DE2745332A1

DE2745332A1 - Vorrichtung zum zufuehren von feuchtigkeit an verbrennungsmotore

Info

Publication number: DE2745332A1
Application number: DE19772745332
Authority: DE
Inventors: Thomas K Penland
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-08
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1978-04-13
Also published as: ES463003A1; AU2942477A; SE7711138L; FR2367193A1; JPS5346521A; IT1091753B; DE7731138U1; DK446777A; NO773417L; US4080936A

Description

Thomas K₀ Penland, Long Beach, Mississipi, V. St. A. Vorrichtlang zum Zuführen von Feuchtigkeit an Verbrennungsmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Bilden der Ladung von Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere eine Vorrichtung, die auf wirkungsvolle und präzise Weise dem Benzin-Luft-Gemisch, das in die Zylinder eines Benzinmotors eingeführt wird, Flüssigkeitsdämpfe zuführte

Seit der Steigerung der Benzinpreise und der Möglichkeit einer unzureichenden Benzinversorgung ist das Interesse an Einrichtungen gestiegen, mit denen sich Benzin sparen läßt. Eine solche bisher verfügbare Einrichtung ist der Befeuchter für das Luft-Benzin-Gemisch, wie er bspw. in den US-PSn 2,715.392, 2.378·319 und 2.811»146 offenbart ist; diese Einheiten waren jedoch nicht für die Aufnahme in moderne Kraftfahrzeuge gedacht. Die Motorräume von modernen Kraftfahrzeugen sind Beispiele für den Versuch, eine größtmögliche Anzahl von Anlagenteilen in einem begrenzten Raum unterzubringen; die Forderungen für einen Brennstoffbefeuchter,

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der in derzeitigen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden soll, sind also, daß er kompakt und gegen ein Kippen verhältnismäßig unempfindlich sein mußo Ein einfaches maßstäbliches Verkleinern der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen würde nicht ausreichen, da eine solche Vorrichtung dann wesentlich kleinere Flüssigkeits- und Dampfvolumina aufweisen würde, wobei das geringere Dampfvolumen den Wirkungsgrad der Befeuchtung verringerte

Der Nutzen, der sich mit einem präzise gesteuerten Befeuchtungssystem erreichen läßt, liegt nicht nur in einer Benzinersparnis, sondern erstreckt sich auch auf eine Leistungserhöhung, die Verringerung der Klopfneigung und eine Entkohlung.

Es ist ebenfalls erwünscht, die Menge der Flüssigkeit in der Befeuchtungskammer präzise zu regeln, um die Verdampfung unabhängig von den Schwingungen des Fahrzeugkörpers oder Änderungen der Fahrrichtung zu optimieren, so daß die Luft vor der Berührung mit der befeuchtenden Flüssigkeit dispergiert wird, eine optimale Verdampfung stattfindet und die befeuchtete Luft auf ausgeliehene Weise den Zylindern des Motors zugeführt werden kann, damit nicht einer oder mehrere der Zylinder mangelhaft versorgt werden.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Befeuchten der Ladung eines Verbrennungsmotors mit einer Kammer, die Flüssigkeit-Luft-Gemisch aufnehmen kann, mit einer Luftaustritteinrichtung, die die Kammer in deren Oberteil durchdringt und an

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den Ansaugverteiler einer Verbrennungsmotors angeschlossen werden kann, eine in die Kammer eindringende Lufteinlaßeinrichtung, eine nahe dem Innenboden der Kammer angeordneten Verteilereinrichtung, die in Strömungsverbindung mit der Lüfteinlaßeinrichtung steht, um Luft mindestens mehreren Punkten nahe dem unteren Umfang der vertikalen orientierten Innenflächen der Kammer zuzuführen, mit einer Flüssigkeitseinlaßeinrichtung, die eine Fläche der Kammer durchstößt und an einen externen Flüssigkeitsvorrat abschließbar ist, und durch eine Ventileinrichtung, die an die Flüssigkeitseinlaßeinrichtung angeschlossen ist und die Flüssigkeitsströmung durch diese steuert, wobei sie selbst durch einen Schwimmer gesteuert wird, der so angeordnet ist, daß er von dem Spiegel der in der Kammer befindlichen Flüssigkeit betätigt wird.

In einer Ausführungsform tritt ein Rohr mit kleinem Durchmesser in der Mitte der oberen Fläche der Kammer in diese ein und speist einen Verteiler am Kammerboden,Der Verteiler wird dabei von einer Vielzahl kleiner Buten gebildet, die in die Bodenfläche einer Platte eingeschnitten sind, die geringfügig kleiner als der Kammerboden ist und flach auf ihm liegt. Auf diese Veise wird eine Luftströmung auf die unteren Teile der Kammerwände gerichtet, die infolge der kleinen Nutenabmessungen ein gutverteiltes Muster kleiner Bläschen bildet, die an den Kammerwinden entlang aufsteigen.

Ein toroidförmiger Schwimmer dient dazu, die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer zu steuern. Infolge der Toroidform

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kann »an den Schwimmer koaxial mit dem Lufteinlaßrohr zentral In der Kammer anordnen. Auf diese Weise ist der Schwimmer wegen seiner zentralen Lage und seiner Toroidgestalt wesentlich weniger empfindlich gegenüber einer Kipplage der Kammer und es ist ▼erhindert, daß die an den Kammerwänden aufsteigenden Bläschen die Funktion des Schwimmers stören.

Das System erlaubt eine noch höhere Präzision, wenn man zwei Dampf auslasse aus der Kammer vorsieht, um den Dampf auf einwandfreie Weise den zu zwei Ebenen aufgeteilten Ansaugverteilern zuzuführen, die man in modernen Kraftfahrzeugen benutzt. Diese Auslässe sind weiter zu insgesamt vier Einlassen zum Ansaugverteiler des Motors aufgeteilte Diese Aufteilung gewährleistet, daß die befeuchtete Luft in allen Zylindern gleich wirksam ist, anstatt nur auf die Zylinder zu wirken, die dem Lufteintrittspunkt in der Ansaugleitung am nächsten liegen.

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. Λ ist eine Perspektivdarstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit abgenommener Kammerwand;

Fig. 2 ist eine Perspektivdarstellung eines weggeschnittenen Bodenteils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und zeigt eine alternative Verteilerkonstruktion.

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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Figo 1 gezeigt, wo der Befeuchter 10 zum Befeuchten von Luft benutzt wird, die den Ansaugleitungen eines Benzinmotors zugeführt wird«, Die zugeführte Feuchtigkeitsmenge reicht aus, um den Benzinverbrauch zu senken, ohne dabei die Motorleistung zu beeinträchtigen. Der in der (nicht gezeigten) Ansaugleitung erzeugte Unterdruck reicht aus, um eine Luftströmung aus dem oberen Teil 12 der Kammer 14 durch die Auslaßöffnungen 16, 18, die Leitungen 20, 22, die Y-Stücke 24, 26 und die Verteilerrohre 28, 50, 32 und 34 zur Ansaugleitung des Motors zu erzeugen· Diese Luftströmung erzeugt im oberen Teil 12 der Kammer 14 einen Unterdruck, der Luft durch die Luftleitung 39 in die Kammer 14 einzieht»

Das Luftrohr 36 durchstößt die Bodenplatte 38 in der Mitte und ist dicht in sie eingesetzt, so daß die aus der Luftleitung 56 austretende Luft zur Unterseite der Bodenplatte 38 strömt, wo sie in die Nuten 40 eintritt, die in die Unterseite der Bodenplatte 38 eingearbeitet sind. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Bodenplatte 38 aus transparentem Kunststoff hergestellt, der sich leicht bearbeiten läßt; weiterhin ist das Nutenmuster von der Oberseite der Platte 58 her sichtbar, obgleich sie in die Bodenseite eingearbeitet sind .Die in die Platte 38 eingearbeiteten Nuten 40 gehen strahlenförmig von der zentral gelegenen Luftleitung 36 ab und bilden so einen Verteiler, der die durch das Luftrohr 36 eintretende Luft den Luftauslässen 42 an der Basis der vertikalen Wände 44 der Kammer 14 zuführt.

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Die Nuten des Strahlenmusters sollten so groß sein und in einer solchen Anzahl gewählt sein, daß die an der Basis der Wände 44 entstehenden Bläschen klein sind und sich gleichmäßig über den Umfang der Bodenplatte 38 verteilen,, In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform liegen 32 Nuten vor, aber die genaue Anzahl ist nicht kritisch. Während eine ideale Verteilung die maximale Anzahl von Nuten erfordert, die sich in die Unterseite der Bodenplatte einarbeiten läßt, läßt sich der Nutzen der Vorrichtung bereits mit so wenig wie drei Nuten erreichen.

Die Abmessungen der Nuten 40 sind in dem Sinne kritisch, daß, wenn sie zu groß werden, die Luftströmung an den Auslässen 42 zu große Luftbläschen bewirkt. Große Bläschen bewirken ein zu heftiges Umwälzen der Flüssigkeit, das die Wirkung des Schwimmers stört; hierbei kann es geschehen, daß die Kammer 14 sich vollständig mit Flüssigkeit füllt. Selbst ohne Funktionsfehlern des Schwimmers können große Bläschen der Ladung nicht verdampfte Flüssigkeit beimengen und damit zu Funktionsstörungen des Motors führen_o Die Größe der Nuten 40 beeinflußt auch die Optimierung der Anzahl der Nuten, da die Gesamtmenge der durch diese Säume strömende Luft die Dampfmenge beeinflußt, die dem Motor schließlich zugeführt wird. Eine kleine Anzahl zu flacher Nuten ergibt zu wenig Dampf und erlaubt nicht, den Nutzen der Erfindung zu erzielen, während eine große Anzahl großer Nuten unerwünschte Bewegungen des Schwimmers und ein Fluten der Kammer oder mehr Dampf im Motor bewirkt, als dieser zum wirkungsvollen Betrieb benötigt»

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Die Nuten sind in der Praxis weniger als 1,59 mn (1/16 in.) tief und messen quer über ihre Basis weniger als 1,59 ma (1/16 in_o)o Die in der bevorzugten Aueführungsform verwendeten Nuten sind 0,79 mm (1/32 in„) tief und an der Basis 0,79 mm (1/32 in.) breit eingeschnittene V-Nuten. Diese Abmessungen gelten für eine Nutenanzahl zwischen 24 und 72 in einer Kammer mit Bodenabmessungen von 101,6 χ 88,9 ■* (4- in«, χ 3-1/2 in»).

Der Schwimmer 46 und das Ventil 46 halten den Spiegel 51 auf einer solchen Höhe, daß der obere Dampfteil 12 der Kammer 14 groß genug ist, um eine freie Strömung und einen freien Ausgleich der befeuchteten Luft zu gestatten,. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Flüssigkeitsspiegel in einer Kammer mit einer Innenhöhe von 76 mm (3 in.) auf einer Höhe von etwa 25 ■» (1 in·) gehalten« Dieser Flüssigkeitsstand reicht aus, umeine vollständige Dampfbefeuchtung der kleinen Luftbläschen su erlauben, während sie durch die Flüssigkeit hindurch aufsteigen. Steigt der Spiegel zu sehr an, fängt der Motor an, unregelmäßig su laufen.

Würde man zulassen, daß die Bläschen zu groß werden, müßte ein höherer Flüssigkeitsstand vorgesehen werden, um sie zu befeuchten. Da die Kammer einen Dampfteil erheblicher Größe erfordert, arbeitet eine kompakte Kammer nicht einwandfrei, wenn man nicht eine Vielzahl von Quellen kleiner Bläschen vorsieht.

Der Schwimmer 46 betätigt das Ventil 48, das die Flüssigkeitszufuhr aus dem Rohr 50 und dem Schlauch 52 vom Flüssigkeitsvorrat

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(nicht gezeigt) unterbricht«, Wenn der Schwimmer 46 abfällt, weil er nicht mehr auf der Oberfläche der Flüssigkeit aufliegt, die zu weit abgesunken ist, öffnet das Ventil 48 und läßt Flüssigkeit ein, so daß der Schwimmer 46 wieder ansteigt und das Ventil 48 schließtο

Der Schwimmer 46 ist toroidförmig, um die Zuverlässigkeit der Erfindung zu erhöhen und deren Empfindlichkeit gegen eine Kipplage des Fahrzeugs zu verringern. Infolge der Toroidform kann man den Schwimmer in der Kammer zentriert anordnen, obgleich im Mittelpunkt der Kammer 14 das Luftrohr 36 verläuft_o Diese Zentrierung reduziert die Empfindlichkeit des Schwimmers gegenüber einem Kippen der Kammer 14, da der geometrische Mittelpunkt der Kammer nur die Hälfte der Änderung der Spiegelhöhe erfährt als die Kammerseiten. Weiterhin liegt der Schwimmer infolge seiner mittigen Anordnung so weit von den an den Seiten aufsteigenden Bläschen entfernt, wie mögliche

Wenn die Bläschen nahe dem Schwimmer aufsteigen, hüpft dieser und läßt überschüssige Flüssigkeit in die Kammer, die zu einer noch stärkeren Bewegung führt, so daß die Kammer schließlich so weit mit Flüssigkeit gefüllt ist, daß dort kein Dampf mehr Platz findete Dann dringt die Flüssigkeit unmittelbar in den Motor ein und führt «u Funktionsstörungen„

Die Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Verteilers 61, der einen leichten Zusammenbau erlaubt und für eine

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großmaßstäbliche Produktion besonders geeignet ist ο Die Figo zeigt den unteren Teil 62 der Kammer 60 aufgeschnitten; dabei ist etwa die Hälfte des Unterteils entfernt. Die Kammer 60 ist so aufgebaut, daß die Unterkanten 64 innen und außen gerundet sind«, So kann die Bodenplatte 66 mit ihren unteren Kanten auf den Wänden 68 nahe deren Schnittlinien mit dem Kammerboden 70 aufliegen. Infolge der Krümmung der Innenkontur der Kante 64 und der Abmessungen des Bodenplatte 66, die geringfügig kleiner als die Innenabmessungen der Kammer 60 an irgendeinem Punkt über der Innenkrümmung der Kante 64 sind, liegt die Bodenplatte 66 an einem Punkt geringfügig über dem Kammerboden 70 auf und bildet dabei eine Luftkammer 72 über dem Kammerboden 70· Die Ansätze 74 sidn an den Wänden 68 angeordnet und folgen der Krümmung der Kantenrundung 64, so daß die Bodenplatte 66 eine luftdichte Abdichtung bewirkt, wenn sie mit ihren Unterkanten auf den Ansätzen 74 aufliegt ο Die Ansätze 74- sind untereinander etwa 0,79 mm (1/32 in_o) beabstandet und selbst etwa 0,79 mm (1/32 in·) hoch. Es bilden sich also zwischen den Ansätzen 74 definierte Luftdurchlässe mit einer Querschnittsabmessung von etwa 0,79 mm (1/32 in) im Quadrat, die das Durchperlen von Luft gestatten, die dann in Bläschen an den vertikalen Seitenwänden 68 der Kammer 62 emporsteigen. Die Anzahl der Luftdurchlasse 76 entlang den Wänden 68 bestimmt sich aus der Breite der Ansätze 64 entlang der Bodenplatte 66«, Während die Fig. 2 xu deutlicheren Darstellung die Ansätze 76 verhältnismäßig breit zeigt, kann es sich bei ihnen auch um in die Kammer eingeformte Hippen handeln, deren Abmessungen etwa gleich der Breite der Luftdurchlässe 76

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ist. Bei einer solchen Konfiguration ergeben sich auf jeden Zentimeter Umfangskontur der Bodenplatte 66 etwa 6,3 Luftdurchlässe (16 pro inch)·

Die Figo 2 zeigt weiterhin eine alternative Ausführungsform der Erfindung, mit der dem Verteiler 61 Luft zugeführt wird» In dieser Ausführungsform tritt das Luftrohr 78 in die Kammer 60 durch den Kammerboden ein und ist in diese dicht eingesetzte Um bei stehendem Motor ein Herauslaufen der Flüssigkeit aus der Kammer 60 zu verhindern, wobei dann im Luftrohr 78 ein Unterdruck vorliegt, ist dieses aufwärts gekrümmt und so lang, daß sein offenes Ende 80 höher liegt als der höchste erwartete Flüssigkeitsstand.

Weiterhin kann man die Luftdurchlässe auch ausbilden, indem man Nuten unmittelbar in die Kammerwände einschneidet und damit die Ansätze in die vorliegende Wandfläche einformt·

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Fat ent ansprüche

1o) Vorrichtung für die Zufuhr von Feuchtigkeit an die Ladung eines Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch eine Kammer, die Flüssigkeiten und ein Flüssigkeits-Luft-Gemisch aufnehmen kann, durch eine Luftaustritteinrichtung (16, 18), die die Kammer in deren oberem Teil durchstößt und an den Ansaugverteiler eines Verbrennungsmotors angeschlossen werden kann, eine Lufteinlaßeinrichtung (36, 80), die die Kammer durchstößt, einen Verteiler (38 ;66) an der Inneren Bodenfläche der Kammer (4), der in Strömungsverbindung mit der Lufteinlaßeinrichtung steht, so daß Luft auf mindestens mehrere Punkte in der Nähe der Basis der vertikal verlaufenden Innenflächen der Kammer verteilt wird, durch eine Flüssigkeitseinlaßeinrichtung (327, die eine Fläche der Kammer durchläßt und an einen externen Flüssigkeitsvorrat angeschlossen ist, die Strömung der Flüssigkeit durch diese steuert und selbst von einem Schwimmer (46) gesteuert wird, der so angeordnet ist, daß er von dem Spiegel der in der Kammer enthaltenen Flüssigkeit betätigt wird.

ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß der

Verteiler (3(8) eine Bodenplatt· (38) aufweist, die im wesent-

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lichen parallel zur Bodenfläche der Kammer verläuft und an die ein Bohr (36) angeschlossen ist und sie durchstößt, die als Lufteinlaßeinrichtung wirkt, wobei Nuten (40) in die Unterseite der Bodenplatte eingeschnitten sind und mit dem offenen Ende des Rohrs auf der Unterseite der Bodenplatte in Strömungsverbindung stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr die Bodenplatte etwa in deren Mittelpunkt durchstößt und die Nuten vom offenen Ende des Rohrs strahlenförmig zu den Kanten der Bodenplatte verlaufen«,

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet« daß die Nuten eine Tiefe von weniger als 1,59 mm (1/16 in«>) und an der Basis eine Breite von weniger als 1,59 mm (1/16 in„) aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet . daß mehr als 3, aber weniger als 72 Nuten vorliegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler eine Bodenplatte (66) aufweist, die im wesentlichen parallel zum Kammerboden verläuft und die Wände der Kammer (60) so schneidet, daß im Unterteil der Kammer eine Luftkammer entsteht, wobei die Bodenplatte und die geschnittenen Kammerwände einen luftdichten Abschluß mit Luftdurchlassen

(76) bilden, die um die Bodenplatte herum beabstandet angeord-

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net sind, so daß Luft aus der Luftkammer durch diese Luftdurchla&anordnung hindurchtritt und an den vertikalen Kammerwänden aufsteigt·

7· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet« daß die Lufteinlaßeinrichtung (78) in die Kammer durch deren Bodenfläche hindurch eindringt_o

8· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmereinrichtung (46) als Toroid gestaltet und in einer waagerechten Ebene der Kammer zentriert ist«

9· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß die Luftauslaßeinrichtung (16, 18) zwei einzelne Durchdringungspunkte aufweist, die jeweils an ein Y-Stück führen, so daß sich vier verschiedene Anschlüsse an den Ansaugverteiler des Motors ergeben·

1Oo Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß die Kammer (4; 60) so aufgebaut ist, daß keine ihrer Außenabmessungen größer als 127 nm (5 in.) beträgt.

11· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmereinrichtung (46) so angeordnet ist, daß der Flüssigkeitsspiegel auf einer Höhe von

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etwa 25 mm (1 in») über dem Kammerboden gehalten ist.

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