DE2509690A1 - Vergaserzusatzvorrichtung - Google Patents

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Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. EERKENFELD, Patentonwälte, Köln ^Anlase Aktenzeichen

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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

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Claims (9)

Dr.-lng. E. BERKENFELD ■ Dipl.-ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln — -Ϊ&- -15-AnlaF9e . 5. März 1975 my. T^TZ, FUEL EXPANDERS,LTD. zur Eingabe vom ·" Name d. Anm. F 67/1 PATENTANSPRÜCHE

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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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-

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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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