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Luftreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der dem AnsaughUmmer
oder -rohrverteiler von Verbrennungsmotoren saubere Luft zugeführt werden kann,
indem Staub beseitigt wird.
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Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird ein zyklonartiger Staubabscheider
vorgesehen, in dem abwechselnd eine Reihe von Staubsammelpiatten und elektrischen
Xntladungsplatten angeordnet ist. Bin Teil der Staubteilchen wird am Boden~des Zyklons,
d.h. des Staubabscheiderschachts, aufgesmelt und der-restliche sehr kleine Staub
(im Mm-Bereich) wird von den Staubsammelplatten angezogen. Zusätzlich ist ein elektrischer
Entladungsdorn bzw. eine elektrische Entladungsnadel in der Luftleitung angeordnet,
um Sauerstoff-02-Ionen sowohl für die Kühlwirkung der Ansaugluft als auch zur Brhöhung
des Verbrennungswirkungsgrades zu erzeugen, was ein Teil des erfindungsgemässen
Luftreinigungsvorganges ist.
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Bisher erfolgte der Luftreinigungsvorgang für Kraft fahrzeugmotoren
durch ein Filter, bei dem Papier in der Reinigungsvorrlehtung verwendet wurde, das
die Staubteilchen auffing und saubere Luft zu dem Motor weiterleitete.
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Das Papierfilter, das die Staubteilchen in der Ansaugluft für den
Motor auffangen sollte, musste eine grosse Oberfläche aufweisen flnd aufgrund des
beschränkten Raumes der Reinigungsvorrichtung musste ein langer Papierfilterstreifen
zieharmonikabalgartig hin und her gefaltet werden. Dadurch wurde verständlicherweise
ein merklicher Widerstand gegen den Luftdurchflusserzeugt, der einen nachteiligen
Minfluss auf den Wirkungsgrad des Motors besass.
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Diese Art Papierfilter lieferte auch manchmal nicht die erwünscht
Staubsammelwirkung, kühlte auch nicht die Ansaugluft und verringerte die angesaugte
Sauerstoffmenge, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verringert wurde.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Xachteile der herkölichen Luftreinigungsanlagen
zu beseitigen und die Xntstaubung der Ansaugluft für Verbrennungsmotore zu verbessern
und den Widerstand gegen den Luftdurchfluss herabzusetzen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der Erfindung zur Reinigung der
Ansaugluft eine Corona-Entladungswirkung beim Staubabscheidungsvorgang der Luftreinigungsvorrichtung
für Motoren ausgenutzt. Ausserdem wird zur Verringerung des Strömungswiderstandes
gegen Luftdurchfluss ein elektrisches Staubabscheideverfahren angewendet, um dem
Motor saubere Luft zuzuführen.
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Die Erfindung umfasst auch das Vorsehen eines zyklonartigen Staubabscheiders,
der zuerst grosse Staubteilchen aufsammeln und diese aufgesasselten Staubteilchen
am Boden des Staubabscheiderschachtes ansammelt, bevor die Luft durch eine elektrische
Staubabscheidungsvorrichtung geleitet wird, die für
die kleineren
Staubteilchen vorgesehen ist. In der Luftansaugleitung ist vorzugsweise ein elektrischer
Hochspannungs-Mntladungsdorn bzw. eine Xntladungsnadel vorgesehen, durch den bzw.
durch die eine Corona-Ionen-KAhlvirkung erzeugt wird, die zur Leistungsverbesoerung
des Motors beiträgt.Es wird an diesel Mntladungsdorn z.B. hohe positive Spannung
angelegt wie auch an die Entladungsplatten der Staubsammelanordnung, die ihrerseits
an den Minus-Zrdpol des Motors geführt ist.
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Die Luftreinigungsvorrichtung gemäss der Erfindung enthält Staubsaiielplatten
und Rntladungsplatten in einer aus mehrerein lagen bestehenden Anordnung, denen
Hochspannung zugeführt wird und die in der Mitte des zyklonartigen Staubabscheiders
angeordnet sind, um die Ansaugluft von Staubteilchen zu reinigen. Zusätzlich ist
vorzugsweise eine Nadel bzw.
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ein Hoch8pannungs-Dorn in dem Ansaugteil vorgesehen und im Mittelpunkt
der Platten angeordnet, um die Motorleistung zu verbessern und die Kühlung der Ansaugluft
zu unterstützen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein neues Luftreinigungssystem
für Motoransaugluft geschaffen, bei dem ein piezoelektrisches Element in dem Motormechanismus
eingebaut ist, um die mechanische Energie des Motormechanismus in Hochspannung umzuwandeln
und diese Hochspannung an die lntladungsplatte bzw. -platten zu legen. Dieses Luftreinigungssystem
ersetzt die herkömmlichen mechanischen Filtersysteme mit extrem hohem Luftwiderstand.
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Die Erfindung wird nun durch Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten
Zeichnungen niher bosehrieben.
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In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 ein Beispiel der Luftreinigungsvorrichtung
für Motore nach der vorliegenden Erfindung, wobei der zyklonartige Staubabscheiderschacht
im Querschnitt dargestellt ist,
Figur 2 (a) die Anbringung des auf
hoher positiver Spannung liegenden Entladungsdorns in der Luftansaugleitung zusätzlich
zu der Staubsammelvorrichtung, Figur 2 (b) das Vorsehen des Mntladungsdorns in gleicher
Weise, jedoch mit einer hohen negativen Xntladung, und Figur 3 eine perspektivische
Ansicht von Motorbauteilen, wobei das piezoelektrische element in den Motormechanismus
eingefUgt ist.
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Die erfindung ersetzt die bisher verwendeten mechanischen Luftreinigungsvorrichtungen,
die dem Luftdurchfluss einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzen, indem eine
elektrische Vorrichtung -verwendet wird, die in wirkungsvoller Weise Staubteilchen
aufsammeln und den Widerstand gegen Luftdurchflus-s herabsetzt.
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Zlci¢hzeitig wird durch diese Erfindung der Ansaugluft Sauerstoffion
O2 hinzugefügt, was sowohl den Wirkungsgrad der Brennstoffverbrennung in dem Motor
erhöht als auch die Luftansaugung kühlt und dadurch ein Mittel liefert, um die Abnahme
von Sauerstoff in der angesaugten Luft zu verhindern.
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Die Erfindung weist die folgenden spezifischen Merkmale zur Reinigung
von Ansaugluft für den Motor auf. Bs wird eine Corona-Bntladungwirkung erhalten,
indem den Staubsauelplatten Hochspannung zugeführt wird, wodurch eine elektrostatische
Filterwirkung erzeugt wird, um Staubteilchen abzufangen. Diese Vorrichtung ist ihrerseits
wiederum in einen zyklonartigen Staubabscheider eingebaut und die geladenen Platten
sind so angeordnet, dass sie dem Luftdurchfluss einen geringen Widerstand entgegensetzen.
Zusammen mit der Coronaw kung, durch die sowohl Sauerstoff ionisiert wird als auch
die angesaugte Luft gekühlt wird und die Abnahme des Sauerstoffgehaltes verhindert
wird, bietet diese elektrische Luftreinigungsvorrichtung einen idealen Typ einer
Luftreinigungsvorrichtung,
die den Staub vollständig entfernt und
die Motorleistung bzw. den-Motorwirkungsgrad erhöht.
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Die Versorgung mit Sauerstoff-O2-Ionen wird weiterhin dadurch erhöht.,
dass ein Entladungsdorn in dem Durchflussweg der gereinigten Luft angeordnet wird,
der seinerseits auch noch zu der Kühlwirkung beiträgt.
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is wird nun auf die beigefügten Zeichnungen im Detail Bezug genommen.
Figur 1 zeigt eine geeignete Anwendung des Systems.
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Hierbei bezeichnet 1 den Zyklon oder Staubabscheiderschacht, 2 den
Einlass zu dem Zyklon oder dem Staubabscheiderschacht, 3 den Aufsammelbereich mit-einer
Abdeckung zum Entfernen von Staub. An dem Hauptkörper des Schachtes 1 ist eine Abdeckung
4 vorgesehen, die entfernbar ist und isolierte Befestigungsbolzen oder Schraubenbolzen
8 und Entladungsplatten 7 aufweist, die abwechselnd unter Einhaltung von ZwischenabstSnden
in mehreren Lagen angeordnet sind und mit Löchern 6' -und 7' versehen sind, die
konzentrisch zu der Mittellinie des Staubabscheiderschachtes liegen. Mit 14 ist
der Hochspannungsgenerator, z.B. eine Zündspule, bezeichnet. 13 ist der Slelchrichter,
und durch Hochspannungsleitungen 10 und 9-wird positive Spannung an die Staubabscheiderplatten
6 und negative Spannung an die Rnt-ladungsplatten 7 angelegt und dadurch ein statisches
Filter in dem Staubabscheiderschacht 1 gebildet.
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Dieses elektrostatische Filter erfordert einen sehr geringen elektrischen
Strom, und dieser elektrische Strom kann durch Anbringen eines Hochspannungsgenerators
14 in ähnlicher Weise wie durch eine Hochspannungsspule erhalten werden, es können
jedoch bessere Ergebnisse erhalten werden, wenn ein piezoelektrischer keramischer
Wandler oder fransformator verwendet wird.
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Figur 3 zeigt eine Xesamtansicht des Motormechanismus 18, der aus
Kolben 19, Kurbelwelle 20, Schwungrad 21, Wockenwelle 22,
Kipphebel
23, Pleulstangen 24, Steuerriemen 25 usw. besteht.
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Figur 3 stellt die Bauteile bzw. den Mechanismus eines 4-zylindrigen
Motors dar. Durch Starten des Motors bewegen sich der Kolben/und die Pleulstange
24 auf und ab und drehen die Kurbelwelle 20. Dabei wird ein Piezoelektrizitätsnocken
26, der mit dem Kurbelwellenrad in Eingriff steht , so gedreht, dass intermittierend
ein Spitzenteil 26a des Piezoelektrizitätsnockens 26 gegen die Oberfläche des piezoelektrischen
Elementes 27 gedruckt wird und der piezoelektrische Effekt erzeugt wird. Spezieller
gesagt, der piezoelektrische Transversaleffekt wird erzeugt, um Hochspannung auf
den Hochspannungsleitungen 9 und 10 zu erzeugen. Diese Hochspannung wird an die
Staubsammelplatte bzw, -platten 6 und die Entladungsplatte bzw. Entladungsplatten
7 gelegt, um Staub aus der Luft zu entfernen.
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Weiterhin steht der Steuerriemen 25 mit dem Nockenwellenrad 22 im
eingriff und stellt die Einstellung des auf dem Binlassventilos und des Auslassventiles,
die auf dem Kipphebel 23 vorgesehen sind, her.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt, sondern umfasst auch alle Ausführungsformen, bei denen ein piezoelektrisches
Element an einem Bauteil des Motormechanismus. angebracht ist und wobei die mechanische
Energie des Motormechanismus bzw. der Motorbewegung in Druckkraft umgewandelt wird,
um auf die Oberfläche und/oder die Rückseite eines piezoelektrischen Elementes zu
drucken.
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Weiterhin kann auch das piezoelektrische Element natürlich abgewandelt
werden, indem es verlängert wird, an anderen Stellen angebracht wird usw. In anderen
Ausführungsformen kann daher dieses piezoelektrische Element auch. beispielsweise
in dem Zylinder usw. angebracht sein.
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15 ist der Yergaser oder die Brennstoffeinspritzeinheit des Motors,
und er bzw. sie ist mit dem Einlassrohr 5 verbunden, das sich durch die Abdeckung
4 in die Mitte der Filteziementanordnung erstreckt. Mit 16 ist der Ansaugkrümmer
bezeichnet.
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Wenn dieses System auf die Luftansaugung des Motors angewendet wird,
wird Luft durch den Einlass 2 in der Richtung "A" angesaugt und grosse Staubteilchen
werden am Boden (im Sammelbereich 3) des Staubabscheiderschachtes 1 aufgesammelt.
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Feinere Staubteilchen bewegen sich-durch die Platten in der Richtung
"B" und durch das Einlassrohr 5, die- gereinigte Luft fliesst in der Richtung C
und "D"-in den Vergaser oder die Brennstoffeinspritzeinheit 15. Es gibt keinen Widerstand
gegen den Luftdurchfluss wie durch Papierfilter bei herkömmlichen Luftreinigungsvorrichtungen,
und die Luft strömt frei in dem System gemäss der Erfindung.
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Eine andere Ausführungsform de-r Erfindung wird nun unter Bezugnahme
auf die Figuren 2a und 2b beschrieben. Die Strömung der Luft durch den Staubabscheiderschacht,
die Staubsammelplatten und die Einlassleitung, die zum Vergaser führt, wie es im
Zusammenhang mit Figur 1 ausgeführt wurde, ist ähnlich in der Figur 2a mit der Ausnahme,
dass ein Hochspannungs-Entladungsdorn bzw. eine Hochspannungs-Entladungsnadel 17
-hinzugefügt worden ist. Figur 2a zeigt einen positiv geladenen Dorn, und Figur
2b zeigt einen negativ geladenen Dorn.
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Das Ziel dieser Nadeln ist die Erzeugung von Sauerstoff-02-Ionen,
um den Verbrennungsvorgang in dem Zylinder zu verbessern und die Kühlwirkung des
Corona-Ionenwindes auszuüben.
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FUr Kühlzwecke ist ein negativ geladener Dorn besser.
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Wenn E<R angewendet wird, um NOx in dem Abgas zu verringern, steigt
die Ansaugtemperatur manchmal auf hohe Werte wie 200 C bis 300°C an. Daher ist das
Absenken der Temperatur um etwa 1000C durch die Wirkung des negativ geladenen Dorns
sehr wirksam.
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FUr die Erzeugung von Sauerstoff-O-Ionen für verbesserte Verbrennung
und wirksamere Staubabscheidungsfähigkeit ist
ein positiv geladener
Dorn überlegen. Durch Experimente wurde gefunden, dass der positiv geladene Dorn
20 % höhere Staubabscheidungsleistungsfähigkeit als der negativ geladene Dorn zeigte.
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Im folgenden werden Ergebnisse von durchgeführten Experimenten angegeben.
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(1) Motor-Spezifikation a) Motorleistung 100 hp (also 74,5 kW) b)
Durchmesser der Staubsammelplatten und der Entladungsplatten: 300 mm bis 500 mm
c) Zwischenraum zwischen den Platten: etwa 5 mm d) Entladungsplatten und Dornspannung:
5000 bis 25000 Volt e-) Tatsächlicher Spannungsbereich, der an den Sammel-und Entladungsplatten
anliegt: 16000 bis 17000 Volt.
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(2) Erhaltene Verbesserungen a) Etwa 5% Brennstoffeinsparung b) Etwa
5% Verbesserung der Motorleistung.
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Ein weiterer Vorteil dieses Systems ist, dass, anstatt das Papierfilterelement
wie bei herkömmlichen Luftreinigungsvorrichtungen auszuwechseln, die Plattenanordnung
von dem Staubabscheiderschacht entfernt und gereinigt werden kann, -entweder indem
Druckluft über die Oberflächen geblasen wird oder indem die Vorrichtung in Flüssigkeit
gespült und gewaschen wird. Auf diese Weise kann das eigentliche Luftreinigungselement
quasipermanent verwendet werden.
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Qemäss der Erfindung kann ein piezoelektrisches Element an einem Teil
des Motormechanismus angebracht werden und die mechanische Energie des Motors dazu
ausgenutzt werden, um
auf dieses piezoelektrische Element einzuwirken
und Hochspannung auf seiner Oberfläche und der Rückseite des piezoelektrischen Elementes
aufgrund des sogenannten piezoelektrischen Effektes zu erzeugen, so dass keine speziellen
Einrichtungen wie Hochspannungsgeneratoren, Sleichrichter usw. notwendig sind. Durch
solch eine rationelle Ausnutzung der Energie kann eine kompakte Luftrelnigungsvorrichtung
hoher Qualität fUr-Yerbrennungsmotoren geschaffen werden.
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