SE428587B - Anordning for tillforsel av vattenanga till en forbrenningsmotors avgaser - Google Patents

Description

800M93-2 och motorblockets avgasöppningar (och eventuellt-beroende på motortyp-K insugsöppning) svarande kanaler. En sådan mellanläggsbricka är enkel att montera och stör inte strömningsbilden för avgaserna.

Genom att, som ovan beskrivits, ângbildningskammaren är anordnad så att den bildade ångan i huvudsak avleds direkt från utrymmet ovanför vätskeytan, minskas medsläpningen av vattendroppar. F öreträdesvis är emellertid en vattenfälla anordnad mellan ångutloppet eller i-loppen och motorn.

Vatten från behållaren tillförs kontinuerligt till ångbildningskammaren, antingen genom självtryck eller via en pumpanuordning, och en lämplig vätskenivâ upprätthålls hela tiden i ångalstringselementets hålighet eller kammare med hjälp av lämpliga organ, t.ex. en före ângbildningskammaren anordnad flottör- ventil eller liknande. Ångbíldningskammarens eller -kamrarnas dimensioner och vätskenivån i densamma avpassas, så att en ändamålsenlig mängd vatten tillförs ångbildníngs- kammaren. En lämplig vattenmängd har visat sig vara ca 1 - 5 dl vatten/liter bränsle, men även större eller mindre vattenmängd kan komma ifråga.

Vid exempelvis en förgasarmotor kan den alstrade ångan tillföras före eller efter förgasaren. I det senare fallet anordnas någon lämplig ventilanordning, som avpassar_ ångmängden i beroende av gaspådraget. Anordningen enligt uppfinningen kan givetvis även användas vid motorer utan. förgasare, såväl bensin- som dieselmotorer. i Uppfinningen beskrivs nedan närmare med avseende på några speciella utföringsformer med hänvisning till de bifogade ritningar-na, där * Fig. l schematiskt visar ett vattenångtillförselsystem enligt uppfin- ningen; i Fig. 2 är en schematisk vy av en utföringsform av ett ångalstringsele- ment i anordningen enligt uppfinningen; Fig. 3 och Fig. 4 är varianter av en annan utföringsform av ângalstrings- elementet; Fig. 5 är ett snitt längs A-A i Fig. 3 och 4; och Fig. 6 är ett motsvarande snitt som i Fig. 5 av en variant av utföringsformen i Fig. 3 och 4.

I det i Fig. i visade systemet för vattenångtillförsel enligt uppfinningen I är en vattenbehållare eller -tank l via en ledning 2 ansluten till en pumpanordning 3. Den senare är via en ledning 14 ansluten till en nivåregulator 5, tex. en flottörventil, som i sin tur via en ledning 6 är förbunden med en upphettningsdel eller ångalstringselement 7 av värmeledande material. Ledningen 6 mynnar i en kanal eller hålighet 8 i ångalstringselementet 7. Kanalens eller 80014193-2 hålighetens 8 bägge ändar är förbundna med varsin vattenångledning 9a, 9b, som mynnar i en vattenfälla 10. Från vattenfällans 10 överdel utgår en ledning 11, som ansluts till insugningsledningen (ej visad) hos en förbränningsmotor. Beroende på hur denna anslutning är anordnad är eventuellt ett ventilorgan 12 anordnat mellan vattenfällan 10 och insugningsledningen. Från vattenfällans 10 botten leder en returledning 13 tillbaka till ledningen 6 mellan nivåregulatorn 5 och ângalstringselententet 7. Ångalstringselementet 7 är anordnat så att det åtminstone delvis står i direkt kontakt med de heta avgaserna från motorn. Detta kan ske på olika sätt, t.ex. genom att ângalstringselementet 7 som i Fig. 2 är helt eller delvis placerat inuti motorns avgasgrenrör, eller också genom att det i form av en mellanbricka anordnas mellan avgasgrenrör och motorblock, såsom förklaras närmare nedan i samband med Fig. 3 och ll. l drift pumpas vatten från behållaren 1 till ângalstringselementet 7 med hjälp av pumpen 3. En lämplig vattennivå 14 upprätthålls kontinuerligt i håligheten 8 med hjälp av nivåregulatorn 5, som även är anordnad att styra pumpen 3. Nivåregulatorn 5 kan som ovan nämnts lämpligen vara en flottörventil, men givetvis kan även den önskade vattennivån inställas med andra medel. De heta avgaserna avger värme till ångalstringselementets 7 värmeledande gods, varigenom vattnet i hâligheten 8 upphettas. Håligheten 8 kommer således att fungera som ângbildningskammare, och den bildade ångan sugs genom det reducerade trycket i motorns insugningsledning genom ledningarna 9a, 9b till vattenfällan 10 och vidare till insugningsledningen genom ledningen ll. Vatten- droppar som medföljt till vattenfällan avskiljs i denna och återgår till ledningen 6 via dräneringsledningen 13. Genom att ett ângutlopp är anordnat vid vardera änden av ångbildningskammaren 8 kommer oberoende av fordonets lutning alltid ett av de båda ångutloppen att ha en fri passage för ångan. På så sätt minskas medsläpningen av vattendroppar betydligt.

I Fig. 2 är ångalstringselementet ett rör 15, t.ex. av koppar, som är väsentligen horisontellt anordnat i ett avgasgrenrör 16. l det visade fallet är röret 15 tänkt att vara anordnat ungefär längs med motorblocket, varvid avgaserna går in i grenröret vid figurens överdel. På ömse sidor om avgas- grenröret 16 är tvâ ångledningar 17, 18 anslutna, som leder till den i Fig. 1 visade vattenfällan. Vattnet tillförs vid rörets 15 ena ände 15a, och den önskade vätskenivån 19, t.ex. till halva "höjden", i röret inställs med nivåregulatorn 5 i Fig. 1. De heta avgaserna i grenröret 16 omspolar röret 15, varvid vattnet övergår i ångform och leds upp genom ângrören 17, 18 och sedan sugs in i motorn såsom beskrivits ovan. 8QGl-s19I5-2 I Fig. 3 visas scnematiskt en annan utföringsform av ångalstrings- elementet, nämligen i form av en långsträckt bricka eller platta avsedd att införas mellan avgasgrenröret och motorblocket. I brickan är öppningar 20 upptagna med väsentligen samma dimension som motsvarande öppningar i motorblocket resp. avgasgrenröret. Inuti brickan är en hålighet 2l anordnad, till vilken en vatteninloppsledning 22 och tvâ ångledningar 23 är anslutna. Håligheten 21, som lämpligtvis sträcker sig längs hela brickan kan ha godtycklig tvärsnitts- form, t.ex. cirkulär, som i Fig. 3 och Fig. 5. l-låligheten eller ångbildnings- kammaren Zl kan vara en urtagning i brickgodset eller också utgöras av ett i en sådan urtagning infört rör eller motsvarande, som kan vara av samma eller annat material än brickmaterialet. Brickan kan t.ex. utgöras av ett aluminiumblock, i vars nederçlel ett kopparrör inpassats i en urborrning eller íhgjUtiïS vid tillverk- ningen av blocket. Brickan eller värmekroppen är vidare försedd med öppningar 24 för avgasgrenrörets fästbultar. u? På samma sätt som i Fig. 2 hålls håligheten eller röret 21 fyllt med vatten till lämplig nivå med hjälp av nivåregulatorn 5 (Pig. l). De heta avgaserna som strömmar ut genom kanalerna 20 i brickan värmer upp denna och värmet leds genom godset till håligheten 21 och värmer upp vattnet, så att ånga alstras.

Den bildade ångan avgår genom det ena eller båda ângrören 23 (beroende på fordonets lutning). Ångrören 23 är på samma sätt som tidigare lämpligtvis anslutna till en vattenfälla, varifrån den separerade ångan sugs in i motorn.

Jämfört med att som i Fig. 2 placera ett rör l5 inuti avgasgrenröret erhålls vid användning av en mellanbricka enligt Fig. 3 ingen störning av avgasströmningeni grenröret. g ' I Tvärsnittsformen för mellanbrickan kan t.ex. vara rektangulär som i Fig. 5, men kan givetvis även utformas på annat lämpligt sätt, t.ex. som i Fig. 6 för att ge utrymme åt en större hålighet 2la, som i det visade fallet har rektangulär tvärsnittsform. g I Fig. 4 visas en variant av mellanbrickan i Fig. 3 avsedd för motorer med insugs- och avgasöppningar på samma sida motorblocket. I det visade fallet är en insugsöppning 25 anordnad mitt på mellanbrickan, med avgasöppningar 20 anordnade på ömse sidor om denna.

Som tidigare nämnts kan ångan från vattenfällan l0 via ånglednings- röret ll vid t.ex. en förgasarmotor tillföras motorn före, i eller efter förgasaren.

Om den tillförs vid en punkt nedanför förgasarspjället anordnas emellertid en lämplig ventilanorcíning 12 (Fig. 1) mellan vattenfällan 10 och ångintagspunkten, vilken ventil på något lämpligt sätt är anordnad att styras av förgasarspjällets öppning. Ventilanordningen 12 kan t.ex. vara anordnad att styras av "vakuumet" i insugningsledningen.

Vattenfällan 10 i Fig. 1 kan vara någon lämplig konventionell vatten- fälla, t.ex. sådana som används vid kompressorer och liknande. En enkel och väl fungerande vattenfälla för uppfinningens ändamål kan utgöras av en liggande cylinderforrnad burk med ungefär det i Fíg. l visade tvärsnittet och med på I motsvarande sätt anordnade ånginlopp på sidorna och ång- och vattenutlopp upptill resp. nedtill.

Vattenbehällaren 1 (lämplig volym t.ex. ca 30-40 liter) kan placeras pâ lämpligt ställe i fordonet. Företrädesvis placeras den dock i motorrummet. För det fall att den placeras på annat ställe måste ett lämpligt antifrostmedel, t.ex. etanol, tillsättas till vattnet för att förhindra frysning vintertid. Vid placering i motorrummet behövs inte detta, eftersom eventuellt fruset vatten i tanken l snabbt tinas av motorvärmen, sedan motorn satts igång. Lämpligtvis anordnas värmeslingor inne i tanken l för att förvärma vattnet, t.ex. till ca 60°C, och således få snabbare och effektivare ångbildning i ângalstringselementet 7. I ett fordon med vätskekylsystem kan således lämpliga kylvattenslingor dras genom tanken l.

Vattenångtillförselsystemet enligt uppfinningen är enkelt att installera, och då speciellt utföringsformen med en mellanbricka enligt Fig. 3 och 4. Det är dessutom mycket driftssäkert och kräver ett minimum av underhåll. Som nämnts tidigare erhålls vid normala driftsbetingelser en bränslebesparing pâ ca 25-3596, samtidigt som kolmoncxidhalten i avgaserna avsevärt reduceras och motorn får en tystare gång. Den uppnådda minskade bränsleförbrukningen illustreras av de i nedanstående tabell redovisade resultaten från ett laboratorieförsök utfört med en bensinmotor Volvo B16 konverterad till marinutförande och med en Schenk bromsbänk. Härvid användes ett system enligt Fig. I, varvid ångalstringselemen- tet 7 utgjordes av ett rakt kopparrör med 15 mm diameter anordnat i avgasgrenröret som i Fig. 2. Den bildade ångan tillfördes till luftrenaren.

Varvtal Bränsle Vatten Vridmoment Effekt Verknings- varv/min. g ml Nm kW grad Utan *fatten- 3500 150 - 101,2 37,1 ' 0,235 ånga lvied vatten- 3500 150 35 92,8 3150 0,29 ånga 8004193-'2 Som framgår av tabellen ovan erhålls en ökning av verkningsgraden med ca 23% vid en vattenångtillförsel motsvarande ca 25 vikt-96 av den tillförda bränslemängden. Försöket utfördes vid fullgasprestanda, och en ännu större ökning av verkningsgraden kan därför förväntas vid normal körning. Detta styrks -.- 8004193-2 av prov som gjorts med en anordning enligt uppfinningen (Pig. 2) monterad i en personbil. Under ca 6000 mils körning erhölls en sänkt bränsleförbrukning från 0,97 l/mil till 0,65 l/mil. Vidare observerades en minskning av CO-halten i av- gaserna med cirka 8 gånger.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till de 'ovan speciellt beskrivna och visade ufföringsformerna, után många modifikationer och variationer är g möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven. Givetvis kan motorn eller motsvarande motorpartier redan vid tillverkningen förses med eller anpassas för anordningen enligt uppfinningen. __ .-._ _- ....-...__...._.....?..._,. _.

Claims (9)

soøsiss-2 PATENTKRAV

1. Anordning vid en förbränningsmotor för tillförsel av vattenånga till motorns insugningsgaser, varvid vattenångan alstras genom upphettning av vatten eller en vattenblandning från en behållare (1) med hjälp av värmet hos de avgaser som lämnar motorn, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar i ett i nära anslutning till motorblockets avgasutlopp anordnat ângalstringselement (7) av värmeledande material, som åtminstone delvis står i direkt kontakt med avgaserna och innefattar en ângbildningskammare (8) med minst en vätskeinloppsöppning (6) och minst ett utlopp (9a, 9b) för den alstrade ångan, organ (5) för upprätthållande av en förutbestämd vätskenivâ i kammaren (8), och en mellan ângutloppet (9a, 9b) och motorns insugningsledning anordnad vattenfälla (10) för avskiljning av vattendroppar medsläpade av ångan.

2. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att ångalstringselementet (7) väsentligen utgörs av ett i avgasröret (16) huvudsakligen horisontellt anordnat rör eller rörsystem (15).

3. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e- c k n a d av att ângalstringselementet (7) utgörs av ett element anordnat att införas mellan motorblock och avgasgrenrör, vilket element är försett med dels en eller flera genomgående avgaskanaler (20), som förbinder motorblockets avgasutlopp med avgasgrenröret, och dels en som nämnda ângbildningskammare anordnad hålighet (21).

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att àngalstringslementet är en långsträckt mellanläggs- platta, där nämnda hålighet utgörs av en i plattan anordnad väsentligen horisontell, längsgående kanal (21) med vätskeinlopp (22) och vid ändpartíerna anordnade ångutlopp (23).

5. Anordning enligt något av patentkraven 1 till 4 vid förgasarmotorer, k ä n n e t e c k n a d av att vattenângan tillförs efter förgasaren, och att den innefattar organ (12) för reglering av vattenàngtillförseln i beroende av den från förgasaren utgående bränslemängden.

6. Anordning enligt något av patentkraven l till 5, k ä n n e t e c k n a d av att behållaren (1) är försedd med uppvärmningsorgan. 8004193-2 n 7.

Anordning enligt patentk-ravet 6, k ä n n e t e c k n a d av att uppvärmningsorganen innefattar ett rörsystem anslutet till motorns kylvattensystem.

3. Anordning enligt något av patentkraven l till 7, k ä n n e t e c k n a d av att vattenfâllan (10) är en liggande, väsentligen cylinderíormad behållare med ånginlopp vid basytorna, ett eller flera upptill anordnade ångutlopp och minst ett nedtill anordnat vätskeutlopp.

9. Anordning enligt något av patentkraven l till 8, k ä n n e t e c k n a d av att organen (5) för upprätthållande av den förutbestämda vätskenivån i kammaren (7) innefattar vätskenivåavkännande organ.