkeitsansammlung geringstmöglich
zu halten, die eine Störung des freien Gasstromes durch die Rohre zur Folge hätte.
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Nachdem die leichteren und schwereren Fraktionen des Auspuffgases
vom Auspuff-Strömungsweg A abgetrennt wurden, sind Mittel vorgesehen, um die abgetrennten
Gase in anderen Strömungswegen zu erfassen, die vom Strömungsweg A getrennt sind.
Obwohl es möglich ist, die abgetrennten Gase zusammenzuführen, um für sie den gleichen
zweiten Strömungsweg zu schaffen und sie durch die gleichen Filter zu schicken,
wird für die höchstmögliche Wirksamkeit vorgezogen, daß die obere Schicht der Auspuffgase
in einem dritten Strömungsweg B, die untere Schicht der Gase dagegen in einem vierten,
gesonderten Strömungsweg C erfaßt wird. Die Einrichtung zum Erfassen der oberen
Schicht der Gase entlang dem Strömungsweg B enthält einen ersten Leitungsabschnitt
70, der sich von der Trenneinrichtung 42 schräg nach oben erstreckt, und einen weiteren
Leitungsabschnitt 72, der vom Abschnitt 70 wegführt. Der Leitungsabschnitt 70 .ist
schräg angeordnet und kann die durch ihn gehenden Gase so nach oben leiten, daß
keine Möglichkeit der Ansammlung von Flüssigkeit besteht, die unerwünschte Flüssigkeiten
zurückhalten und dabei die Rückführung der Auspuffemissionen behindern könnte. Auch
ergibt die unmittelbare Anhebung der enthaltenen Stoffe eine auslösende Wirkung
für dieselben, die ihre nachfolgende Verflüssigung erleichtert.
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In der Leitung 72 sind vorzugsweise eine oder mehrere Baugruppen 76
vorgesehen, die im nachfolgenden als Einlaßabscheider bezeichnet werden. Diese Einlaßabscheider
76 sind so gebaut, daß sie eine Menge von Flüssigkeiten und Festkörpern sammeln,
wenn diese Me Leitung 72 passieren, um die Lebensdauer des nachfolgenden Filtersystems
zu verlängern, die Beseitigung von angesammelten Feststoffen und überschüssigen
Flüssigkeiten zu ermöglichen und bei der Aufrechterhaltung ausreichender
Feuchtigkeit
als Trägermedium und als Motorzylinderkühlung zu unterstützen, dagegen einen Druckverlust
in der Baueinheit 17 nicht zuzulassen. Jeder Einlaßabscheider 76 besteht vorzugsweise
aus einem Einführungsrohr 77 in der Hauptleitung, einem Behälter 78 und einem Rohr
79 zur Verbindung des Einführungsrohres 77 mit dem Behälter 78. Das Einführungsrohr
77 kann ein Metallrohr oder ein Rohr aus anderem gut wärmeleitendem Material sein,
annähernd 6 bis 10" (ca. 150 bis 250 mm) lang, geeignet zur Durchleitung von Schadstoffen
ohne übermäßige Erosion und beständig gegen dauernde Hitzeeinwirkung. Aluminium-,
Kupfer- und Messingrohre sind für die Einführungsrohre 77 geeignet. Der Behälter
78 kann jede geeignete Form für das Sammeln und die Beseitigung von Flüssigkeiten
und Festkörpern annehmen, ist jedoch vorzugsweise ein Rohr aus Aluminium, Messing,
Kupfer oder ausgewählten Kunststoffen mit je einem Deckel 80 an. jedem seiner Enden.
Kleine Röhrchen 81 können in jedem der Deckel 80 vorgesehen sein, die sich von einer
Stelle ungefähr 1/4 " (ca. 6 bis 7 mm) unterhalb der obersten Stelle des Deckels
unter einem gegen die Waagerechte ungefähr 200 bis 400 geneigten Winkel nach unten
in den Behälter 78 erstrecken (s. Fig. 8). Das untere Ende des Röhrchens 81 innerhalb
des Behälters 78 befindet sich bevorzugt unterhalb des gewünschten Flüssigkeitsspiegels
in dem Behälter, jedoch oberhalb der Höhe, in der wahrscheinlich eine Verstopfung
durch feste Teilchen stattfinden kann. Das Röhrchen 81 ist in den Deckel 80 dichtend
eingesetzt. Die Reinigung des Behälters 78 kann durch einfache Entfernung eines
Deckels 80 und Ausspülen des Inhalts erfolgen.
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Das das Einführungsrohr 77 mit dem Behälter 78 verbindende Rohr 79
ist vorzugsweise so gebaut, daß der daran befestigte Behälter 78 in Richtung des
Strömungsweges B um ungefähr 30 nach
unten geneigt ist, wodurch
die Beseitigung überschüssiger Flüssigkeit aus dem Behälter 78 durch das Röhrchen
81 erleichter wird.
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Vorzugsweise ist ein gleicher Satz von Einlaßabscheidern in der Rückleitung
73 für die untere Schicht der abgetrennten Auspuffgase vorgesehen.
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Aufgrund einer Laboruntersuchung der aus dem Behälter 78 entfernten
Produkte wurde gefunden, daß Blei (wenn verbleiter Kraftstoff verwendet wird) und
Schwefel sich darin ansammeln, ebenso wie Wasser. In einer Analyse wurde gefunden,
daß 23,8 % der angesammelten Stoffe in einem Einlaßabscheider Schwefel und 1,5 %
Blei war. Wenn Metall für das Einführungsrohr 77 Verwendung findet, bildet sich
oft Beschlag auf dem Einführungsrohr, das dem ersten Filter des Filtersystems am
nächsten liegt, und zeigt damit an, daß die Einlaßabscheider die Kühlung der Auspuffgase
unterstützen.
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Nachdem die Auspuffgase die Einlaßabscheider in den Leitungen 72 und
73 durchlaufen haben, werden' sie durch Filter 74, 87 bzw. 75, 88 gefiltert. Mehr
Filterelemente als die zwei in den Zeichnungen gezeigten Stufen können nach Bedarf
vorgesehen werden. Während des Durchgangs durch die Filter 74, 75, 87, 88 werden
verschiedene andere Feststoffe und Flüssigkeiten außer den bereits in den Einlaßabscheidern
76 beseitigten entfernt.
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Kohlenstoff, Schwefel und Blei werden durch die Filter am häufigsten
entfernt. Bei einer Laboruntersuchung der aus einem der Filter 745 75, 87, 88 entfernten
Stoffe wurde gefunden, daß Schwefel 7,6 % der Stoffe ausmachte, Blei 0,08 %. Die
Filter sind so gebaut, daß sie einen beträchtlichen Teil aller
Feststoffe,
fein verteilter Verunreinigungen und klebrigen Bestandteile beseitigen, die die
Filter durchlaufen, während sie Gasen den Durchtritt erlauben und Flüssigkeiten
in brauchbare Feuchtigkeit zerstäuben.
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Jeder der Filter 74, 75 kann aus einem Kanister von ungefähr 3 bis
4 " (ca. 75 bis 100 mm) Länge und ungefähr 3 bis 3 1/2 (ca. 75 bis 90 mm) Durchmesser
bestehen, in dem sich ungefähr 9 Fuß (ca. 2,7 m) von Draht des Kalibers 40 bis 60
(40 - 60 gauge) befinden. Der Draht ist aus einem Material mit so einem Gefüge,
daß er keiner Erosion durch die Schadstoffe, die das Filter durchsetzen, unterliegt.
Aluminiumdraht wurde als zufriedenstellend befunden, doch sind andere Stoffe ebenso
geeignet.
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Der Draht kann in eine Rolle zusammengedrückt sein, deren Länge gleich
dem Durchmesser des Behälters ist. Die Zusammendrückung des Drahtes muß lose genug
sein, um den zurückgeführten Abgasen den Durchtritt zu erlauben, jedoch auch fest
genug, um den Durchtritt der meisten Feststoffe, Flüssigkeiten und verdampften und
zerstäubten Verunreinigungen und klebrigen Stoffe zu verhindern, die in den Abgasen
enthalten sind. Ein bevorzugter Platz für solche Filter wäre unter dem Ansaugstutzengehäuse
eines üblichen Motors oder in der Nachbarschaft des Motorraumgitters, so daß für
das Auswechseln von Filterelementen und für die Beseitigung von festgehaltenen angesammelten
Feststoffen ein leichter Zugang dazu gestattet ist.
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Jeder der Filter 87, 88 kann geringfügig abweichend von den Filtern
74, 75 gestaltet sein. Die zweiten Filter 87, 88 können hauptsächlich für die Beseitigung
überschüssiger Flüssigkeit durch Zerstäubung der verbleibenden Flüssigkeit im Abgasstrom
in brauchbare Feuchtigkeit (zum Transport der Gase und zur
Zylinderkühlung)
gebaut sein. Vier oder mehr Auslässe können dafür vorgesehen sein (s. Fig. 7), wobei
der Filterkörper aus einem Kanister besteht, der ziemlich gleich dem der Filter
74, 75 ist. Ungefähr 9 Fuß (ca. 2,7 m) von Draht des Kalibers 40 bis 60 (40 - 60
gauge), z.B. Aluminiumdraht, ist mit einem Kupfernetz mit einem Maschenabstand von
ungefähr 0,32 bis 0,42 mm (60 - 80 mesh) umwickelt, so daß er dicht im Kanister
sitzt. Von Hand einstellbare Ventile 110 können an jedem der Auslässe vorgesehen
sein.
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Nach Verlassen der Filter 87, 88 sollten nun die Gase in der Form
wiederverwendbaren Treibstoffes sein und können nun dem Vergasersystem 20 zugeführt
werden. Wo den Umständen nach anzunehmen ist, daß die Gase immer noch darin Flüssigkeit
enthalten, nachdem sie die Filter 87, 88 passiert haben, kann eine dritte Filterstufe
vorgesehen werden, um die Beseitigung zu ermöglichen. Eine solche Stufe kann die
Form eines oder mehrerer Leitungszerstäuber 92 annehmen, die in den Leitungen 89,
90 von den Filtern 87, 88 zum Vergasersystem 20 eingesetzt sind. Jeder Leitungszerstäuber
92 kann aus Stangenmaterial des gleichen Durchmessers wie die Leitungen 89, 90,
in die er eingesetzt ist, bestehen und fünf bis acht Kerben von ungefähr 1/6 " (ca.
4 mm) Tiefe in einer Anordnung um 3600 des Umfanges des Stangenmaterials aufweisen.
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Um sicherzustellen, daß kein nennenswerter Druckverlust in der Abgastrenneinrichtung
17 entsteht, wenn die Auspuffgase durch die verschiedenen Filter von der Trenneinrichtung
42 bis zum Vergasersystem 20 hindurchgehen, haben vorzugsweise die verschiedenen
Abschnitte der Rohre 72, 85, 89 und 73, 86, 90 besondere relative Durchmesser. Vorzugsweise
nehmen die
Innendurchmesser der Leitungen 70, 72 und 71, 73, die
sich von der Trenneinrichtung 42 zu den Filtern 74, 75 erstrecken, schrittweise
fortwährend ab. Wenn z.B. der Durchmesser des Rohres 70 an der Stelle seiner Verbindung
mit der Trenneinrichtung 42 1" (ca. 25 mm) beträgt, ist er bei seiner Verbindung
mit dem Filter 74 vorzugsweise 1/2'' (ca. 13 mm). Die Rohre 85, 86 haben vorzugsweise
den gleichen Durchmesser wie die hinführenden Leitungen und die Rohre 89, 90, die
von den Filtern 87, 88 ausgehen, haben vorzugsweise einen geringeren Durchmesser
als die Rohre 85, 86, wobei dieser Durchmesser der Rohre 89, 90 vorzugsweise im
wesentlichen über ihre ganze Länge gleichbleibend ist. Z.B. könnte der Innendurchmesser
der Rohre 85, 86 1/2 " (ca. 13 mm) und der Innendurchmesser der Rohre 89, 90 1/4"
(ca. 6 mm) sein. Auf diese Weise ist der Druck der in das Vergasersystem 20 eingeführten
Gase von der gewünschten Höhe, ohne daß zusätzliche druckerhöhende Mittel eingesetzt
werden müssen.
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Vorzugsweise werden, wie in Fig. 1 gezeigt, die leichteren Gase, die
von der oberen Schicht der Gase in der Trenneinrichtung 42 entnommen wurden, in
das Vergasersystem 20 am Luftfilter 22 eingeführt, während die schwereren Gase direkt
an der Kraftstoffzuleitung 27 für den Vergaser 26 eingeführt werden. Die entsprechenden
Anschlüsse 95 und 96 sind in Fig. 1 gezeigt. Der Grund für diese Art von Anschluß
ist der, daß die leichteren Kohlenwasserstoffe ohne nachteilige Wirkung zusammen
mit der Luft in den Vergaserstutzen 25 eingeführt werden können und diesen vorwärmen,
während die schwereren Kohlenwasserstoffe explodieren könnten, wenn sie der Ansauglauft
zugesetzt werden, während sie nicht explodieren, wenn sie dem Kraftstoff selbst
zugesetzt
werden. Das Kurbelgehäuse-Entlüftungsventil 100 kann durch eine Leitung 101 mit
der Leitung 89 der leichteren Gase zur Einführung in den Luftfilter 22 verbunden
sein, wie diese bei herkömmlichen Motoren üblich ist.
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Es kann wünschenswert sein, einen der Filter 87 oder 88 der zweiten
Stufe mit vier Auslässen zu versehen, von denen jeder ein 1/4'' (ca. 6 mm) handeinstellbares
Ventil 110 daran angeschlossen aufweist, wie in Fig. 7 gezeigt ist. In diesem Fall
können zwei der Anschlüsse 112 oberhalb der Drosselklappe 21 des Vergasers angeschlossen
sein und zwei der Anschlüsse 114 unterhalb der Drosselklappe 21. Bei handelsüblichen
1/4" einstellbaren Ventilen ist ungefähr 1/2 bis 3/4 einer Drehung aus dem geschlossenen
Zustand für jedes Ventil in der Rückleitung 89', die unterhalb der Drosselplatte
21 mündet, und 3 bis 3 1/2 Drehungen aus der geschlossenen Lage bei dem Ventil in'der
Rückleitung 89', die oberhalb der Drosselplatte 21 mündet, ausreichend. Bei solchen
Einstellungen wird der konstante Druck auf das Ansaugsystem des Motors ausgeübt,
der nötig ist, um die Vorteile vorliegender Erfindung hervorzubringen.
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Bei der Verwendung einer Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung
sind einige Abänderungen am normalen Kraftstoffversorgungssystem ratsam, um es den
zurückgeführten Auspuffgasen anzutSichen, so daß nicht zuviel Kraftstoff auf einmal
den Zylindern zugeführt wird. Für den 1972-Cougar-8-Zylinder-Motor von ca. 5,75
1 Hubraum, der schon oben erwähnt wurde, können die folgenden Einstellungen vorgenommen
werden. Der innere Durchmesser der Hochgeschwindigkeits-Kraftstofrdüsen im Vergaser
wird auf ungefähr 0,32 bis 0,42 " (ca. 8,1 bis 10>7 mm) vermindert.
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Das Leistungsventil im Vergaser wird durch Verringerung seiner
Einlaßmündung
von 10 bis 20 Tausendstel eines Zoll (ca. 0,25 bis 0,5 mm) verengt oder völlig geschlossen.
Eine Zusammenballung im Vergaserstutzen wird durch den Einbau eines Drahtnetzes
mit dem Maschenabstand von ungefähr 0,32 bis 0,42 mm über dem Vergaserstutzen eingeschränkt.
Bei der Verwendung eines Kraftstoffreglers wird der Kraftstoffdruck von der Kraftstoffpumpe
auf ungefähr 2 bis 4 Pfund (ca. 0,14 bis 0,28 kp/cm2) verringert. Durch Herabsetzung
des Niveaus des Schwimmers im Vergaser um ungefähr 1/3 wird der Kraftstoffspiegel
im Vergasergehäuse herabgesetzt. Die Beschleunigerpume am Vergaser wird durch einen
mechanischen Anschlag eingeschränkt, so daß sie bei der Überwindung von Totpunkten
im Leerlauf der Maschine behilflich sein kann, in anderen Fällen jedoch nicht wirksam
ist. Natürlich sind die oben genannten Vorkehrungen nur beispielsweise Abänderungen,
die durchgeführt werden könnte, jedoch könnten auch andere Änderungen vorgenommen
werden oder anderes Gerät vorgesehen werden, um die richtige Zumessung von Kraftstoff
in die Zylinder des Motors zu sichern, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung
benutzt wird.
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Entsprechend dem Verfahren im weiten Sinn gemäß der Erfindung wird
ein Verbrennungsmotor so betrieben, daß die oberen und unteren Schichten der durch
ein Auspuffsystem gehenden Abgase von dem mittleren Kern der Gase abgetrennt werden.
Dem mittleren Kern wird dann gestattet, das Auspuffsystem zu verlassen, während
die abgetrennten oberen und unteren Schichten dem Einlaßsystem des Motors als wieder
verwendeter Kraftstoff zugeführt werden. Entsprechend dem Verfahren vorliegender
Erfindung in einer besonderen Form werden die Abgase erfaßt, um in einem ersten
Strömungsweg zu fließen, in dem eine Abkühlung der Gase stattfindet. Darauf werden
die Gase in einem Abschnitt des ersten Strömungsweges umgelenkt, im allgemeinen
in Richtung
auf das Vergasersystem zu, so daß ein ausreichender
Druck entsteht, einen Teil der Abgase im Strom dem Vergasersyste wieder zuzuführen.
Aus dem ersten Strömungsweg werden Gase abgetrennt, die eine Temperatur von ungefähr
4000 F (ca. 2000 C) oder weniger haben, indem die obere und die untere Schicht der
Gase aus dem Auspuffstrom abgetrennt wird, während dem mittleren Kern der Gase der
weitere Durchgang im ersten Strömungsweg gestattet ist. Die abgetrennten oberen
und unteren Schichten werden dann in-einem zweiten Strömungsweg erfaßt, der sich
im allgemeinen in Richtung auf das Vergasersystern zu erstreckt, und Flüssigkeiten
und Feststoffe werden daraus entfernt, einschließlich Blei, Kohlenstoff, Schwefel
und Wasser.
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Dann werden diese Gase, die nun in Form wiederverwendbaren Kraftstoffes
vorliegen, in das Vergasersystem wieder eingeführt.