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Verfahren und Vorrichtung zur Minderung schädlicher
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Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zur Minderung schädlicher Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen und
betrifft insbesondere ein solches, bei dem durch Zurückführung eines Teils der Antriebsenergie
eines Kraftfahrzeugmotors Kraftstoff eingespart werden kann sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Für die Verminderung schädlicher Abgase beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges
sind bereits eine Reihe von Vorkehrungen getroffen worden. Am bekanntesten ist-hierbei
die völlige oder hilfsweise Verwendung von Solarenergie. Die Nutzung dieser Energiequelle
ist bisher über das Versuchsstadium kaum hinausgekommen, da die Kosten zur Gewinnung
dieser Antriebskraft außerordentlich hoch sind und vorrichtungsmäßig in Bezug auf
die dabei gewonnene Leistung derzeit wirtschaftlich nicht lohnend ist. Des weiteren
wurde bereits vorgeschlagen, die bei Fortbewegung eines Kraftfahrzeuges auftretende
Schwingungsenergie mittel- oder unmittelbar über Speicherelemente, z.B. einen Torsionsstahl,
auf eine drehbare Welle zu übertragen. Diese gespeicherte oder unmittelbar aus Schwingungen
heraus entnommene Schwingungskraft soll hierbei eine hydraulische Anordnung betätigen,
z.B. eine Hochdruckpumpe. Durch diese soll in weiterer Folge eine Antriebswelle
angetrieben werden, die die Antriebskraft entsprechend übersetzt weiterleitet und
die Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges treibt.
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Da, wie es sich bisher gezeigt hat, alle diese nutzbaren Energiequellen
für sich allein nicht ausreichen, ein Kraftfahrzeug zuverlässig auf Dauer antreiben
zu können, liegt der Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, die nicht nur im Stande ist, schädliche Abgasemissionen
bei
Kraftfahrzeugen wesentlich zu vermindern, sondern darüber hinaus auch optimal Betriebsstoff
einspart und eine wesentliche Leistungserhöhung gegenüber den bisher bekannten Antriebsmitteln
eingangs erwähnter Art bewirkt.
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Nach der Erfindung ist das bei einem Verfahren zur Minderung schädlicher
Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen, insbesonders ein solches, bei dem durch Zurückführen
eines Teils der Antriebsenergie eines Kraftfahrzeugmotors Kraftstoff eingespart
werden kann, dadurch möglich, daß durch eine Antriebskraft eine Druckkraft und in
weiterer Folge durch eine gleichzeitig von dieser Antriebskraft in Gang gesetzte
Schwungkraft eine weitere Druckkraft erzeugt wird, und daß durch mechanische und/oder
elektrische Energiequellen zusätzlich noch weitere Druckkräfte erzeugt werden, wobei
alle diese Druckkräfte gemeinsam als eine gesamte Druckkraft einem Antriebsaggregat
zugeführt werden, in dem die aus einzelnen Druckkräften resultierende Gesamtdruckkraft
in ein Drehmoment bzw. eine sich drehende Kraft umgewandelt wird.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch ein Antriebsaggregat
und mehrere mittels Drucköl gespeiste einzelne, eine Druckkraft erzeugenden Einrichtungen,
ein zur Ölversorgung der einzelnen Einrichtung vorgesehenes zentrales Ölversorgungssystem,
eine jeder Einrichtung zugeordnete,
das Drucköl zuführende Leitungsanordnung,
eine allen den erzeugten Ölhochdruck abführenden Leitungen zugeordnete gemeinsame
Hochdruckölsammelleitung, die im Aggregat mündet, sowie durch einen darin vorgesehenen
Hochdrucköl-Pumpenmotor, der den Öldruck strom in ein Drehmoment bzw. eine Drehbewegung
umwandelt, eine mit dem Aggregat verbundene Antriebswelle, einem mit dieser ein-
und auskuppelbarem Getriebe, einem dieser Antriebswelle zugeordneten Anlasser, auf
der Antriebswelle befestigte Antriebsmittel für eine Ölhochdruckpumpe und eine Hilfs-Öldruckpumpe
und ferner durch mechanische und/oder elektrische Antriebmittel zum Erzeugen wenigstens
eines zusätzlichen weiteren Ölhochdruckes und schließlich durch eine diese Einrichtungen
bzw. Antriebsmittel vom zentralen Ölversorgungssystem ausgehend speisendes, im Kreislauf
zum zentralen Ölversorgungssystem wieder zurückführendes, geschlossenes Rohrsystem.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind an Hand der Zeichnung,
in der ein Ausführungsbeispiel davon dargestellt ist, näher veranschaulicht.
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Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Anordnung in ihrer Gesamtansicht, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer
Schwingungsenergie in eine Druckkraft und Fig. 3 eine Anordnung zur Speicherung
der Drehkraft zur Umwandlung in eine Druckkraft in schematischer Darstellung.
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In Fig. 1 ist 1 ein Antriebsaggregat für ein hier nicht dargestelltes
Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein mit einem flüssigen Medium z.B. Öl beaufschlagbarer
Öldruckpumpenmotor, das den jeweiligen Öldruck in eine Drehbewegung umwandelt, die
von einer mit dem Aggregat 1 verbundenen Antriebswelle 2 auf ein Getriebe 3 des
Kraftfahrzeugs übertragbar ist. Auf der Antriebswelle 2 sind ein Antriebszahnrad
4 und ein Schwungrad 5 befestigt, das mit einem Hilfsantriebszahnrad 6 fest verbunden
ist. Zwischen dem Getriebe 3 und dem Hilfsantriebszahnrad 6 ist eine Kupplung 7
angeordnet, mit der die Antriebswelle 2 vom Getriebe ab und an dieses wieder angekuppelt
werden kann.
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Mit dem Antriebszahnrad 4 sind ein Anlasserzahnrad 8 sowie ein Öldruckpumpenzahnrad
9 und mit dem Hilfsantriebszahnrad 6 ist ein Hilfsöldruckpumpen-Zahnrad 10 kämmend
in Eingriff. Das Anlasserzahnrad 8 ist hierbei über eine Anlasserwelle mit einem
Anlasser 11 und das Öldruck-12a pumpenzahnrad 9 Uber eine Öldruckpumpenwelle/mit
einer Motor-Öldruckpumpe 12 drehbar verbunden. Ferner ist das Hilfsölpumpen-Zahnrad
10 auf einer Pumpenwelle 13 befestigt, mit der eine Hilfsöldruckpumpe 14 betätigbar
ist.
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Schließlich sind dem Antriebsaggregat zusätzlich noch mechanische
15 und/oder solarel5a Energiequellen zugeordnet, die eine ihnen jeweils zugehörige
Öldruckpumpe betätigen
können. Bei der mechanischen Energiequelle
15 handelt es sich darum, die beim Fahren eines Kraftfahrzeuges auftretende, im
wesentlichen vertikale Schwingungsenergie als Druckkraft durch eine Öldruckpumpe
17 entweder unmittelbar oder aber den in der Öldruckpumpe 17 durch Schwingungsenergie
erzeugten Öldruck mittelbar zur Umsetzung in eine Drehkraft zum Betreiben einer
Motoröldruckpumpe 33 zu nutzen, Fig. 2. Im ersteren Fall ist zu diesem Zweck die
Öldruckpumpe 17 mit einem Stützgestänge 27 verbunden, das mit ihrem oberen Ende
an einem oberen vertikal schwingbaren 16 Rahmenteil/eines hier nicht bezeichneten
Kraftfahrzeugs befestigt ist. Das andere untere Ende des Stützgestänge 27 ist an
einem zweiarmigen Pumpenhebel 20 angelenkt, der in einem Drehpunkt 21 in vertikaler
Ebene schwenkbar gelagert ist. Beim vertikalen Bewegen des Pumpenhebels 20 wird
über einen Öl einlaß 22 Öl angesaugt und durch einen Ölauslaß 23 - beides strichliniert
gezeichnet - mit Druck dem Antriebsaggregat 1 zugeleitet. HierfUr sind ein Endteil
24 eines längeren Armes 25 des zweiarmigen Pumpenhebe-ls 20 vom federnden bzw. schwingenden
Teil 16 über das Stützgestänge mittelbar mit einem unteren, im wesentlichen nicht
schwingbaren Rahmenteil 28 und ein Ende eines kürzeren Hebelarmes 29 mit der Öldruckpumpe
17 arbeitawirksam verbunden.
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Zur mittelbaren Umwandlung der schwingenden in eine sich drehende
Bewegung und in weiterer Folge in eine Druckkraft geht die Energieübertragung in
der Weise vor
sich, daß über eine Druckkolbenstange 26 der Öldruckpumpe
17 ein Druckzylinder 18 druckbeaufschlagt wird. Dieser gibt den Druck über eine
am freien Ende einer Ritzelkolbenstange 30 des Druckzylinders 18 befestigtes Antriebsritzel
19, das mit einem Ratschenzahnrad 31 in Eingriff steht, weiter.
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Dieses Ritzel 19 verschiebt sich dabei von einer Ausgangslage A in
Pfeilrichtung in eine Endlage 8; hin und dreht dabei das Ratschenzahnrad in Pfeilrichtung
C, so daß über eine mit diesem verbundene Motorpumpenachse 32 eine Motoröldruckpumpe
33 angetrieben wird. Sobald das Antriebsritzel 19 in Pfeilrichtung C verdreht worden
ist, wird der Druckzylinder 18 durch ein Überdruckventil gelüftet und das Antriebsritzel
19 wird mittels einer Rückzugfeder wieder in seine Ausgangslage A zurückgezogen.
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Die auf diese Art gewonnene Drehkraft für die Pumpe 33 kann zur weitgehendst
kontinuierlichen Drehmomentabgabe auch gespeichert werden. Hierzu soll ein in an
sich bekannter Weise stangenförmiger Feder- bzw. Torsionsstab T dienen, der in seiner
Achse verwindbar ist. Hierbei ist an Stelle der Motorein pumpenachse 32Vdie Drehkraft
speichernder Torsionsstab T vorgesehen. Zur Erhöhung der Drehkraftspeicherung ist
es denkbar, mehrere Torsionsstäbe T1, T2, T3 usw. zu verwenden, die nebeneinander
angeordnet sind, Fig. 3. Die Drehkraft des einen auf den anderen Torsionsstab wird
dabei jeweils mittels an den Stabenden vorgesehenen Zahnrädern Z bewirkt, die miteinander
kämmend in Eingriff stehen und beim Verdrehen eines Torsionsstabs alle anderen mitdrehen.
Das Zahnrad des letzten Torsionsstabs T3 überträgt
schließlich
das Drehmoment der gesamt gespeicherten Kraft Uber einen R Kräfte über einen Drehmomentausgleichsregler/zur
Erzielung einer im wesentlichen gleichen Drehgeschwindigkeit auf ein Antriebszahnrad
2,das hierbei die Stelle des ursprünglichen Ratschen- bzw. Ritzelzahnrades 31 inne
hat,mit dem nunmehr die Motorpumpenachse 32 verbunden ist. Hierbei ist selbstverständlich
Vorsorge getroffen, daß die Motorpumpenachse 32 stets nur in einer Richtung drehbar
und beim Drehen in die andere Richtung automatisch gesperrt ist.
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Als weitere Energiequelle 15a ist noch auf die elektrische Energie
hinzuweisen, z.B. die Nutzung der Solarenergie, über die eine elektrische Öldruckpumpe
34 betrieben werden kann. Hierzu ist vor allem an die Nutzung von Solarenergie gedacht,
die bei bereits vielfach gebräuchlichen Motoreinrichtungen Verwendung gefunden hat.
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Um nun die verschiedenen auf vorstehende Art erzeugten Öldruckkräfte
koordiniert als eine sich sumierende Gesamtöldruckkraft dem Antriebsaggregat 1 zuleiten
und diese darin in eine Drehbewegung umwandeln zu können, ist es erforderlich, für
alle einen Öldruck erzeugenden Anordnungen einen geschlossenen Ölkreislauf sicherzustellen.
Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung - mit
der nicht nur schädliche
Abgasemaissionen weitgehendst vermieden und außerdem erheblich an Kraftstoff eingespart
werden soll - neben dem als Antrieb für das Kraftfahrzeug dienenden Aggregat 1 eine
allseitig geschlossene Ölwanne 35 auf, aus der alles Öl zur Druckkrafterzeugung
entnommen und in die das entnommene Öl über das Aggregat 1 wieder zurückgedrückt
wird. Der jeweils einzelne Ölkreislauf ist an Hand der nachstehenden Wirkungsweise
der Vorrichtung erläutert: Beim Anlassen des Anlassermotors 11 wird das Anlasserzahnrad
8 in Drehung versetzt und dreht seinerseits das mit ihm kämmende Antriebszahnrad
4 und mit diesem das Öldruckpumpenzahnrad 9. Dadurch wird über die Antriebswelle
12a die Motoröldruckpumpe 12 betätigt und saugt Öl aus der Ölwanne 35 über eine
Ansaugleitung 36 an und drückt dieses Öl mit hohem Druck durch eine Ölhauptleitung
37, in der ein regelbares Ventil 38 vorgesehen ist, in das Aggregat 1, in dem das
unter hohem Druck einströmende Öl von dem Ölhochdruck-Pumpenmotor in eine Drehkraft
umgewandelt wird. Durch die schon beim Anlassen durch den Anlassermotor 11 in Drehung
versetzte Antriebswelle 2 wurde auch gleichzeitig das Schwungrad 5 und mit diesem
das Hilfsantriebszahnrad 6 gedreht, wobei diese Drehkräfte auf das mit diesem kämmende
Hilfsöldruck-Pumpenzahnrad
10 übertragen werden,das mit der Pumpenwelle 13 verbunden, die Hilfsöldruckpumpe
14 betätigt. Die Pumpe 14 saugt nun über eine Ölansaugleitung 39 Öl an und pumpt
dieses über eine Ölnebenauslaßleitung 40, in der ein Rückschlagventil 41 vorgesehen
ist, in die Ölhauptleitung 37, wobei diese beiden Ölströme in der Hauptleitung zusammen
vereinigt unter Druck stehend zusammen dem Aggregat 1 zugepumpt werden.
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Diese von der ursprünglichen Antriebskraft des Anlassers erzeugten,
zurückgeführten Druckkräfte 12 D und 14 D müssen vorerst durch ein hohes Kraftpotential
aufgebaut werden, so daß der Anlasser 11 einen solchen in herkömmlicher Weise üblich
verwendeten in seiner Leistung wesentlich übersteigen muß, wofür beispielsweise
ein üblicher Kraftstoff (Diesel oder Benzin) gespeister Motor verwendbar ist.
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Einem auf diese Weise in Gang gesetzten Antriebsmotor, dessen Antriebswelle
2 über die Getriebekupplung 7 an das Getriebe 3 angekuppelt werden kann, wird nunmehr
in weiterer Folge zusätzliche Druckkraftterzeugt durch mechanische oder elektrische
Energiequellen, zugeführt.
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Zu diesem Zweck wird die beim Fahren eines Kraftfahrzeugs auftretende
Schwingungsenergie - wie vorstehend bereits
aufgeführt ist - als
Druckkraft zur Umwandlung in eine Drehkraft verwendet, die in weiterer Folge dabei
die Öldruckmotorpumpe 33 über die Antriebswelle 32 antreibt.
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Bei dieser zusätzlichen mechanischen Energiequelle 15 wird von der
Öldruckmotorpumpe 33 über eine Einlaßleitung 42 Öl angesaugt und über eine Ölauslaßleitung
43 in die Öldruckhauptleitung 37 zurückgedrückt. In gleicher Weise erfolgt dies
auch durch die elektrische Energiequelle mit Hilfe eines damit betreibbaren Elektromotors,
der über eine Antriebswelle 44 die weitere Öldruckmotorpumpe 34 betätigt. Auch hierbei
wird aus der allseitig geschlossenen Ölwanne 35 über einen Öl einlaß 45 Öl angesaugt
und aus einer Ölauslaßleitung 46 der el. Öldruckmotorpumpe 34 wieder heraus in die
Hauptleitung 37 unter Druck hineingepreßt.
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Der gesamte Öldruck strom, der gemeinsam über die Ölhochdruckhauptleitung
37 geleitet und dem Antriebsaggregat 1 zur Umwandlung in ein Drehmoment bzw. eine
Drehkraft zugeführt wird, wird schließlich nach Druckbeaufschlagung des Pumpenmotors
im Aggregat 1 aus diesem über ein Ölkreislaufrückführrohr 48 in die als Ölwanne
35 ausgebildete Zentralölversorgungseinrichtung wieder zurückgeführt.