DE2622872A1

DE2622872A1 - Wassereinspeisevorrichtung fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2622872A1
Application number: DE19762622872
Authority: DE
Inventors: Tokuta Inoue; Kiyohiko Oishi; Shougo Sanda; Toshio Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1977-05-18
Also published as: DE2622872C3; GB1558363A; JPS5844857B2; DE2622872B2; US4063536A; JPS5257428A

Description

Wassereinspeisevorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wassereinspeisevorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und zwar insbesondere auf eine solche Wassereinspeisevorrichtung, die in Abhängigkeit vom Druck in einer zu einem Brennraum führenden Gemischleitung Wasser in die Luft-Kraftstoff-Gemischleitung einspeist.

Es sind bereits zahlreiche Verfahren zur Verminderung der Anteile von Schadstoffen, insbesondere von Stickoxiden, im Abgas aus Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Zu diesen Verfahren gehört, mit einem mageren Gemisch zu arbeiten, eine Schichtladung durchzuführen, eine katalytische Nachverbrennung durchzuführen und Abgas zurückzuführen. Diese Verfahren werfen jedoch zahlreiche Schwierigkeiten im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch, die Erhöhung der Leistung des Motors und die Lebensdauer der erforderlichen

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Vorrichtungen auf und sind außerdem nicht befriedigend im Hinblick auf die Verminderung des Gehalts an Stickoxiden.

Ferner ist e .i Verfahren bekannt, bei dem zur Verminderung des Gehalts an Stickoxiden Wasser in die Luft-Kraftstoff-Gemischaufbereitungsanlage des Motors eingespeist wird. Herkömmliche Verfahren dieser Art weisen jedoch ebenfalls noch zahlreiche Nachteile auf, zu denen gehören, daß eine beträchtliche Wassermenge benötigt wird, daß diese wiederum einen großvolumigen Wasserbehälter erfordert, daß dieser Tank Korrosion ausgesetzt ist und zusätzliche Kosten verursacht und daß das Motoröl frühzeitig verbraucht wird. Bisher ist noch keine Wassereinspeisevorrichtung bekannt geworden, die befriedigend gesteuert wird und Wasser in ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das einem Motor zugeführt werden soll, als Funktion des Drucks in der Gemischleitung je nach dem Betriebszustand des Motors einspeisen kann. Die Wassereinspeisung sollte nämlich möglichst bei einem verhältnismäßig plötzlichen Anstieg des Drucks in der Gemischleitung beginnen und während einer begrenzten Zeitdauer fortdauern, nachdem der Druck abzunehmen begonnen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde _f eine Wassereinspeisevorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die in richtig gesteuerter Weise eine geeignete Wassermenge in ein Luft-Kraftstoff-Gemisch für einen Motor einspeisen kann.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verbrennungsmotors mit einer Wassereinspeisevorrichtung, die je nach den Betriebsbedingungen bzw. der jeweiligen Phase des Motorbetriebs Wasser in geeigneter Menge in eine Luft-Kraftstoff-Gemischladung einspeisen kann.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung angegeben oder ergeben sich aus dieser.

Erfindungsgemäße Wassereinspeisevorrichtungen sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.In einer Form der Erfindung wird die genannte Aufgabe bei einer Wassereinspeisevorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Gemischaufbereitungseinrichtung, die ein Luft-Kraftstoff -Gemisch aufbereitet, zumindest einem Brennraum und einer Gemischleitung, die das Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Gemischaufbereitungseinrichtung zum Brennraum führt, gelöst durch eine Wasserzuführeinrichtung mit einem in die Gemischleitung mündenden Hauptkanal, ein Ventilelement zur Steuerung des Wasserdurchflusses von der Wasserzuführeinrichtung durch öffnen und Schließen des Hauptkanals, einen Ventilstellantrieb zum Verstellen des Ventilelementes, der auf einen verhältnismäßig plötzlichen Druckanstieg in der Gemischleitung im Sinne des öffnens des

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Hauptkanals anspricht, und eine Verzögerungseinrichtung zum Verzögern des Schließens des Hauptkanals durch das vorgespannte Ventilelement bei Annahme des Drucks in der Gemischleitung.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ventilstellantrieb eine erste Membrankainmer, die in Verbindung mit der Gemischleitung steht, eine zweite Membrankammer, eine die erste und zweite Membrankamraer trennende Membran, die mit dem Ventilelement verbunden ist, und eine Feder umfaßt, die auf die Membran und das Ventilelement in dessen Schließrichtung drückt.

Ferner ist in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Verzögerungseinrichtung eine Verzögerungskammer umfaßt, die mit der zweiten Membrankammer der Gemischleitung verbunden ist.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß die Wasserzuführeinrichtung einen Nebenkanal umfaßt, der in die Gemischleitung mündet und am Ventilelement vorbeiführt.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß die Wassereinspeisevorrichtung eine Ventileinrichtung umfaßt, die auf eine Druckdifferenz zwischen der Gemischleitung und der Atmosphäre anspricht und sowohl den Hauptkanal als auch den Nehenkanal schließt,

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wenn der Motor nicht arbeitet.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß die Wasserzuführeinrichtung eine Wasserkammer mit einem darin sitzenden Kolben,· der Wasser durch die Kanäle drücken und in die Wasserkammer pumpen kann, und ferner eine auf eine Druckdifferenz ansprechende Membran, die mit dem Kolben verbunden ist, sowie eine erste Membrankammer und eine zweite Membrankammer umfaßt, die von der Membran getrennt werden. Diese Membrankammern stehen über eine erste bzw. eine zweite Leitung mit der Gemischleitung in Verbindung, wobei sich in der ersten Leitung eine Einrichtung befindet, die für eine Verzögerung der Druckweiterleitung im Vergleich zur zweiten Leitung sorgt, wodurch der Kolben entgegen einer Vorspannung verstellt wird.

In der beigefügten Zeichnung, die Bestandteil der Offenbarung ist, sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden zur Erläuterung der Erfindung ausführlich beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Ausführungsform gemäß Fig. 1, wobei zusätzlich eine Ventileinrichtung

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zur Unterbrechung der Einspeisung von Wasser bei Stillstand des Motors dargestellt ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ausführungsform gemäß Fig. 2, wobei zusätzlich eine Einrichtung zur Verzögerung des Druckaufbaus in einer Kammer eines als Wasserpumpe wirkenden Mechanismus dargestellt ist;

Fig. 4 sine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung mit einer Membran als Pumpelement;

Fig. 5 eine schernatische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung mit einem Kolben, der zum Pumpen von Wasser mit einem Gaspedal verbunden ist;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung mit einer den Kolben verstellenden Membran,· die auf den Druck in einer Mischkammer eines Vergaser anspricht;

Fig. 7 und 8 schematische Darstellunge vereinfachter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung; und

Fig. 9 ein Diagramm, das verschiedene Kenngrößen bei einem Zehnphasenbetrieb eines Motors zeigt»

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich erläutert.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform umfaßt eine Wasserkammer 2, von der ein Hauptkanal 5 mit verhältnismäßig großem Durchmesser und ein Nebenkanal 4 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser ausgehen, die beide an einem ersten Auslaß 50 in ein Saugrohr 80a münden, durch das ein Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt, das einem Brennraum eines Motors 100 zugeführt wird. Der erste Auslaß 50 ist stromab einer Drosselklappe 15 eines Vergasers 80 angeordnet. Die Wasserkammer 2 steht ferner über ein Rückschlagventil 16 und einen Einlaß 1 mit einem Wasservorrat in Verbindung.

In die Wasserkammer 2 ist ein Kolben 3 eingesetzt, der über eine Kolbenstange 92 mit einer Membran 60 in einer Kammer 60a verbunden ist. Auf die Membran 60 kann eine Druckdifferenz wirken. Die Membran 60 ist so an den Wänden der Kammer 60a befestigt, daß sie diese Kammer in zwei mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagbare Membrankammern 7 und 8 unterteilt. In der Membrankammer 7 befindet sich eine Feder 62, die zwischen einer Wand der Membrankammer 7 und der Membran 60 sitzt.

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Der Kolben 3, die Feder 62 und die von der Membran getrennten Membrankammern 7 und 8 bilden eine Wasserpumpe

Der Hauptkanal 5 mit größerem Durchmesser wird von einem länglichen Ventilelement 6 geöffnet und geschlossen, wie dies noch ausführlicher beschrieben wird. Das Ventilelement 6 ist an einer Stellmembran 61 für das Ventilelement befestigt, die ihrerseits an den Wänden einer Kammer 61a befestigt ist und dadurch diese Kammer 61a in zwei Membrankammern 10 und 11 unterteilt. Zwischen einer Wand der Membrankammer 11 und der Membran 61 sitzt eine Feder 63. Die Membrankammer 10 steht über einen zweiten Auslaß 51 mit dem Saugrohr 80a in Verbindung, und die Membrankammer steht in Verbindung mit einer Gemischkammer 9, die ihrerseits mit der Membrankammer 7 in Verbindung steht. Ferner steht die Gemischkaxnmer 9 über eine Verzögerungskammer 12 und einen dritten Auslaß 52 mit dem Saugrohr 80a in Verbindung. In der Verzögerungskammer 12 befindet sich eine Drossel 64.

Die Kammer 6 0a, die von der Membran 61 in Membrankammern 10 und 11 unterteilt wird, die Feder 63, die Gemischkammer 9, die Verzögerungskammer 12 und der dritte Auslaß 52 bilden einen Ventilstellantrieb 90 zum Antrieb des Ventilelementes 6.

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Bei der beschriebenen Ausführungsform steht die Membrankammer 8 der Wasserpumpe 91 über eine Gemischkammer 13, eine Verzögerungskairaner 14 und einen vierten Auslaß 53 in Verbindung mit dem Saugrohr 80a. In der Verzögerungskammer 14 befinden sich eine Drossel 65, die ungefähr gleiche Drosselwirkung wie die Drossel 64 hat, und ein Rückschlagventil 66, das den Druck des Luft-Kraftstoff-Gemischs nur in Richtung zur Membrankammer 8 durchläßt. Jeder Druckanstieg im Saugrohr 80a wird daher schneller zur Membrankammer 8 als zur Membrankammer 7 übertragen, da sich in der Verzögerungskammer 14 eine Kombination aus dem Rückschlagventil 66 und der Drossel 65 befindet, wogegen sich in der Verzögerungskammer 12 lediglich die Drossel 64 befindet.

Wenn im Betrieb die Drosselklappe 15 des Vergasers nur wenig geöffnet ist, herrscht im Saugrohr 80a ein Unterdruck, während der Hauptkanal 5 vom Ventilelement 6 aufgrund der Kraft der Feder 63 geschlossen gehalten wird. In diesem Zustand wird Wasser aus der Wasserkammer 2 durch den Nebenkanal 4 in das Saugrohr 80a in solcher Menge eingespeist, daß dadurch die Kraftstoffausnutzung bei Betrieb des Motors mit niedriger Last verbessert wird. Auch bei Betrieb des Motors mit normaler Last und während einer Verzögerung des Motors wird der Hauptkanal 5 mit dem größeren -Durchmesser vom Ventilelement 6 geschlossen gehalten,

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so daß dabei durch den Hauptkanal 5 kein Wasser in das Saugrohr 30a eingespeist wird.

Wenn jedoch die Drosselklappe 15 schnell geöffnet wird, damit bei einer Beschleunigung eine größere Luft-Kraftstoff-Gemischmenge geliefert wird, nimmt der Unterdruck im Saugrohr 80a ab, d.h. der Druck darin steigt an. In der MeiTsbrankammer 10 des Ventilstellantriebs 90 wirkt dieser erhöhte Druck sofort, so daß die Membran 61 entgegen der Kraft der Feder 63 nach unten ausgelenkt wird und dabei das an ihr befestigte Ventilelement 6 mitnimmt, wodurch der Hauptkanal 5 geöffnet wird.

Mit einer gewissen Zeitverzögerung im Vergleich zur Membrankammer 10 wirkt der erhöhte Druck im Saugrohr 80a auch auf die Gemischkammer 13 und dann auf die Membrankammer 8, wobei die Verzögerung durch die Drossel 65 und das Rückschlagventil 65 hervorgerufen wird.

Im Vergleich zur Membrankammer 8 wirkt der erhöhte Druck erst mit noch größerer Verzögerung, d.h. noch später,, auf die Membrankammer 7, da sich in der Verzögerungskammer lediglich die Drossel 64 befindet. Dies führt zu einer Druckdifferenz zwischen den Membrankammern 7 und 8 und auch zwischen den Membrankammern 10 und 11. Die Druckdifferenz zwischen den Membrankammern 7 und S führt zu einer Auslenkung

der Membran 6 0 entgegen der Kraft der Feder 62, so daß dadurch der Kolben 3 nach vorne bzw. links (in Fig. 1) verschoben wird. Dadurch wird über den Hauptkanal 5 mit größerem Durchmesser in das Saugrohr 80a Wasser in einer Menge eingespeist, die dem Hub des Kolbens 3 entspricht.

Nach einer gewissen Zeit herrscht in den Membrankammern 7 und 8 gleicher Druck, da sich in diesen Kammern allmählich über die Drosseln 64 und 65 und das Rückschlagventil 66 ein Druck aufbaut, der den Wert des Drucks des Luft-Kraftstoff-Gemisch im Saugrohr 80a hat. Dies hat zur Folge, daß der Kolben 3 von der Feder 62 in seine Ausgangsstellung zurückgebracht wird. Bei der Rückbewegung des Kolbens 3 wird über den Einlaß 1 aus dem Wasservorrat Wasser in die Wasserkammer 2 gesaugt.

Beim Sinken des Drucks im Saugrohr 80a wird das Schließen des Hauptkanals 5 durch das Ventilelement 6 von der Verzögerungskammer 12 verzögert, bis schließlich die Druckdifferenz an der Membran 61 kleiner als die Kraft der Feder 62 wird.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann die Wassereinspeisevorrichtung eine Einrichtung aufweisen, die das Einströmen von Wasser aus der Wasserkammer in das Luft-Kraftstoff-Gemischsaugrohr vollständig unterbindet,

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während der Motor nicht arbeitet.

Die in Fig. 2 dargestellte Wassereinspeisevorrichtung stimmt weitgehend mit der in Fig. Ί dargestellten Wassereinspeisevorrichtung überein und weist darüber hinaus ein Ventilelement 18 auf/ das die Wasserströmung sowohl im Hauptkanal 5 als auch im Nebenkanal 4 steuert. Das Ventilelement 18 ist an einer Membran 74 in einer Kammer 68 befestigt, wobei die Membran 74 und das Ventilelement 18 von einer Feder 67 in Richtung des Schließens des Hauptkanals 5 und des Nebenkanals 4 beaufschlagt werden. Die Membran 74 unterteilt die Kammer 68 in eine Membrankammer 17, die über einen Auslaß 54 mit dem Saugrohr 80a in Verbindung steht, und eine mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehende Kammer. Die Kraft der Feder 67 wirkt der vom Unterdruck im Saugrohr 80a erzeugten Kraft entgegen.

Während der Motor stillsteht, so daß im Saugrohr 80a kein Unterdruck herrscht, werden die Kanäle 4 und 5 vom Ventilelement 18 geschlossen gehalten, so daß die Einspeisung von Wasser unterbrochen ist. Wenn der Motor jedoch läuft und sowohl im Saugrohr 80a als auch in der Membrankammer Unterdruck erzeugt wird, wird die Membran 74 ausgelenkt, wobei sie das Ventilelement 18 aus den Kanälen 4 und 5 zurückzieht, so daß Wasser in das Saugrohr 80a eingespeist werden kann.

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Ferner kann die Wassereinspeisevorrichtung eine Einrichtung aufweisen, die den Druckanstieg in der Membrankammer 7 der Wasserpumpe 91 in dem Sinne verzögert/ daß er zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt.

Die in Fig. 3 dargestellte Wassereinspeisevorrichtung weist sämtliche Element der in Fig. 2 dargestell-fcen. Wassereinspeisevorrichtung auf und umfaßt darüber hinaus ein Ventilelement 21, das eine Verbindung zwischen dem Saugrohr 80a und der Membrankammer 7 steuert, wobei dieses Ventilelement 21 druckempfindlich ist und auf eine Druckdifferenz zwischen der Gemischkammer 9 und dem Saugrohr 80a anspricht. Eine Kammer 21a wird von einer Membran 19a in einen Kammerbereich 19 und einen Kammerbereich 20 unterteilt, und die Membran 19a ist fest mit dem Ventilelement 21 verbunden. Der Kammerbereich 19 steht mit dem Saugrohr 80a und der Membrankammer 7 in Verbindung, und der Kammerbereich 20 steht in Verbindung mit der Gemischkammer 9. Eine Feder 69 beaufschlagt die Membran 19a in solcher Richtung, daß sie das Ventilelement 21 zurückzuziehen und dadurch die Verbindung zwischen einem Auslaß 55 im Saugrohr 80a und der Kammer 7 zu öffnen versucht.

Wenn der Druck im Saugrohr 80a ansteigt, wird somit die Membran 19a zunächst so ausgelenkt, daß sie das Ventilelement 21 so verschiebt, daß es die Leitung von der

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Membrankammer 7 zum Auslaß 55 sperrt. Während der Druck in der Gemischkammer 9 langsamer ansteigt, öffnet das
Ventilelement 21 langsam die Leitung vom Auslaß 55 zur Membrankammer 7, so daß dann der Kolben 3 in seine Ausgangsstellung zurückgebracht wird. Das Ventilelement 21 verzögert somit den Druckanstieg in der Membrankammer 7 und die Rückführung des Kolbens 3 durch die Feder 62.

Die erfindungsgemäße Wassereinspeisevorrichtung kann auch eine einfachere Wasserpumpe und einfachere
zugehörige. Einrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz aufweisen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfuhrungsform ist in die Wasserkammer 2 statt eines Kolbens eine Membran 22 eingesetzt. Diese Membran 22 ist an der Wand der Wasserkammer befestigt und unterteilt diese in einen Kammerbereich 23, der direkt über einen Auslaß 53' mit dem Saugrohr 80a in Verbindung steht, und einen mit Wasser gefüllten Kammerbereich, der sowohl über den vom Ventilelement 6 gesteuerten Hauptkanal 5 als auch über den Nebenkanal 4 mit dem Auslaß in Verbindung steht. Eine im Kammerbereich 23 angeordnete Feder 70 stabilisiert die Membran 22 und beaufschlagt sie in Richtung zum Auslaß 50.

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Wenn der Druck im Saugrohr 80a ansteigt, wird aufgrund der Elastizität der Membran 22 und der Kraft der Feder 70 Wasser eingespeist. Wenn sich dann der Druck im Saugrohr 80a stabilisiert, kehrt die Membran in ihre Ausgangsstellung zurück, wobei über den Wassereinlaß 1 Wasser in die Wasserkammer 2 gepumpt wird.

Bei dieser vereinfachten Ausführungsform der Wasserpumpe sind die Kammer 60a, die Gemischkammer 13 und die Verzögerungskammer 14 nicht erforderlich.

Die erfindungsgemäße Wassereinspeisevorrichtung ermöglicht es auch, die Wasserpumpe mittels eines Gaspedals zu betätigen.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ist gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 4 so abgewandelt, daß die Membran durch einen Kolben 3 ersetzt ist und daß der Kolben 3 mit einem Gaspedalgestänge verbunden ist. Beim Niedertreten des Gaspedals 73 wird der Kolben 3 in Abhängigkeit von der Bewegung des Gaspedals verschoben.

Eine Druckkammer 25a, zu der eine Feder 24 und ein Kolben 24a gehören, absorbiert einen Teil des beim Niedertreten des Gaspedals 73 vom Kolben 3 gepumpten Wassers, wobei in einer Kammer 25 Wasser gespeichert wird.

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Die von der Feder gespeicherte Energie drückt das Wasser aus der Kammer 25 zusammen mit dem Wasser aus der Wasserkammer 2 durch den Auslaß 50 hinaus. Wenn das Gaspedalgestänge in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, wird die Wasserkammer 2 wieder mit Wasser gefüllt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung ist als Alternative vorgesehen, daß die Wasserpumpe und der Ventilstellantrieb vom Unterdruck in der Mischkammer des Vergasers betätigt werden.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform stehen die Membrankammer 7 der Wasserpumpe und die Membrankammer 11 des Ventilstellantriebs in Verbindung mit der Mischkammer 27 im Vergaser. Die Membrankammern 8 und 10 der Wasserpumpe bzw. des Ventilstellantriebs stehen in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre. Bei dieser Aus*- führungsform sind daher die Gemischkammern 9 und 13 und die Verzögerungskammern 12 und 14 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 nicht erforderlich.

Der Druckabfall, d.h. die Zunahme des Unterdrucks, in der Mischkammer 27 aufgrund eines höheren Luftdurchsatzes beim Beschleunigen führt zu Druckdifferenzen zwischen der Membrankammer 11, in die die Feder 63 eingesetzt ist, und

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der mit der Atmosphäre verbundenen Membrankammer 10 sowie zwischen der Membrankammer 7,in die eine Feder 72 eingesetzt ist, und der mit der Atmosphäre verbundenen Membrankammer 8, so daß das Ventilelement 6 den Hauptkanal 5" öffnet und der Kolben 3 verschoben wird. Wenn der Motor jedoch unter starker Last und normalbelastet läuft, ist der Hauptkanal 5 geschlossen, so daß die Wassereinspeisung mit Ausnahme der Einspeisung über den Nebenkanal 4 unterbrochen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung kann auch auf den Kolben der Wasserpumpe verzichtet werden, wobei dann das Wasser von der Druckdifferenz zwischen dem Saugrohr und der umgebenden Atmosphäre gefördert wird.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform steht die Wasserkammer 2 mit dem Auslaß 50 in das Saugrohr 80a über den Hauptkanal 5 und den Nebenkanal 4 sowie mit einem unter atmosphärischem Druck stehenden Wasservorrat über den Einlaß bzw. die Zuführleitung 1 in Verbindung.

Wenn im Saugrohr 80a der Druck ansteigt, so daß vom Ventilelement 6 der Hauptkanal 5 geöffnet wird, ist der Druck im Saugrohr 80a immer noch niedriger als der atmosphärische Druck. Daher wird von der Druckdifferenz

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zwischen dem Druck im Saugrohr 80a und dem atmosphärischen Druck aus der Wasserkammer 2 in das Saugrohr 80a Wasser eingespeist.

Es sind auch Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung möglich, bei denen der Nebenkanal zwischen der Wasserkammer bzw. dem Wasservorrat und dem Luft-Kraftstoff-Gemischsaugrohr nicht erforderlich ist und bei denen in das Saugrohr nur während solcher Zeiträume Wasser eingespeist wird, während derer erhöhter Druck im Saugrohr herrscht, beispielsweise während des Beschleunigens.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform führt die Wasserzuführleitung 1 direkt von einer unabhängigen Wasserpumpe zum Auslaß 50, wobei die Wassereinspeisung vom Ventilelement 6 gesteuert wird.Bei dieser vereinfachten Ausführungsform der Erfindung wirken der Ventilstellantrieb 90 mit dem Ventilelement 6, die Wasserzuführleitung 1 und die unabhängige Wasserpumpe beim Einspeisen von Wasser in das Luft-Kraftstoff-Gemischsaugrohr zusammen.

Bei den in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen wird das Wasser durch Ausnutzung des Unterdrucks im Luft-Kraftstoff-Gemischsaugrohr gefördert,

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so daß eine unabhängige Wasserpumpe nicht erforderlich ist. Bei diesen Ausfuhrungsformen sind ferner zwei Kanäle vorgesehen, von denen der eine einen größeren und der andere einen kleinen Durchmesser hat, so daß die Kraftstoffausnutzung sowohl bei geringer Belastung des Motors als auch bei Beschleunigungsvorgängen besser ist. Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 6 wird ferner der vom Druckanstieg im Saugrohr hervorgerufene Gegendruck im Nebenkanal und im Hauptkanal, der eine Verminderung der eingespeisten Wassermenge hervorrufen könnte, dadurch kompensiert, daß mit einem Kolben oder einer Membran gearbeitet wird, der bzw. die Wasser durch den Auslaß in das Luft-Kraftstoff-Gemischsaugrohr preßt.

In der folgenden Tabelle ist für bestimmte Phasen eines Zehnphasenbetriebslaufs eines Motors der Stickoxidanteil an der Gesamtstickoxidmenge im Abgas beim Zehnphasenbetrieb wiedergegeben.

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Tabelle

Anteil des verbrauchten Kraft- Stickoxidanteil an Zeitanteil Stoffs-am Ge- der Gesamtstickoxid-Zeit- am Zehn- samtverbrauch menge beim Zehn-Phase dauer phasenbe- beim Zehnphasen- phasenbetrieb (see) trieb [%] betrieb [%] [%I

Leerlauf

36

15

Beschleunigung^ 0-20km/h 10

Beschleunigung (^D 0-40km/h 26

30

50

13

20

30

Wie sich aus vorstehender Tabelle ergibt, werden 80 bis 90% des Stickoxids während der Beschleunigungsphasen und der durch die Beschleunigung beeinflußten folgenden Phasen erzeugt und abgegeben (siehe die Beschleunigungsphasen (T), (2) und φ in obiger Tabelle) Im Hinblick auf diese Werte zielen die erfindungsgemäßen Verbesserungen besonders auf die Verminderung der Stickoxidmenge während bestimmter Betriebsphasen, indem zwei

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Arten von Kanälen mit verhältnismäßig kleinem bzw. großem Durchmesser vorgesehen sind, damit Wasser in solcher Menge eingespeist wird, daß die Stickoxidmenge möglichst gering ist. Während aller übrigen Phasen außer den Beschleunigungsphasen wird Wasser in verringerter Menge eingespeist, was zu einer besonders günstigen Verminderung der Stickoxidmenge führt.

Fig. 9 ist ein Diagramm, das verschiedene Kenngrößen beim Zehnphasenbetriebslauf eines Motors mit einer erfindungsgemäßen Wassereinspeisevorrichtung zeigt.

Es liegt auf der Hand, daß zahlreiche Abwandlungen und Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, ohne den Rahmen und den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

\1. ) Wassereinspeisevorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Gemischaufbereitungseinrichtung, die ein Luft-Kraftstoff -Gemisch aufbereitet, zumindest einem Brennraum und einer Gemischleitung, die das Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Gemischaufbereitungseinrichtung zum Brennraum führt, gekennzeichnet durch eine Wasserzuführeinrichtung (1, 2, 3, 4, 5, 91) mit einem in die Gemischleitung (80a) mündenden Hauptkanal (5), ein vorgespanntes Ventilelement (6) zur Steuerung des Wasserdurchflusses von der Wasserzuführeinrichtung durch Öffnen und Schließen des Hauptkanals, einen Ventilstellantrieb (90) zum Verstellen des Ventilelementes, der auf einen verhältnismäßig plötzlichen Druckanstieg in der Gemischleitung im Sinne des öffnens des Hauptkanals anspricht, und eine Verzögerungseinrichtung (9, 12, 64) zum Verzögern des Schließens des Hauptkanals durch das yorgespannte Ventilelement bei Abnahme des Drucks in der Gemischleitung.
2. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsteilantrieb (901- eine erste Membrankammer (10) , die in Verbindung- mit der Gemischleitung CSOa) steht» eins zweite Membrankaramer ""ι":, eine die erste und die zweite Membrankammer trennend;. I-ar^rcX i6'l': ? die mit dem Ventile lernest '!6.- varbunien iS'c.uni ©ins

Feder (63) umfaßt, die auf die Membran und das Ventile lenient in dessen Schiießrichtung drückt.
3. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung eine Verzögerungskammer (12) umfaßt, die mit der zweiten Membrankaxnmer (11) und der Gemischleitung (80a) verbunden ist.
4. Wassereinspeisevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführeinrichtung einen Nebenkanal (4) umfaßt, der in die Gemischleitung (80a) mündet und nicht vom Ventilelement (6) gesteuert wird.
5. Wasssreinspsisevorriclitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführeinrichtung eine Wasserpumpe (91) umfaßt.
6. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführeinrichtung (1, 2, 4, Ξ} einer Druckdifferenz zwischen der Gemischleitung (80a) und der Atmosphäre ausgesetzt ist.
7. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet euren eine Ventil einrichtung (17,- 18, 67, 68, 74) _F die 2C- sins Druckdifferenz zwischen der Gemischleitung ('Ge. •jr.;" :"sr Atmosphäre ar.srrieht und sowohl den Hauptkanal ;5;

als auch den Nebenkanal (4) schließt, wenn der Motor (100) nicht arbeitet.
8. Wassereinspeisevorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Gemischaufbereitungseinrichtung, die ein Luft-Kraftstoff -Gemisch aufbereitet, zumindest einem Brennraum und einer Gemischleitung, die das Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Gemischaufbereitungseinrichtung zum Brennraum führt, gekennzeichnet durch eine Wasserzuführeinrichtung (1, 2, 3, 4, 5, 91) mit einer Wasserkammer (2), einem Hauptkanal· (5) und einem Nebenkanal (5), die die Wasserkammer mit der Gemisch- bzw. Saugleitung (80a) verbinden, wobei der Hauptkanal größer als der Nebenkanal ist, ein Ventilelement (6) zum öffnen und Schließen des Hauptkanals, einen Ventiljstellantrieb (90) zum Verstellen des Ventilelementes, der eine erste Membrankammer (10), die in Verbindung mit der Gemischleitung steht, eine zweite Membrankamir.er (11), eine die erste und die zweite Membrankammer trennende Membran (61), die mit dem Ventilelement verbunden ist, und eine Feder (63) umfaßt, die das Ventilelement im Sinne des Schießens des Hauptkanals beaufschlagt, und eine Verzögerungseinrichtung (9, 12, 64) zum Verzögern des Schließens des Hauptkanals durch das vorgespannte Ventilelement bei Abnahme des Drucks in der Gemischleitung mit einer Verzögerungskammer (12), die mit der zweiten Membrankammer und der Gemischleitung verbunden ist.

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9. Wassereinspexsevorrichtüng nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführeinrichtung eine Wasserpumpmembran (22), die die Wasserkammer (2) in einen mit Wasser gefüllten Kammerbereich und einen Druckkammerbereich (23) unterteilt, der mit der Ganischleitung (80a) verbunden ist, und eine elastische Einrichtung (70) umfaßt, die auf die Wasserpumpmembran in Richtung zum mit Wasser gefüllten Kammerbereich drückt.
10. Wassereinspexsevorrichtüng nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführeinrichtung ferner einen Wasservorrat, zumindest eine Leitung (1), die den Wasservorrat mit dem mit Wasser gefüllten Kammerbereich verbindet, und ein Rückschlagventil (16) umfaßt, das eine Rückströmung von Wasser aus dem mit Wasser gefüllten Kammerbereich zum Wasservorrat verhindert.
11. Wassereinspexsevorrichtüng nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser zuführeinrichtung einen Wasservorrat, zumindest eine Leitung (1), die den Wasservorrat mit der Wasserkammer (2) verbindet, ein Rückschlagventil (16), das die Rückströmung von Wasser aus der Wasserkammer zum Wasservorrat verhindert, einen verschiebbar in der Wasserkammer sitzenden Kolben (3), dessen Kopf auf das Wasser in der Wasserkammer drückt, und einen Kolbenantrieb (7, 8, 60, 62; 26) umfaßt, wobei der Kolben und der Kolbenantrieb eine Wasserpumpe (91) bilden.

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12. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 11 für einen Verbrennungsmotor, zu dem ein Gaspedal gehört, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenantrieb Mittel (26) zum Verbinden des Kolbens (3) mit dem Gaspedal (73) umfaßt.
13. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführeinrichtung ferner eine mit der Wasserkammer (2) in Verbindung stehende Druckentlastungskammer (25a) umfaßt.
14. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckentlastungskammer (25a) ein vorgespannter Druckentlastungskolben (24a) gehört.
15. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenantrieb eine druckempfindliche Einrichtung (7, 8, 60, 62, 72) umfaßt.
16. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführeinrichtung einen verschiebbar in der Wasserkammer (2) sitzenden Kolben (3), dessen Kopf auf das Wasser in der Wasserkammer drückt, und einen druckempfindlichen Kolbenantrieb (7, 8, 60, 62, 72) umfaßt, wobei der Kolben und der druckempfindliche Kolbenantrieb eine Wasserpumpe (91) bilden.

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(a
17. Wasserexnspexsevorrxchtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der druckempfindliche Kolbenantrieb eine erste Membrankammer (7) eine zweite Membrankammer (8), eine mit einer Druckdifferenz beaufschlagbare Membran (60), die die erste und die zweite Membrankammer voneinander trennt, mit dem Kolben (3) verbunden ist und unter solcher Vorspannung steht, daß sie die Wassermenge in der Wasserkammer größtmöglich zu machen versucht, und eine Einrichtung (12, 14) umfaßt, die in Abhängigkeit vom Druck in der Gemischleitung (80a) eine Druckdifferenz an der Membran erzeugen kann.
18. Wasserexnspexsevorrxchtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz an der Membran (60) eine erste Leitung, die eine Druckverbindung zwischen der Gemischleitung und der ersten Membrankammer (7) bildet, eine zweite Leitung, die eine Druckverbindung zwischen der Gemischleitung und der zweiten Membrankammer (8) bildet, und Mittel (12, 14) umfaßt, die die Druckübertragung zur ersten Membrankammer bezüglich der Druckübertragung zur zweiten Membrankammer verzögern so daß dadurch auf die Membran und den Kolben eine Stellkraft entgegen der Vorspannung ausgeübt wird.
19. Wasserexnspexsevorrxchtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung zum

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Verzögern des Schließens des Hauptkanals (5) ferner eine Gemischkammer (9) umfaßt und daß die Verzögerungskammer (12) mit der zweiten Membrankammer (11) des Ventilstellantriebs (90) über diese Gemischkammer verbunden ist.
20. Wassereinspeisevorichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membrankammer (7) des Kolbenantriebs mit der Gemischleitung (80a) über die Gemischkammer (9) und die Verzögerungskammer (12) verbunden ist und daß sich in der zweiten Leitung ein Rückschlagventil (66) befindet, das nur in Richtung von der Gemischleitung (80a) zur zweiten Membrankammer des Kolbenantriebs öffnet.
21. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verzögerung der Druckbeaufschlagung der ersten Membrankammer (7) des Kolbenantriebs ein Druckverzögerungsventil (21) zum öffnen und Schließen der ersten Leitung und eine Druckverzögerungsmembran (19a) zur Steuerung des Druckverzögerungsventils umfaßt, wobei die Druckverzögerungsmembran unter Vorspannung in Öffnungsrichtung des Druckverzögerungsventils steht und einerseits auf den Druck in der ersten Leitung, der das Druckverzögerungsventil zu schließen versucht, sowie andererseits auf den Druck in der zweiten Membrankammer (11) des Ventilstellantriebs (90) anspricht, der das Druckverzögerungsventil zu öffnen versucht.

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22. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungskammer (12) der Verzögerungseinrichtung zum Verzögern des Schließens des Hauptkanals (5) und die zweite Leitung jeweils eine Drossel (64, 65) aufweisen, die im wesentlichen gleiche Drosselwirkung haben, und daß sich in der zweiten Leitung ferner ein Rückschlagventil (66) befindet, das nur in Richtung von der Gemischleitung (80a) zur zweiten Membrankammer (8) des Kolbenantriebs öffnet.
23. Wassereinspeisevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 22, gekennzeichnet durch eine Ventileinrichtung (17, 18, 67, 68, 74), die auf eine Druckdifferenz zwischen der Gemischleitung (80a) und der Atmosphäre anspricht und sowohl den Hauptkanal (5) al-s auch den Nebenkanal (4) schließt, wenn der Motor (100) nicht arbeitet.
24. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 23,dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung zum Schließen des Hauptkanals (5) und des Nebenkanals (4) ein Sperrventilelement (18), das unter Vorspannung in Schließrichtung sowohl bezüglich des Hauptkanals als auch bezüglich des Nebenkanals steht, eine Sperrmembran (74) zum Verstellen des Sperrventilelementes, Mittel zum Anlegen atmosphärischen Drucks an eine Seite der Sperrmembran und Mittel zum Anlegen des Unterdrucks in der Gemischleitung (80a) an die andere

Seite der Sperrmembran umfaßt, wobei dieser Unterdruck das Sperrventilelement entgegen der Vorspannung öffnen kann.
25. Wassereinspeisevorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Vergaser, zumindest einem Brennraum und einer Gemischleitung, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch vom Vergaser zum Brennraum führt, gekennzeichnet durch eine Wasserzuführeinrichtung mit einer Wasserkammer (2), einem Hauptkanal (5) und einem Nebenkanal (4), die die Wasserkammer mit der Gemischleitung (80a) verbinden, wobei der Hauptkanal größer als der Nebenkanal ist, einem verschiebbar in der Wasserkammer sitzenden Kolben (3), dessen Kopf auf das Wasser in der Wasserkammer drückt, und einer druckempfindlichen Einrichtung (7, 8, 72) zum Antrieb des Kolbens, wobei der Kolben und der Kolbenantrieb eine Wasserpumpe bilden, ein Ventilelement (6) zum öffnen und Schließen des Hauptkanals, eine Mischkammer (27) im Vergaser und einen Ventilstellantrieb (10, 11, 61, 63) zum Verstellen des Vergasers mit einer ersten Membrankammer (10), die in Verbindung mit der Atmosphäre steht, einer zweiten Membrankammer (11), die mit der Mischkammer in Verbindung steht, einer die erste und die zweite Membrankammer voneinander trennenden Membran (61), die mit dem Ventilelement verbunden ist, und einer Vorspanneinrichtung (63) , die das Ventilelement in Schließrichtung des Hauptkanals belastet.

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26. Wassereinspeisevorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der druckempfindliche Kolbenantrieb eine den Kolben verstellende Membran, die unter solcher Vorspannung steht, daß sie die Wassermenge in der Wasserkammer (2) größtmöglich zu machen versucht, Mittel (8) zur Aufbringung atmosphärischen Drucks auf die Membran, damit dadurch der Kolben entgegen der Vorspannung verstellt wird, und Mittel (7) umfaßt, die in Verbindung mit der Mischkammer (27) stehen und dazu dienen, die dem atmosphärischen Druck gegenüberliegende Seite der Membran mit Mischkammerdruck zu beaufschlagen.

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