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Vorrichtung zur Verbesserung der Kraftstoffzufuhr zu den
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Zylindern einer Brennkraftmaschine.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Kraftstoffzufuhr
zu den Zylindern einer Brennkraftmaschine durch Aufnahme des Brennstoffüberschusses,
der sich an den Einlaßwänden, insbesondere von Brennkraftmaschinen, nieder schlägt,
wobei die Erfindung ganz besondere Bedeutung hat, wenn anstelle der üblichen Kraftstoffe
insbesondere Alkohol zum Betrieb von Brennkraftmaschinen benutzt wird.
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Es ist hinlänglich bekannt, daß die bei der Verbrennung eines Gasgemisches
insbesondere eines Brennstoffluftgemisches erzeugte Energie vom Motor in mechanische
Energie umgesetzt wird, mit welcher sich die Räder von Fahrzeugen antreiben lassen
Die Verbrennung erfolgt dabei im Innern eines Zylinders nach dem Einfüllen des Gasgemisches,
welches in einem Vergaser gebildet wurde und von dort in die Explosionskammer gelangt
Es ist weiterhin bekannt, daß die Vergasung des Brennstoffes eine grundlegende Rolle
spielt beim Starten des Motors, beim guten und gleichmäßigen Beschleunigen, beim
wirtschaftlichen Betrieb und bei der Leistungsabgabe. Die Aufgabe des Vergasers
liegt darin, eine bestimmte Menge Brennstoff gleichmäßig mit einer bestimmten Menge
Luft zu vermischen und ein feinzerstäubtes Gemisch zur Verbrennung in jeden Zylinder
zu leiten.
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Weltweit werden ständig neue Herstellungs- und Arbeitsverfahren sowie
neue Technologien auf allen Gebieten entwickelt und verbessert, die dann von der
Industrie übernommen werden. Dies gilt insbesondere für die Automobilindustrie,
die ihrer Produkte ständig verbessert.
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Verschiedene Verbesserungen und die ständige Weiterentwicklung betreffen
insbesondere das Einlaßsystem für das Brennstoffluftgemisch, wobei eine bessere
Vergasung des Brennstoffes erzielt wurde, so daß relativ arme Gemische mit einer
besonders gleichmäßigen Verteilung verwendet werden können, was zu besseren Ausgangs
leistungen und zu größerer Wirtschaftlichkeit führt. Diese Entwicklungen werden
fortgeführt und intensiviert, wobei kürzlich gewonnene Erkenntnisse aus Japan zeigen.
Das ein in Rotation versetztes Brennstoffluftgemisch die Brennstoffzerstäubung verbessert,
so daß ärmere Gemische verwendet werden können, was zu größerer Wirtschaftlichkeit
führt, da weniger Brennstoff für die gleiche Menge Luft verbraucht wird.
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Angesichts der weltweiten Probleme mit dem Mineralöl, welche die Regierungen
zu drastischen Sparmaßnahmen, insbesondere bezüglich Benzin zwingt, wird nach anderen
Lösungen gesucht, die alternative Energie nutzbar machen und die kritischen Probleme
ganz, oder zumindest teilweise lösen.
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In Brasilien stellte sich als alternative Energiequelle der Ersatz
von Benzin heraus, wodurch die gegenwärtigen Schwierigkeiten umgangen werden könnten.
Diese Alternative betrifft Motoren, welche mit hydriertem Alkohol betrieben werden,
welcher nach geringfügigen Anderungen an den gegenwärtig mit Benzin betriebenen
Motoren, auch in diesen verwendet werden kann, wobei am Motortank und an der Benzinpumpe,
am Vergaser und an anderen Teilen geringfügige Änderungen durchzuführen sind.
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Der Markt für Alkohol wird zunehmend größer, wobei auch die Zahl der
alkoholbetriebenen Fahrzeuge, die speziell für diesen Brennstoff eingerichtet sind,
ständig zunimmt.
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Ein alkoholbetriebener Motor hat jedoch gegenüber einem Benzinmotor
gewisse Nachteile, worunter die hohe Kompression undder höhere Kraftstoffverbrauch
als Folge des geringeren Heizwertes des Alkohols im Vergleich mit Benzin (6800 kcal.
pro Kg gegenüber 10.800 kcal. pro kg.) gehören. estreten Startschwierigkeiten, insbesondere
an kalten Tagen, ein unruhiger Leerlauf sowie ein größeres Oktanverhältnis im Brennstoffluftgemisch
gegenüber Benzin auffällig hervor. Darüber hinaus verflüchtigt sich Alkohol sehr
leicht und weist zudem weitere nicht im einzelnen genannte Nachteile auf.
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Obwohl verschiedene Einrichtungen und Systeme geschaffen wurden, einschließlich
zusätzlicher Einspritzdüsen, welche das Brennstoffluftgemisch anreichern sollten,
indem eine wirksamere Zerstäubung erreicht wird, oder die Temperatur der Einlaßkanäle
erhöht wurde, um eine bessere Verdampfung zu erzielen, wozu die heißen Abgase,oder
das Kühlwasser herangezogen wurde, sind bei Verwendung von Alkohol immer noch erhebliche
Schwierigkeiten aufgetreten.
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Der gegenwärtige Stand der Technik bei der Verwendung von Alkohol,
als Ersatz für Benzin in Kraftfahrzeugen, stellt sich wie folgt dar.
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Durch die Erhöhung der Kompression, welche durch die größere Oktanzahl
des Alkohols gegenüber dem Benzin möglich ist, ergibt sich ein geringerer thermischer
Wirkunsgrad, infolge des geringen Heizwertes des Alkohols. Um die Motorleistung
zu verbessern muß die Kompression weiter erhöht werden, wobei die besseren Antiklopfeigenschaften
des Alkoholes benutzt werden können, um ein Teil des geringen Heizwertes auszugleichen.
Es ergbit sich daraus, eine Verringerung des spezifischen Verbrauches, aber zugleich
steigt die Leistung und der Verbrauch pro km an, so daß das, was an spezifischem
Verbrauch gewonnen wird, die Verluste durch den Leistungsanstieg nicht ausgleicht.
Die Einlaßkanäle lassen sich verkürzen, das System verändern und der Vergaser kann
anders eingestellt werden, wobei andere Düsen und weitere Hilfseinrichtungen Verwendung
finden können, wobei jedoch durch alle dieser Maßnahmen noch keine zufriedenstellende
Lösung erreicht wird.
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2. Das Starten des Motors bei niedrigen Außentemperaturen erfolgt
durch Einspritzen einer geringen Benzinmenge in den Vergaser und durch anschließendes
Warmlaufenlassen, wobei nach einigen Sekunden der Motor vorsichtig beschleunigt
wird und das Fahrzeug noch stillsteht, ohne daß dabei der Motor angehalten werden
darf.
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3. Das Vorheizen des Brennstoffluftgemisches im Eintritt in die Explosionskammer
erfolgt durch einen Heißlufteinsatz, der vom Auspuffsrohr herkommt, oder mit Hilfe
des Kühlwassers, welches an das Einlaßrohr herangeführt wird, welches üblicherweise
unterhalb des Vergasers liegt. Dieses Heizsystem erfordert zugleich ein sehr genaues
Steuerungssytem, welches vorherbestimmte Temperaturen genau einhält, da andernfalls
insbesondere bei sehr hohen Temperaturen Störungen auftreten würden.
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Bei Versuchen mit alkoholangetriebenen Fahrzeugen, hat sich herausgestellt,
daß nach dem Starten des Motors eine Flüssigkeit aus dem Auspuff austritt, welches
als das bei der Verbrennung des Alkohols bestehende Wasser identifiziert wurde.
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Beim Verbrennen von Alkohol entsteht außer einigen anderen Stoffen
Wasser, so daß beim Ziehen der Drosselklappe, was zu einem reicheren Gemisch führt,
vermehrt Wasser ausgestoßen wird.
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Dieser sogenannte natürliche Phänomen stellt sich als einer der Nachteile
des alkoholbetriebenen Motors heraus und beruht darauf, daß Alkohol sich schlechter
verflüchtigt , d.h. er verdampft weniger als Benzin und verbleibt länger im flüssigen
Zustand und wird in diesem flüssigen Zustand von der Luft mitgenommen und an den
Wänden des Einlaßkanales entlanggeführt, an denen sich ein flüssiger Film bildet,
welcher sich schließlich in die Brennkammer ergießt. Die Verbrennung dieses Alkohols
erfolgt sehr langsam und unvollständig, so daß er zum großen Teil unverbrannt, in
die Auspuffleitung eintritt, was eine Treibstoffverschwendung darstellt. Dieser
Alkoholüberschuß wurde in den obengenannten Versuch als Wasser gezeichnet.
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Beim Starten insbesondere eines kalten Motors kann der Austritt von
flüssigen Alkohol neben dem Dampf sehr deutlich anhand des typischen Alkoholgeruches
festgestellt werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, nachMitteln zu suchen,
um dieses Problem zu vermeiden und die genannten Nachteile auszuschalten, wobei
zugleich eine bessere Ausnutzung des Treibstoffes gewährleistet werden soll, so
daß kein Treibstoffüberschuß unverbrannt aus dem Auspuff austreten kann, der den
bekannten Alkoholgeruch produziert. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung
zur Verbesserung der Kraftstoffzufuhr zu den
Zylindern einer Brennkraftmaschine
erreicht, die gekennzeichnet ist durch einen in den Einlaßkanal eingesetzten, sich
dicht an dessen Innenwänden anlegenden, den Kraftstoffniederschlag auffangenden
Topf, Becher o.dgl. mit im Boden vorgesehenen Durchlaß.
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Erfindungsgemäß sind weiter um den zentralen Durchlaß im Boden des
Topfes herum radiale Schlitze vorgesehen und die dazwischen liegenden Bodenteile
zur Bildung von propellerartigen Flügeln verbunden sind, die den aus Kraftstoff
(Alkohol) gebildeten Flüssigkeitsfilm aufnehmen und ihn mit dem durch den Topf hindurchströmenden
Brennstoff/Luftgemisch durch Rotation verwirbeln und vermischen.
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Aufgrund eingehender Versuche wurde eine neue Vergasereinstellung
herausgefunden, bei welcher das Luftalkoholgemisch ärmer wird, und eine bessere
Verbrennung ergibt, was zu einem geringeren Brennstoffverbrauch führt, wobei die
durch den Auspuff ausgestoßenen Gase sauberersind und den sonst üblichen Alkoholgeruch
nicht mehr aufweist. Diese Einstellung beseitigt jedoch nicht den Alkoholüberschuß,
der an den Wänden des Einlaßkanales entfließt. Dieser ist erfindungsgemäß erst dann
zu vermeiden, wenn der an den Wänden des Einlaßkanales entlangfließende Flüssigkeitsfilm,
wie vorgeschlagen, durch eine in den Kanal eingesetzte Einrichtung kurz vor der
Brennkammer gesammelt wird.
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Durch die Verwirbelung des aufgesammelten Niederschlages mit dem Brennstoffluftgemisch
wird verhindert, daß diese Flüssigkeit in die Brennkammer gelangt und möglicherweise
unverbrannt durch
den Auspuff abfließt, was zu einer besseren Ausnutzung
des Kraftstoffes führt, wobei zugleich ein ärmeres Gemisch und ein höherer Wirkungsgrad
der Verbrennung erreicht wird und für die gleiche Menge Luft ein geringerer Anteil
Brennstoff verwendet werden kann. Zugleich verbessern sich die Motoreigenschaften
erheblich, wobei das Starten erleichtert ist und sich eine gute'gleichmäßige Beschleunigung
ergibt. Der Betrieb des Motors ist sehr wirtschaftlich bei maximaler Ausgangsleistung.
Der Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit des Alkohols werden erheblich verbessert,
so daß sichergestellt ist, daß eine echte alternative Energie als Ersatz des Benzins
durch Alkohol gegeben ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung
anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei zeigen.
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Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Kraftstoffilmes an den
Wänden des Einlaßkanales, einer Brennkraftmaschine zum Teil in vergrößertem Maßstab;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figo
3 eine ahnliche Ansicht,wie Fig. 2, jedoch teilweise im Schnitt; Fig 4 eine Ansicht
der Vorrichtung von unten in vergrößertem Maßstab und
Fig. 5 eine
schematische Darstellung des Einlaßsystemes einer Brennkraftmaschine mit dem zugehörigen
Kraftstoffbehälter, dem Vergaser, dem Luftansaugkanal u nd dem Einlaßkanal mit der
Brennkammer.
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Gemäß Fig. 1 bildet sich an den Wänden des Einlaßkanales üblicherweise
ein Flüssigkeitsfilm 2. Die gestrichelt dargestellte Linie 3 stellt dabei einen
Benzinfilm dar, der im Vergleich zum Alkoholfilm-relativ gering ist.
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Der Kraftstoff läuft aus der Schwimmerkammer 4 durch die Kraftstoff
leitung 5, in die Luftansaugleitung 6 und wird dort verstäubt. Das Brennstoffluftgemisch
gelangt dann durch die Drosselvorrichtung 7 in den Einlaßkanal von dort in die Brennkammer
8. Der Weg des Kraftstoffes ist dabei durch Pfeile dargestellt.
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Die den Kraftstoffniederschlag huß von Wänden des Einlaßkanales abnehmende
Vorrichtung ist im wesentlichen aus einem metallischen Topf gebildet, der konisch
ausgeführt ist und gemäß der Zeichnung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Dieser Querschnitt ist dabei jeweils dem Querschnitt des Einlaßkanales anzupassen,
so daß je nach dem auszurüsteten Motor auch rechteckige elyptische oder andere Querschnitte
Verwendung finden können. Am oberen Ende ist der Topf 9 mit einem Rand lo versehen.
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Im Boden des Topfes 9 ist eine zentrale, kreisförmige öffnung 11 vorgesehen,
der verbleibende Teil des Bodens ist mit Einschnitten 12 versehen, so daß rundherum
um die öffnung 11 Speichen oder Flügelblätter 13 entstehen, die etwa die Form von
Propellerblättern aufweisen.
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Gemäß Fig. 5 ist die Vorrichtung in den Einlaßkanal 7 kurz vorder
Brennkammer 8 eingesetzt, wo sie an ihrem Rand lo zwischen der Zylinderkammer und
dem Einlaß 7 festgeklemmt ist.
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Der aus dem Alkohol im Kraftstoff gebildete Flüssigkeitsfilm, der
aufgrund der geringeren Flüchtigkeit des Alkohols entsteht, sammelt sich an den
Wänden des Einlaßkanales und fließt in Richtung auf die Brennkammer. Der Flüssigkeitsfilm
sammelt sich schließlich in der Aufnahmevorrichtung 9 und wird vom durchströmenden
Brennstoff/Luftgemisch mitgerissen.
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Da die Flügelblätter 13 propellerartig ausgebildet sind, wird das
Brennstoffgemisch in Rotation versetzt, so daß sich die in der Vorrichtung 9 gesammelte
Flüssigkeit mit dem durchströmenden Brennstoffgemisch verwirbelt und ebenfalls zerstäubt
wird und sich dann mit dem Brennstoffluftgemisch vereinigt.
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Der Alkohol wird demnach vollständig der Verbrennung zugeführt, ohne
daß ein Uberschuß im flüssigen Zustand in den Brennraum gelangt und unverbrannt
durch den Auspuff abfließen kann. Durch die bessere Vergasung des Kraftstoffes ergibt
sich bei der Verbrennung ein höherer Wirkungsgrad und eine höhere Brenngeschwindigkeit,
so daß ein besseres Kompressionsverhältnis
Anwendung finden kann,
was sowohl den Wirkungsgrad der Verbrennung, als auch die Ausgangsleistung des Motors
weiter steigert.
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Die Aufnahmevorrichtung läßt sich in einfacher Weise den verschiedensten
Querschnittsformen der unterschiedlichen Luftkanäle bei verschiedenen Motortypen
anpassen.
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Wie aus der obigen Beschreibung und den Zeichnungen zu ersehen ist,
hat die Vorrichtung nur geringe Abmessungen, jedoch ist ihre Wirkung ganz erheblich,
da die Qualität und Eigenschaften eines Motors erheblich verbessert werden, woraus
sich weitere Vorteile ergeben. Darüber hinaus läßt sich die Vorrichtung in den verschiedensten
Ausführungsformen herstellen, die sich zum Beispiel in ihrer Größe,- in ihrem Querschnitt
und in der Form der Flügelblätter unterscheiden können.
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