DE2509690A1 - Vergaserzusatzvorrichtung - Google Patents
VergaserzusatzvorrichtungInfo
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Description
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tyg rz !975 my ^ Name d. Anm. FUEL EXP AN DE RS , LTD.
F 67/1
Vergaserzusatzvorri chtung
Vergaserzusatzvorri chtung
Die Erfindung betrifft eine Vergaserzusatzvorrichtung zur Behandlung
von dem Vergaser einer Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden flüssigen Treibstoff durch Expandieren und gleichzeitiges Aufheizen
dieses Treibstoffes.
Seit langem ist bekannt, dass sich der Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine
durch Vorerwärmen des flüssigen Treibstoffes, zum Beispiel Benzin, vor dessen Zuleitung zu dem Vergaser verbessern
lässt, über Jahre wurden zahlreiche Versuche zur Konstruktion
von Vorwärmeinrichtungen unternommen, die zu diesem bekannten nutzbaren Ergebnis führen würden. Dies ergibt sich durch zahlreiche
US-Patentschriften.
In der US-PS 1 168 111 wird eine Vorwärmvorrichtung für durch eine
Kupferleitung fliessendes Benzin beschrieben. Diese Kupferleitung
verbindet einen Vorratstank mit dem Vergaser einer Verbrennungskraftmaschine.
Ein Teil dieser bekannten Treibstoffleitung ist
als Wendel ausgebildet, der in einem Reservoir oder Behälter liegt, der seinerseits einen Teil einer Leitung bildet, die von den Kühltaschen
der Motorzylinder zum Kühler führt. In den US-PS 1 219 515 und 1 267 185 wird eine Vorwärmvorrichtung beschrieben, die die
von der Verbrennungskraftmaschine abgegebenen Abgase zum Vorwärmen des Treibstoffes verwendet, wozu die heissen Gasen durch ein
Gehäuse geleitet werden, das ein kurzes gerades Stück der Treibstoffleitung umschliesst. Bei der Vorrichtung nach der US-PS
1 219 515 ist ein Thermostatventil zum Steuern einer Gasströmung
vorgesehen, um in der Heizkammer eine vorbestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten.
Bei der Vorrichtung nach der US-PS 1 267 185 dagegen sind in den Verbindungsleitungen mit der Hand einstellbare
Gewindestopfen vorgesehen, mit denen der Durchgang der Abgase durch das Gehäuse nach Wunsch eingsschränkt werden kann.
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In den US-PS 1 838 804, 2 231 525 und 2 231 605 werden Vorrichtungen
zum Vorwärmen von Benzin oder schwereren Treibstoffen in wassergekühlten Wärmeaustauscheinrichtungen bis auf Temperaturen
im Bereich des Siedepunktes von Wasser beschrieben. Die US-PS 1 838 804 zeigt hierzu einen konzentrischen zylindrischen Wärmetauscher
mit einer inneren Treibstoffleitung mit einem vergrösserten
Durchmesser auf demjenigen Teil ihrer Länge, der in einer es umgebenden mit Wasser gefüllten Leitung liegt. Damit kann der Treibstoff
für eine längere Zeit der höheren Temperatur des Wassers ausgesetzt werden. Die Leitung ist mit einem getrennten Wassertank
verbunden, der nicht ein Teil der Motorkühlanlage bildet, und der
gesamte Wärmetauscher wird von einer an die Abgassammelleitung angeschlossenen
Umgebungsleitung umschlossen. Das sich in der Leitung befindende Wasser wird damit durch die heissen an der Aussenseite
der Leitung vorbeiströmenden Abgase bis auf den Siedepunkt erhitzt und das kochende Wasser heizt seinerseits den durch das innere
Rohr strömenden Treibstoff auf.
In der US-PS 2 748 758 weist ein kombinierter Heiz- und Kondensationstreibstofftank
einen Warmwassermantel auf, der den unteren Bereich des Tankes umschliesst. Aus der Kühlanlage des Motors wird
der Mantel mit warmem Wasser gespeist. Zum Kühler strömt das Wasser über ein thermostatisch gesteuertes Ventil ab, das die Treibstofftemperatur
in dem Tank zwischen 60 und 72° hält, so dass der flüssige Treibstoff zu einem extrem flüchtigen und leicht brennbaren
Dampf expandiert.
In der US-PS 3 110 296 wird die Verwendung eines spulenförmigen
Wärmetauschers beschrieben, der dem nach der US-PS 1 168 111 ähnlich ist. Nur ein Teil des dem Vergaser zugeführten Treibstoffes
wird vorgewärmt. In der US-PS 3 253 647 wird eine ähnliche spulenartige Vorwärmvorrichtung beschrieben mit einer zentrischen Luftführung.
Damit wird eine praktisch gleichmässige Temperatur des
Kühlwassers gewährleistet, das in der die gewendelte Treibstoffleitung
umgebenden Ringkammer umläuft. In der US-PS 3 286 703 ist de ■ Schwimmergehäuse eines üblichen Vergasers eines Automotors durch
ein expandiertes und mit einem Wassermantel versehenes Gehäuse er-
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setzt worden, welches das zwei- oder dreifache Volumen des ursprünglichen
Gehäuses aufweist. Der Wassermantel ist an die Wasserpumpe des Motors und den Warmwassererhitzer angeschlossen. Nach einer
Aufwärmperiode wird daher das in dem Mantel über diese Verbindungen
umlaufende heisse Wasser das Benzin im Schwimmergehäuse verdampfen. Das expandierte Volumen des Ersatzgehäuses schafft zusätzlichen
Raum zur Aufnahme des expandierten Treibstoffes nach dessen Verdampfung.
Sämtliche der vorgenannten Vorrichtungen leiden an einem oder mehreren
Nachteilen. Diejenigen, bei denen Abgase zum Aufheizen des Treibstoffes verwendet werden, sind ernsthafte Sicherheitsrisiken..
Andere sind verwickelt aufgebaut und teuer in der Herstellung. Keiner
dieser Vorrichtungen scheint alle Probleme, dieytoit der Konstruktion
eines praktischen und zuverlässigen Treibstoff-Vorwärmers für Automotoren verbunden sind, zufriedenstellend gelöst zu haben. Dies
ergibt sich aus der allgemein bekannten Tatsache, dass die heutigen Kraftfahrzeuge solche Vorrichtungen nicht enthalten.
Ein Grund für die fehlende Aufnahme irgendeiner dieser bekannten Vorrichtungen liegt darin, dass sie nicht unter allen Bedingungen
und Umgebungen einwandfrei arbeiten. Insbesondere ist bei keiner der bekannten Vorrichtungen das Problem der Dampfsperre, entweder
teilweise oder vollständig, klar erkannt worden. Dampfsperre ist die Bezeichnung für das Auftreten von verdampften Treibstoff entweder
im Einlass der Benzinpumpe oder in der Benzinleitung. Bei teilweiser Dampfsperre wird die Berei ndurchströmung durch die Benzinleitung
herabgesetzt. Dies vermindert sowohl die Leistung wie auch die Höchstdrehzahl des Motors. Ebenso kann sie auch zum Klopfen
des Motors führen, da das Treibstoff-Luftverhältnis des den Zylindern zugeführten Gemisches herabgesetzt wird. Bei vollständiger
Dampfsperre bleibt der Motor stehen und sein erneutes Anlassen wird verhindert bis sich das Treibstoffsystem genügend abgekühlt
hat und die Dämpfe kondensieren können.
Benzin ist ein Gemisch aus Kohlenwasserstoff-Fraktionen mit verschiedenen
Siedepurkten, wie es i> einem der oben gen&nnten Paten-
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te ausgeführt wird. Der Siedepunkt jeder Franktion hängt nicht nur
von der Temperatur sondern auch vom Druck ab. Das Auftreten einer Dampfsperre wird damit nicht nur von der Benzintemperatur, sondern
auch vom Druck bestimmt. Bei den oben genannten Patenten werden jedoch nur die Auswirkungen der Temperatur berücksichtigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung
einer Strömung flüssigen Treibstoffes, der durch eine rohrförmige Leitung zum Vergaser einer Verbrennungskraftmaschine fliesst, und
eine Vorrichtung zum zuverlässigen Durchführen dieses Verfahrens
unter sämtlichen Betriebs- und Umweltbedingungen des Motors.
Zum Verfahren der Vorbehandlung des Treibstoffes nach der vorliegenden
Erfindung gehören das Expandieren der flüssigen Treibstoffströmung während deren Strömung durch die Leitung in einem geschlossenen
zylindrischen Raum, dessen Rauminhalt eine Querschnittsfläche von mindestens dem Zehnfachen der Strömungsquerschnittsfläche
der Leitung hat, und ein Volumen in der Grössenordnung des Volumens des Schwimmergehäuses des Vergasers, und die Übertragung
von Wärme zu der expandierten Treibstoffströmung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit, die unter derjenigen liegt, bei der der
Dampfdruck des erwärmten Treibstoffes bei sämtlichen Motorbetriebsbedingungen den absoluten Druck der Treibstoffströmung gerade vor
dem Einlass des Schwimmergehäuses des Vergasers übersteigen würde.
Bei diesem wichtigen Verfahren würden die beiden wichtigen Stufen der Expansion und der gleichzeitigen Aufheizung kombiniert, wobei
der Betrag der übertragenen Wärme begrenzt wird, um ein Ansteigen des Dampfdruckes des Treibstoffes über den absoluten Wert am Vergasereinlass
zu verhindern. Die Kombination der Erwärmung und der gleichzeitigen Expansion der flüssigen Treibstoffströmung scheint
zu Vorteilen zu führen, die allein mit einer Vorwärmung nicht zu erreichen sind. Hierzu gehören ein leichterer Start, ein glattes
und ruhiges Laufen, ein Stehenbleiben und Schwingungen des Motors. Die Gründe für diese Vorteile sind nicht völlig bekannt. Es wird
jedoch angenommen, dass das Expansionsvolumen einen Schwingungstankeffekt bewirkt, der von der Treibstoffpumpe ausgehende Druckschwankungen
glättet und auch Strömungschwingungen aufgrund von
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Notbremsungen oder anderen starken Beschieum'gungsmanövern verhindert.
Die bevorzugte Ausführungsform zum Durchführen des erfindungsgemässen
Verfahrens enthält eine geschlossene innere zylindrische Expansionskammer mit einem rohrförmigen Einlass an einem Ende zum
Anschluss an den Benzinpumpenauslass einer Verbrennungskraftmaschine und einen rohrförmigen Auslass am anderen Ende zum Anschluss
an den Einlass eines Vergasers zur Zuleitung eines Treibstoff-Luft-Gemisches zum Motor, wobei die Querschnittsfläche der Expansionskammer mindestens das Zehnfache des Strömungsquerschnittes des Einlass-
und des Auslassrohres ausmacht und das Volumen der Expansionskammer η in der Grössenordnung des Volumens des Schwimmergehäuses
des Vergasers liegt.
In radialem Abstand umschliesst eine äussere zylindrische Hülse
koaxial die innere Expansionskammer. Die Hülse wird durch zwei ent
Endwände abgeschlossen und weist ein Einlassrohr und ein Auslassrohr zum Anschluss an ein Flüssigkeits-Umwälzsystem auf. Bei flüssigkeitsgekühlten
Motoren ist das flüssige Motorkühlmittel auch das bevorzugte Heizmedium. Aber auch das öl aus der Druckschmieranlage
des Motors ist eine annehmbare Alternative, insbesondere wenn es sich um luftgekühlte Motore handelt.
Die innere Expansionskammer sollte aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Aluminium gefertigt werden,
während die äussere Hülse zweckmässig entweder mit wärmeisolierendem
Material umwickelt wird oder aus einem schlechten Wärmeleiter, wie schwarzem Eisen oder Kunststoff hergestellt wird. Auf diese
Weise wird die Wärmeübertragung an die Umgebung auf ein Minmum herausgesetzt und die Auswirkungen von Temperaturänderungen in der
Umgebung auf den Betrieb des Systems werden ebenfalls auf ein Minimum herabgesetzt.
Beim Einbau in ein Kraftfahrzeug oder ein anderes Fahrzeug mit einer
Fahrgastraumheizung werden die Einlass- und Auslassrohre der Heizflüssigkeit der Vorrichtung zweckmässig an die Heizungsanlage
angeschlossen. Dies erfolgt sowohl aus Bequemlichkeit und weil die
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Heizanlage den Thermostaten überbrückt, der die Strömung des flüssigen
Kühlmittels vom Motor zum Kühler regelt. Damit wird der Treibstoffvorwärmung aufgewärmte Flüssigkeit zugeführt, ohne dass
man bis zum Erreichen derjenigen Temperatur, an der sich der Thermostat
öffnet, warten muss.
Falls es sich bei der Fahrzeugheizung um eine Anlage mit konstanter
Umwälzung handelt, wird der Anschluss vorzugsweise an der Speiseleitung in Reihe mit und vor der Heizvorrichtung vorgenommen. Handelt
es sich dagegen auf der anderen Seite um eine Anlage mit bei abgestellter Heizung unterbrochenem Flüssigkeitsumlauf sollte die
Vorwärmvorrichtung an eine parallel zu der Heizung verlaufende Umgehungsleitung
angeschlossen werden.
Nach der obigen Erörterung ist es für den Betrieb der Treibstoffvorwärm
und -Expansionsvorrichtung wesentlich, dass der Dampfdruck nicht einen durch den Druck in der Versorgungsleitung am Einlass
des Vergasers vorgegebenen kritischen Wert übersteigt. Der Dampfdruck ist eine Funktion der Temperatur und die Treibstofftemperatur
am Auslass der Expansionskammer wird durch mehrere Faktoren bestimmt. Hierzu gehören die Einlasstemperaturen, Strömungsgeschwindigkeiten
und die spezifische Wärme sowohl des Treibstoffes wie auch der Heizflüssigkeit und die Oberfläche der Expansionskammer,
an der die Wärmeübertragung zwischen dem Heizmedium und dem Brennstoff erfolgt.
Die Einlasstemperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Treibstoffes
werden durch die Betriebsbedingungen des Motors vorgegeben. Die maximale Einlasstemperatur für die Heizflüssigkeit wird durch
die Einstellung des Thermostaten des Motors vorgegeben. Die einzigen Grossen, die einer Regelung zugängig sind, sind damit die
Strömungsgeschwindigkeit der Heizflüssigkeit und die Wärmeübertragungsfläche.
Die Wärmeübertragungsfläche liegt jedoch fest, sobald
sie einmal gewählt ist. Bei Versuchen mit verschiedenen Autotypen und Motorgrössen hat sich gezeigt, dass eine Vorrichtung mit einer
Expansionskammer mit einer Querschnittsfläche und einem Volumen entsprechend den oben gegebenen Beziehungen eine fast perfekte Abstimmung
der Temperatur und Strömungsgeschwindigkeiten durch die
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Versorgungsleitungen der Heizung bewirkt und einen ordnungsgemässen
Betrieb der Anlage sichert.
Bei Versuchen, die in einem weiten Bereich von Umweltbedingungen durchgeführt wurden, hat es sich weiter gezeigt, dass der kritische
Betriebsbereich bei hohen Motordrehzahlen liegt. Falls der Strömungsquerschnitt
am Einlass oder Auslass des ringförmigen Heizraumes der Vorrichtung damit herabgesetzt wird, um die Strömungsgeschwindigkeit
der Heizflüssigkeit bei hohen Motordrehzahlen zu vermindern,
ist der Betrieb bei sämtlichen anderen Motordrehzahlen zufriedenstellend. Die Grosse der notwendigen Querschnittsverminderung
lässt sich für jedes Fahrzeugmodell empirisch bestimmen und weitere
Verstellungen oder Regelungen sind dann nicht mehr erforderlich.
Die vorstehenden und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsformen. In der Zeichnung ist:
Figur 1: eine perspektivische Darstellung des Äusseren der bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemässen Treibstoff-Vorwärm-
und Expansionsvorrichtung,
Figur 2: ein Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in Figur 1,
Figur 2a: ein Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Einschnürung an der Heizmitteldurchführung der in Figur
2 gezeigten Vorrichtung,
Figur 3: die Darstellung in Blockform einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorwärm- und Expansionsvorrichtung in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine und
Figur 4: die Darstellung einer anderen Ausführungsform der Vorwärm-
und Expansionsvorrichtung in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine.
Nach den Figuren 1 und 2 enthält die allgemein mit 10 bezeichnete
Treibstoff-Vorwärm und-Expansionsvorrichtung nach der vorliegenden
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Erfindung eine zylindrische Treibstoffheiz- und -Expansionskammer 11 mit einem rohrförmigen Einlass 12 an einem Ende und einem rohrförmigen
Auslass 13 am anderen Ende. Sowohl der Einlass wie auch der Auslass verlaufen vorzugsweise koaxial zu der Mittellinie der
Expansionskammer 11. Diese wird von einer zylindrischen durch Endwände
15 und 16 geschlossenen Aussenhülse 14 konzentrisch umgeben. Die Aussenhülse weist ein Einlassrohr 17 auf, das vorzugsweise nahe
an einer Endwand der Hülse befestigt ist. Ein Auslassrohr 18 befindet sich vorzugsweise nahe am anderen Ende der Hülse und diametral
gegenüber dem Einlassrohr 17.
Die daraus resultierende Konstruktion bildet einen konzentrischen
rohrförmigen Wärmetauscher von einfachem Aufbau, der sich einfach und kostengünstig herstellen lässt. Zum Erreichen optimaler Wärmeübertragung
besteht die innere Expansionskammer vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium. Um Probleme einer unterschiedlichen Wärmedehnung
auf ein Minimum herabzudrücken, besteht die Aussenhülse aus dem gleichen Material. Sie kann aber auch aus Stahl, Eisen, hochfestem Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material mit verhältnismässig
niedriger Wärmeübertragung bestehen, da die Wärmeübertragung durch die Aussenhülse zweckmässig auf einem Minimum gehalten
wird. Bei aus Kupfer bestehender Aussenhülse wird sie daher vorzugsweise in ein Isoliermaterial, wie zum Beispiel übliche
Rohrisolation (nicht dargestellt) eingebettet.
Nach Figur 3 besteht der rohrförmige Einlass der Expansionskammer
11 aus einer üblichen Benzinleitung oder einem Rohr ähnlicher
Grosse. Mit üblichen nicht dargestellten Teilen wird er an eine
Treibstoffleitung 19 angeschlossen, die zu einer Treibmittelquelle,
wie zum Beispiel der Treibstoffpumpe 20 führt. Diese Pumpe saugt den Treibstoff über die Leitung 21 vom Treibstofftank 22 ab.
Der rohrförmige Auslass?! 13 hat vorzugsweise die gleiche Grosse
wie der rohrförmige Einlass 12 und lässt sich mit ähnlichen nicht dargestellten Mitteln an eine Treibstoff1 eitung 23 anschliessen ,
die zum Vergaser 24 einer Verbrennungskraftmaschine 25 führt.
Das Einlassrohr 17 und das Auslassrohr 18 der Aussenhülse haben vorzugsweise Aussendurchmesser, mit denen sie sich in übliche 5/8
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Zoll Autoheizschläuche 26 und 27 anschliessen lassen, wie dies die
Figuren 1 und 2 zeigen.
Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform führt/der Schlauch 26
unmittelbar zum Motor und der Schlauch 27 führt zum Einlass der Fahrgastraumheizung 28. Ein Rückführungsschlauch 29 trägt das Wasser
vom Auslass der Heizung 28 auf übliche Weise zu einem Kühler 30. Das Anschliessen der erfindungsgemäysen Vorrichtung zum Vorwärmen
und Expansieren des Treibstoffes an ein Auto üblicher Konstruktion ist damit eine einfache Sache und erfordert lediglich
das Aufschneiden der Treibstoffleitung möglichst dicht am Vergaser (die Gründe werden in dem folgenden noch genannt) und das Aufschneiden
des vorhandenen Heizmitteleinlass-schlauches an einer
entsprechend geeigneten Stelle. Die rohrförmigen Treibmitteleinlass-
und Auslassleitungen werden dann mit den eben erwähnten üblichen Anschlußstücken an die entsprechenden Enden der aufgeschnittenen
Treibstoffleitung angeschlossen und die aufgeschnittenen Enden
des Heizmifetelschlauches werden über die Heisswassereinlass-
und -Auslassrohre 17 und 18 geschoben und mit üblichen Schlauchklemmen 32 (siehe Figuren 1 und 2) befestigt.
Bei der in Figur 4 gezeigten alternativen Ausführung werden die Schläuche 26 und 27 mit üblichen T-Stücken an den Einlassschlauch
31 und den Auslaßschlauch 29 der Heizung 28 angeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform wird das heisse Wasser für die Treibstoffvorwärmung
über eine Leitung zugeführt, die statt wie in Figur 3 in Reihe nun parallel zu der HeizmittelVersorgung liegt.
Diese parallele Anordnung wird in Fällen bevorzugt, bei denen die Wasserdurchströmung durch die Treibstoffvorheizung zum Vermeiden
einer Treibstoffverdampfung wesentlich beschränkt werden muss, oder wenn die Heizung 28 so gebaut ist, dass der Wasserumlauf bei einem
Abschalten des Reglers unterbrochen wird.
Insbesondere bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform lassen sich die Teile der Vorrichtung 10 leicht durch Löten oder Hartlöten
abdichten und zusammensetzen. Alternativ lassen sich bei Bedarf auch Schraubverbindungen oder andere Verbindungsarten verwenden.
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FaIIs eine einzige Grosse der Vorrichtung wie vorstehend erläutert
bei einer Vielzahl von Motormodellen verwendet werden soll, mag es
in einigen Fällen notwendig werden, die Strömung des Heizmittels durch den ringförmigen Heizraum zum Verhindern einer partiellen
Dampfsperre bei hohen Motordrehzahlen herabzusetzen. Eine solche Einschnürung lässt sich einfach durch Bohren eines Einlassloches
erzielen, das kleiner als der Strömungsquerschnitt des Einlassrohres
17 ist. Die Grosse des Loches 33 wird experimentell bestimmt.
Die in Figur 2 gezeigte Ausführung der Strömungsverengung eignet sich für die Massenproduktion bei bestimmten Automodellen. Für
eine grössere Flexibilität wird in Figur 2a eine andere Ausführungsform einer StrömungsVerengung gezeigt. Hier wird eine gebohrte
Buchse oder Scheibe 34 mit einem Aussendurchmesser verwendet, der gleich dem Aussendurchmesser des Einlassrohres 17 ist. Der Durchmesser
der Mittelöffnung 33' wird experimentell bestimmt. Die Buchse 34 wird vor dem Aufschieben des Schlauches 26 auf das Einlassrohr
17 in den Schlauch eingeschoben und wird in diesem durch das bei der Strömung entstehende Druckgefälle und durch die Schlauchklemme
32 gehalten.
Es wurde bereits erwähnt, dass Vorrichtungen mit einem Flächenverhältnis
und Volumenbeziehungen gemäss vorliegender Erfindung bei
allen Betriebsbedingungen und allen Wetterverhältnissen erfolgreich geprüft wurden. Als ein spezielles Beispiel sei eine Vorrichtung
mit den nachstehenden Abmessungen genannt^, die in einen Chrysler
Newport Baujahr 1930 mit einem 400 Kubikzoll Motor eingebaut wurde:
Innenkammer: 1 1/16 Zoll Innendurchmesser, Länge 4 Zoll,
(1 Zoll Kupferrohr),
Aussenhülse: 1,6 Zoll Innendurchmesser, 5 Zoll lang
(1 1/2 Zoll Kupferrohr),
Isolation: etwa 1/2 Zoll Rohrisolierung.
Bei dem Treibstoff-Einlass und -Auslassrohr handelte es sich um
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Benzinleitungen mit 5/16 Zoll Aussendurchmesser. Beim Einlass- und
Auslassrohr für das Heizmittel handelte es sich um 1/2 Zoll Kupferrohr. Dies ist eine Grosse, die eng in einen üblichen Heizschlauch
mit 5/8 Zoll Innendurchmesser passt.
Vor dem Einbau der Vorrichtung wurde der Motor nach den Anweisungen
des Herstellers eingestellt. Die Leerlaufdüsen des Vergasers
wurden auf einen Druck von etwa 14 Zoll Vakuum in der Ansaugleitung
eingestellt. Nach dem Einbau der Vorrichtung wurde der Unterdruck am Einlass gemssen und lag bei etwa 11 Zoll. Dies zeigte, dass die
Expansion und Vorerwärmung des Treibstoffes zu einem reicheren Gemisch führte. Die Leerlaufschrauben wurden dann auf einen Unterdruck
von 14 Zoll eingestellt.
Der Einbau der Vorrichtung bewirkte eine sofort erkennbare Verbesserung
in der Leichtigkeit des Anlassens und eine Weichheit und Glätte des Laufens, sowohl bei warmem wie auch bei kaltem Motor.
Dies zeigt, dass die Expansion des Treibstoffes unabhängig von der Vorwärmung einen nutzbringenden Effekt hat. Zum Erzielen des maximalen
Nutzens aus der Vorwärmung sollte die Vorrichtung jedoch so nahe wie möglich am Vergaser angeordnet werden, um damit Temperaturverluste
herabzudrücken.
Bei Strassenversuchen mit der Vorrichtung im ursprünglichen Einbauzustand
hat sich gezeigt, dass die Höchstgeschwindigkeit auf etwa
80 Meilen pro Stunden begrenzt war. Dies zeigte den Beginn einer partiellen Dampfsperre bei dieser Geschwindigkeit. Daher wurde anschliessend
eine Scheibe mit einer Bohrung von 3/8 Zoll Durchmesser in die Heisswassereinlassleitung eingeschoben und Geschwindigkeiten
weit über 100 Meilen pro Stunde liessen sich dann ohne Schwierigkeit
erreichen.
Nach einem Betrieb von etwa 6 Monaten in dem Chrysler Baujahr 1973
wurde die Vorrichtung in einen Chrysler Newport Baujahr 1974 ebenfalls mit 400 Kubikzoll Motor eingesetzt. In diesem 1974 Modell
zeigten sich ähnliche Verbesserungen im Motorverhalten. Die Verbesserungen
reichten aus, um den üblichen Schwierigkeiten eines
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schwierigen Anlassens, eines rauhen Laufes, bei Schwingungen und Stocken erfolgreich entgegenzuwirken, wobei diese Schwierigkeiten
durch den Einbau von bei neuen Modellen gesetzlich geforderten Umweltschutzeiη
richtungen entstehen.
Gleichermaßen oder noch stärker beeindruckend war eine erhebliche Abnahme des Benzinverbrauchs. Bei dem 1974 Chrysler zum Beispiel
ergab sich ein Durchschnitt von 19,6 Meilen pro Gallone bei einer Fahrtstrecke von 400 Meilen sowohl im Stadtbetrieb wie auch auf
der Landstraße und im Schneesturm. Bei einem anderen Versuch wurden Vorrichtungen, die in ihrer Grosse dem obigen Beispiel identisch
waren (mit einer 3/8 Zoll Einschnürung am Wassereinlass) in vier
verschiedene Fahrzeuge eingebaut: ein 1974 Chrysler mit einem Kubikzoll Motor,ein 1974 Plymouth Fury mit einem 360 Kubikzoll Motor,
ein 1974 Plymouth Scamp mit einem 318 Kubikzoll Motor und ein 1972 Dodge mit einem 318 Kubikzoll Motor.
Die Fahrzeuge wurden für etwa 100 Meilen auf der Landstraße in Karawane gefahren und der Benzinverbrauch wurde gemessen. Die Ergebnisse
lagen bei 23,2, 23,2, 21,7 und 22,6 Meilen pro Gallone. Die Treibstoff-Vorbehandlungsvorrichtungen wurden dann entfernt
und die Fahrzeuge dann in der gleichen Weise mit den gleichen Fahrern über die gleiche Strecke gefahren. Ohne die Vorrichtung
lagen die Ergebnisse bei 18,5, 17,3, 17,3 und 16,7 Meilen pro Gallone. Die durchschnittliche TreibstoffVerbrauchsverminderung
bei Verwendung der Vorrichtung lag bei diesem Versuch somit bei 30 Prozent.
Andere Einheiten sämtlich mit Innenkammern mit dem gleichen Durchmesser
aber mit Längen bis zu 6 Zoll und mit Aussenkammern von 1 1/2 Zoll oder 2 Zoll Rohr und mit Längen bis zu 7 Zoll sind ebenfalls
noch hergestellt worden. Mit diesen anderen Einheiten sind vergleichbare Ergebnisse erzielt worden. Diese Einheiten sind jedoch
nicht so ausführlich wie die Vorrichtung des oben beschriebyienen
ersten Beispieles untersucht worden.
Zusätzlich wurde noch eine Vorwärmvorrichtung gebaut mit einem
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gewendeltem Kupferrohr mit dem gleichen Durchmesser wie eine übliche
5/16 Zoll Benzinleitung und dieses Rohr wurde an die Stelle
der erfindungsgemässen inneren Expansionskammer gesetzt. Das Volumen
des in dem Rohrwendel dann enthaltenden Treibstoffes war geringer als das Volumen der Expansionskammer der oben beschriebenen
ersten Einheit. Die Wärmeübertragungsfläche war jedoch viel grosser.
Bei der Prüfung dieser Vorheizvorrichtung von Wendelbauart trat
eine völlige Dampfsperre ein und der Versuch erwies sich als Fehlschlag.
Bei sämtlichen der oben beschriebenen erfolgreichen Treibstoffexpandier-
und Vorwärmeinrichtungen lag das Verhältnis des Durchmessers der Treibstoffleitung zum Innendurchmesser der Expansionskammer
bei etwa 4 und das Flächenverhältnis lag demnach bei etwa 16.
Vorrichtungen mit Expansionskammern mit verschiedenen Flächenverhältnissen sind nicht geprüft worden. Es wird jedoch angenommen,
dass die Querschnittsfläche der Expansionskammer um mindestens eine
Grössenordnung (das heisst um einen Faktor 10) über dem Strömungsquerschnitt der Treibstoffleitung liegen muss, damit die Vorzüge
der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Anderenfalls wäre das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen so gross, dass eine Dampfsperre
fast mit Sicherheit auftreten würde, falls das Volumen der Expansionskammer in der Grössenordnung des Volumens i des Schwimmergehäuses
des Vergasers gehalten würde.
Es ist erwünscht, dass das Volumen der erhitzten Kammer von dieser
Grössenordnung ist, so dass sich ein Vorrat an aufgeheiztem Brennstoff zur Verwendung beim erneuten Starten des Motors nach einer
Betriebsruhe ergibt. Noch wichtiger ist sogar, $ ein Expansionsvolumen
von mindestens dieser Grosse zu haben, um damit sowohl die notwendigen Schwingungsverminderungen wie auch die vollen Vorteile
des Expansionseffektes zu erzielen.
Bei den oben beschriebenen Bäspielen hält die Vorrichtung mit einer
4 Zoll langen Kammer eine Brennstoffmenge, die annähernd der Kapazität des Schwimmergehäuses des Vergasers in dem 400 Kubikzoll Chrysler
Testmotor gleich ist. Das Verhältnis Länge zu Durchmesser dieser
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Kammer ist annähernd 4. Die grösseren ebenfalls erfolgreich geprüften
Vorrichtungen.hatten Längen-Durchmesserverhältnisse von
bis zu 6. Dies ergibt ein Volumen entsprechend einer Kammer mit einem Flächenverhältnis von 10 und einem Längen-Durchmesserverhältnis
von annähernd 10. Zum Erzielen der vollen Vorteile der erfindungsgemässen
Behandlung des Treibstoffes mit Expansion und Vorerwärmung sollte die Expansionskammer ein Flächenverhältnis von
mindestens 10 und ein Längen-Durchmesserverhältnis von weniger als 10 haben.
Aus dem Vorstehenden folgt, dass das erfindungsgemässe Verfahren
sowohl zu einem verbesserten Motorverhalten wie auch zu beträchtlicher
Treibstoffersparnis führt. Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist eine einfache, kostengünstige
und zuverlässige Einrichtung, die sich leicht bei jedem Kraftfahrzeug
mit einem flüssigkeitsgekühlten Motor einbauen lässt. Hierzu
brauchen lediglich die Treibstoffversorgungsleitung und der
Heizungsspeiseschi auch durchschnitten werden und die dann offenen
Enden sind an die entsprechenden Treibstoff- und Heizungsflüssigkeitseinlässe
und -Auslässe anzuschliessen. Hierzu lassen sich übliche Verbindungsvorrichtungen verwenden.
Es wurde bereits erwähnt, dass das Motoröl bei Bedarf auch als
Heizmedium verwendet werden kann. Um das überschreiten eines kritischen
Dampfdruckes des Treibstoffes zu verhindern, müssen hier zuvor zweckmässige Strömungsgeschwindigkeiten durch Versuche ermittelt
werden.
Die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung wird bevorzugt. Es leuchtet jedoch ein, dass im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auch andere Konstruktionen verwendet werden können. Zum Beispiel lässt sich die innere Expansionskammer aus einem einzigen
Stück herstellen mit trichterförmigen extrudierten Enden und mit integralen Einlass- und Auslassrohranschlüssen anstelle der
rechteckförmigen Enden und der getrennten Rohranschlüsse. Die Gesichtspunkte
einer Massenproduktion sind zu berücksichtigen. Fachleute erkennen weitere im Rahmen der Erfindung liegende Abwandlungen
PATENTANSPRÜCHE 5 0 9 8 3 7/0309
Claims (9)
1./ Vergaserzusatzvorrichtung mit Vorwärmen und Expandieren des ·'" Treibstoffes zur Verwendung bei einer Verbrennungskraftmaschine
mit einer Anlage zum Umwälzen von Flüssigkeit in der Maschine, mit einem Vergaser mit einem Schwimmergehäuse und einer solchen
Anordnung am Motor, dass diesem ein brennbares Gemisch aus Treibstoff und Luft zugeführt wird, und mit Einrichtungen zur Speisung
des Vergasers mit unter Druck stehendem Treibstoff, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
eine umschlossene innere zylindrische Kammer zum Aufheizen und Expandieren des Treibstoffes mit einem rohrförmigen
Einlass an einem Ende zum Anschluss an die Einrichtung zur Zufuhr von unter Druck stehendem Treibstoff und mit einem rohrförmigen
Auslass am anderen Ende zum Anschluss an den Vergaser, wobei die Querschnittsfläche der Kammer mindestens das Zehnfache
des Strömungsquerschnittes des Einlass- und des Auslassrohres beträgt
und das Volumen der Kammer in der Grössenordnung des Volumens des Schwimmergehäuses des Vergasers liegt und
eine äussere zylindrische Hülse, die die Treibstoffkammer in radialem Abstand koaxial umgibt, wobei die Hülse durch
zwei Stirnwände verschlossen ist und ein Einlassrohr und ein Auslassrohr zum Anschluss an den Strömungsweg der in dem System
zirkulierenden Flüssigkeit aufweist zum Durchleiten von vom Motor erhitzter Flüssigkeit durch den Raum zwischen der Hülse und
der Kammer zum Aufheizen und Expandieren des Treibstoffes.
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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verhältnis von Länge zu Durchmesser der zylindrischen Kammer zum Aufheizen und Expandieren des Treibstoffes unter 10 liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der zylindrischen Kammer
zum Aufheizen und Expandieren des Treibstoffes etwa 4 ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer zum Aufheizen und Expandieren des Treibstoffes aus Kupfer
besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage aus isolierendem Material die äussere Hülse umschliesst
zum Herabsetzen der Wärmeübertragung zwischen der umlaufenden Flüssigkeit und der Umgebung.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, an einer Verbrennungskraftmaschine
mit einer Kühlanlage mit umlaufender Flüssigkeit, die thermostatisch geregelt wird zum Begrenzen der Temperatur des flüssigen
Kühlmittels auf einen vorgegebenen maximalen Wert, mit einem Vergaser zur Speisung des Motors mit einem brennbaren Gemisch
aus Treibstoff und Luft, wobei der Vergaser ein Schwimmergehäuse enthält, um ein vorgegebenes Volumen an flüssigem Treibstoff
zu halten, mit Einrichtungen zur Zufuhr von unter Druck stehendem flüssigen Treibstoff, und mit einer einzigen Treibstoffleitung
zur Verbindung der Treibstoffversorgung mit dem Schwimmergehäuse des Vergasers, gekennzeichnet durch die folgenden
Merkmale:
eine zylindrische in die Treibstoffleitung neben dem
Vergaser eingesetzte Expansionskammer, wobei das Verhältnis der Querschnittsfläche der Expansionskammer zum Strömungsquerschnitt
der Treibstoffleitung bei mindestens 10 liegt und das Volumen
der Expansionskammer in der Grössenordnung des Volumens des Schwimmergehäuses des Vergasers liegt,
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— 1 / —
eine äussere zylindrische Hülse, die die Treibstoffkammer mit radialem Abstand koaxial umschliesst, wobei die Hülse
durch zwei Stirnwände verschlossen ist und ein Einlassrohr nahe an einem Ende und ein Auslassrohr nahe am anderen Ende aufweist,
wobei das Einlass- und das Auslassrohr an Hochdruck- bzw. Niederdruckgebiete der Kühlmittel-LJmwälzanlage angeschlossen
ist zum Ausbilden einer Strömung der in dem Motor aufgeheizten Flüssigkeit durch den Ringraum zwischen der Expansionskammer
und der äusseren Hülse vom Einlassrohr zum Auslassrohr und
Einrichtungen, um an eirsr Stelle den Strömungsweg des aufgeheizten Motorkühlmittels aurch den Ringraum der Vorrichtung
auf eine vorgegebene Querschnittsfläche zu beschränken,
die in einem Verhältnis zu der vorgegebenen maximalen Kühlmitteltemperatur
und der Oberfläche der Expansionskammer steht, um das Aufheizen des Treibstoffes bis auf eine Temperatur zu
verhindern, an der sein Dampfdruck den absoluten Druck am Einlass des Schwimmergehäuses des Vergasers übersteigen würde.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Begrenzen der Strömungsbahn des aufgeheizten
flüssigen Motorkühlmittels durch die Vorrichtung einen Kanal
umfasst, der durch die äussere Hülse in einer Linie mit dem Einlass- und dem Auslassrohr durchtritt, und der Kanal einen
vorgegebenen Durchmesser aufweist, der unter dem Durchmesser des Einlass- oder Auslassrohres liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Beschränken des Strömungsweges des aufgeheizten
flüssigen Motorkühlmittels an einer Stelle eine Büchse umfasst,
die entweder in das Einlass- oder das Auslassrohr eingepasst ist und einen vorgegebenen Innendurchmesser aufweist, der unter
dem Durchmesser des Einlass- oder Auslassrohres liegt.
9. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-8 zum Vorbehandeln
einer Treibstoffströmung, die mit vorgegebenem Druck durch eine rohrförmige Leitung zum Einlass des Schwimmergehäu-
- 7 / π 1 f) q
ses eines Vergasers einer Verbrennungskraftmaschine strömt, dadurch gekennzeichnet»
dass die Treibstoffströmung in einen zylindrischen
Raum nahe am Einlass des Schwimmergehäuses des Vergasers expandiert wird, wobei der Raum eine Querschnittsfläche von mindestens
dem Zehnfachen der Querschnittsfläche der Leitung und ein Volumen in der Grössenordnung des Volumens des Schwimmergehäuses
des Vergasers aufweist und
dass Wärme über die Grenzfläche zwischen dem Treibstoff und der Umgebung übertragen wird, wobei der Betrag der über
die Grenzfläche übertragenen Wärme eingeschränkt wird, um damit
ein Ansteigen des Dampfdruckes des durch die weitere Leitung strömenden Treibstoffes auf einen Wert zu verhindern, der über
dem vorgegebenen Druck in der Leitung am Einlauf in das Schwimmergehäuse liegt.
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Leerseite
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