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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Einspritzung von Wasserstoffperoxyd (HO) aus einem unter Überdruck von komprimierter Luft stehenden Vorratsbehälter mittels eines nockengesteuerten, in
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Verdichtungshubes bzw. am Ende des Kompressionstaktes.
Durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 973, 751 ist eine Brennkraftmaschine mit Einspritzung von Wasserstoffperoxyd bekanntgeworden, bei der sowohl die Zufuhr des Wasserstoffperoxyds als auch eines Brennstoffes von je einem Vorratsbehälter zum Verbrennungsraum über je eine hin- und hergehende Kolben-Hochdruckpumpe erfolgt, die über von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebene Nockenscheiben antrieben werden. Darüber hinaus treibt die Kurbelwelle auch einen Fliehkraftregler an, durch den in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl der Brennkraftmaschine eine mit einer Profilierung versehene Steuerplatte verstellbar ist. An dieser Steuerplatte liegen unter Federkraft Zahnstangen an, über die mittels Ritzel die beiden Pumpen geregelt werden.
Durch die Profilierung der Steuerplatte wird das Verhältnis von Wasserstoffperoxyd zum Kraftstoff in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine geregelt.
Das Ziel der Erfindung besteht vor allem darin, eine Brennkraftmaschine der eingangs dargelegten Art mit möglichst einfachem Aufbau der Einspritzvorrichtung für das Wasserstoffperoxyd unter Vermeidung einer eigenen Hochdruckpumpe zu schaffen, die bei geringem Kraftstoffverbrauch eine möglichst hohe Motorleistung mit sich bringt.
Erfindungsgemäss sind eine endseitig mit Zapfen versehene Exzenterwelle und ein auf dieser schwenkbar gelagerter Doppelhebel angeordnet, ferner ist der Doppelhebel an seinem einen Ende von der Nockenwelle des Motors gesteuert und liegt mit seinem andern Ende auf dem Hubzapfen des Einspritzventils bzw.
auf der vertikalen Stossstange desselben auf, wobei zum Ausgleich des während des Betriebes sinkenden Druckes im Vorratsbehälter für das Wasserstoffperoxyd ein mit dem Luftraum des Vorratsbehälters durch eine Leitung in Verbindung stehender, federnder Metallbalg vorgesehen ist, an dem sich entweder ein mit dem Zapfen der Exzenterwelle fest verbundener Winkelhebel oder ein Hebel abstützt, der mit der Achse eines Exzenters starr verbunden ist, an dessen verdrehbarem Nocken ein einarmiger, auf dem Zapfen der Exzenterwelle befestigter Hebel aufliegt, wobei die Einspritzung von Wasserstoffperoxyd unabhängig von der selbsttätigen Regelung durch den Motor mit Hilfe des Hebels von Hand bei laufendem Motor ein- und ausschaltbar ist.
Vorteilhafterweise ist in der Spindelführung des Einspritzventils bei Betrieb als Vergasermotor eine feine, schraubenförmig oder achsenparallele Nut angeordnet, die mit dem Hohlraum hinter dem Ventilsitz in Verbindung steht, wogegen bei Betrieb als Einspritzmotor eine feine radiale Bohrung angeordnet ist, deren inneres Ende mit dem Hohlraum in Verbindung steht und deren äusseres Ende vor dem verjüngten, oberen Ende des vertikalen Steigrohres für den Kraftstoff mündet.
Abgesehen von der Erzielung einer hohen Motorleistung bei geringem Brennstoffverbrauch trotz einfachem Mechanismus weist die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine den Vorteil auf, dass das Gemisch vollständig verbrennt, die Auspuffgase giftfrei sind und die Brennkraftmaschine ohne Vorwärmung auch in der kalten Jahreszeit leicht anspringt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnungen, in der ein Ausführungbeispiel mit einigen Varianten dargestellt ist.
Die Fig. l und 2 zeigen einen Vierzylinder-Viertaktmotor als Anwendungsbeispiel in Querschnitt und Draufsicht, die Fig. 3 und 4 den Vorratsbehälter für das Wasserstoffperoxyd (H202) in Längsschnitt und Draufsicht, die Fig. 5 zeigt die Regelung der Einspritzmenge des Wasserstoffperoxyds unabhängig vom Vergaser, Fig. 6 die Regelung kombiniert mit der Drosselklappe des Vergasers, die Fig. 7 und 8 zeigen das Einspritzventil für das Wasserstoffperoxyd in Längsschnitt und Draufsicht und Fig. 9 zeigt dasselbe Einspritzventil in der Ausführung als Kraftstoffzerstäuber.
Die Einlassventile-l-des Motors werden in bekannter Weise durch eine unten angeordnete Nockenwelle mit Hilfe von Stossstangen-2-und um Achsen --4-- schwenkbare Schwinghebel --3-- gesteuert. Das Saugrohr --6-- zwischen Zylinderkopf einerseits und Vergaser-7-mit Luftfilter--8-- anderseits besitzt in der Mitte zwischen den vier Zylindern eine kugelförmige Erweiterung-9-, in deren Boden ein federbelastetes Einspritzventil--10--eingebaut ist, über dessen nach oben herausragenden Hubzapfen --11-- eine axial bewegliche vertikale Stossstange --12-- angeordnet ist.
Der Hubzapfen - oder dessen Bohrung im Ventilkörper des Einspritzventils --10-- besitzt eine achsenparallele oder schraubenlinienförmige feine Nut-13- (Fig. 7), die mit dem ringförmigen Hohlraum --50-- hinter dem Ventilsitz in Verbindung steht und durch welche das unter Überdruck stehende Wasserstoffperoxyd (H202) bei Öffnung des Ventils--10--in das Saugrohr--6--austreten kann. In der Ventilhaube--5--ist eine Exzenterwelle --14-- mit nach aussen ragenden Zapfen-19, 32-drehbar gelagert (Fig. 2).
Auf der Exzenterwelle --14-- ist ein Rohr --15-- drehbar gelagert, an dem auf der einen Seite über jedem Einlassventilhebel-3-je ein Hebel-16-befestigt ist, während auf der andern Seite etwa in der Mitte zwischen den Zylindern ein mit dem Rohr --15-- starr verbundener Hebel --17-- unter dem Zug der Feder --18-- auf der Stossstange-12-frei aufliegt. Bei Motoren mit obenliegender Nockenwelle werden die
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wobei die vier getrennten Hebel nebeneinander auf der gemeinsamen Exzenterwelle--14--sitzen.
Bei Drehung der Exzenterwelle --14-- in dem einen Sinne verkleinern sich Hub und öffnungsdauer des Einspritzventils --10-- und infolgedessen auch die Menge des eingespritzten Wasserstoffperoxyds, bei Drehung im entgegengesetzten Sinne vergrössert sich diese Einspritzmenge.
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Führersitz aus gedreht werden, wodurch die Einspritzung des Wasserstoffperoxyds bei laufendem Motor ein- und ausgeschaltet werden kann.
Der aus einer Stahlflasche-26-bestehende Vorratsbehälter für das Wasserstoffperoxyd ist zum grösseren Teil mit Wasserstoffperoxyd, zum kleineren Teil mit Druckluft von bestimmtem überdruck gefüllt. Je höher der Druck ist, unter dem das Wasserstoffperoxyd im Behälter steht, desto höher ist die Zersetzungstemperatur, bei der es in Wasser und Sauerstoff zerfällt, woraus sich der Vorteil ergibt, dass sich das Wasserstoffperoxyd im Behälter und in den Leitungen bei höheren Betriebstemperaturen besonders im Sommer nicht schon vor der Einspritzung zersetzen kann. Wenn das Wasserstoffperoxyd verbraucht ist, dann wird einfach der leere Behälter bei der nächsten Tankstelle gegen einen vollen ausgewechselt.
Das Wasserstoffperoxyd wird aus dem Vorratsbehälter --26-- durch ein Steigrohr --27-- über ein Absperrventil --28-- durch eine Rohrleitung --29-- dem Einspritzvertil --10-- zugeleitet. Der Luftraum über dem Spiegel des Wasserstoffperoxyds im Vorratsbehälter-26-ist über ein Absperrventil --30-- und gegebenenfalls auch über ein Monometer auf dem Armaturenbrett durch eine Leitung --31-- mit dem Inneren des federnden Metallbalges --23-- verbunden, wobei der Druck im Behalter-26-so gewählt wird, dass bei völlig verbrauchtem Wasserstoffperoxyd immer noch ein gewisser überdruck in der Flasche vorhanden ist.
In dem Masse, in dem das Wasserstoffperoxyd verbraucht wird, sinkt der Druck im Behälter, der Metallbalg verkürzt sich unter dem Zug der Feder-22--, der Hebel --20-- bewegt sich allmählich nach unten, was eine Drehung der Exzenterwelle --14-- entgegen dem Uhrzeigersinn zur Folge hat, wodurch der Spielraum zwischen den Hebeln-3 und 16-immer kleiner und damit Hub und öffnungsdauer des Einspritzventils - immer grösser werden. Durch diese allmählich verlängerte Einspritzdauer wird der sinkende Einblasedruck des Wasserstoffperoxyds wieder ausgeglichen (Fig. 5).
Wird die Regelung von der Drosselklappe des Vergasers abhängig gemacht, dann erfolgt dieselbe gemäss Fig. 6. Auf dem Zapfen--32--der Exzenterwelle--14--ist ein einarmiger Hebel--33--befestigt, der unter dem Zug einer Feder --34-- auf dem um einen Exzenter--36--drehbaren Nocken--41--
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--36-- ist--26--, ähnlich wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist, in Verbindung steht.
Ein mit dem Nocken --41-- fest verbundener Hebel --42-- ist durch eine Zugstange --47-- mit einem Hebel --43-- der unter dem Zug
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des Wasserstoffperoxyds, so dass sich der federnde Metallbalg-40-verkürzt, wobei sich der Hebel-37nach links bewegt und der Nocken--41--den Hebel--33--nach oben dreht, wodurch die Exzenterwelle --14-- entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, was eine Vergrösserung von Hub und Öffnungsdauer des Einspritzventils --10-- und der Einspritzmenge an Wasserstoffperoxyd zur Folge hat, u. zw. unabhängig von der augenblicklichen Stellung der Drosselklappe --44-- des Vergasers.
Wird die Drosselklappe --44-- ganz geschlossen und somit der Hebel --42-- ganz nach links bewegt, dann dreht sich der Nocken --41-- im Uhrzeigersinn, wodurch sich der Hebel --33-- unter dem Zug der Feder --34-- nach unten bewegt, so dass
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Wasserstoffperoxyds bis auf Null verringert.
Die beiden Regelvorgänge, einerseits durch den Hebel --37 -- bei sinkendem Druck im Vorratsbehälter - -26--, anderseits durch den Hebel --43-- bei Veränderung des angesaugten Gemisches mit Hilfe der Drosselklappe --44-- des Vergasers --45--, sind voneinander vollkommen unabhängig. Durch eine Zugstange--39--lässt sich die Einspritzung des Wasserstoffperoxyds bei laufendem Motor vom Führersitz aus ganz unabhängig von der Stellung der Drosselklappe sowohl ein- und ausschalten als auch von Null bis zu einem maximalen Wert regeln.
Da die Luftverschmutzung in den Städten am grössten ist, kann man bei Fahrten durch Städte die Wassserstoffperoxyd-Einspritzung einschalten und auf freiem Land wieder ausschalten, wodurch der
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Verbrauch an Wasserstoffperoxyd auf ein Minimum reduziert wird.
Die bisher geschilderte Einspritzung des Wasserstoffperoxyds in den Saugraum der Motorzylinder eignet sich für Motoren, welche mit Vergaser arbeiten. Für Motoren ohne Vergaser eignet sich ein Einspritzventil mit Zerstäuberdüse gemäss Fig. 9. Auch dieses Einspritzventil --10-- weist einen auf eine Stosstange-12- einwirkenden Hubzapfen --11-- auf, wobei sich hinter dem Ventilsitz ein ringförmiger Hohlraum-50befindet. Von diesem führt jedoch eine feine radiale Bohrung --48-- nach aussen. Unmittelbar vor dieser Bohrung-48-mündet auch das verjüngte obere Ende des vertikalen Steigrohres-49-für den Kraftstoff, dessen Niveau durch ein Schwimmerventil ständig auf gleicher Höhe gehalten wird.
Durch den mit grosser Geschwindigkeit aus der Bohrung --48-- austretenden Wasserstoffperoxyd-Strahl wird der Kraftstoff fein zerstäubt und durch den Saugluftstrom in den Zylinder mit hineingerissen. Die Regelung der Einspritzmenge von Kraftstoff und Wasserstoffperoxyd erfolgt mit der in Fig. 6 dargestellten Einrichtung, wobei jedoch, da kein Vergaser vorhanden ist, der Hebel-43--, die Drosselklappe-44--, der Vergaser-45--, die Feder --46- und die Zugstange --47-- fortfallen. Das bisher übliche Gaspedal ist mit dem Hebel-42verbunden.
Bei Dieselmotoren erfolgt die Einspritzung von Wasserstoffperoxyd unter genügend hohem überdruck im Vorratsbehälter --26-- direkt in den Kompressionsraum am Ende der Verdichtung, u. zw. etwas vor der Einspritzung des Kraftstoffes durch die Brennstoffpumpe.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschine mit Einspritzung von Wasserstoffperoxyd (H2 O2) aus einem unter überdruck von komprimierter Luft stehenden Vorratsbehälter mittels eines nockengesteuerten, in Abhängigkeit von der Belastung bzw. Kraftstoffmenge regelbaren Einspritzventils während des Saug- oder Verdichtungshubes bzw. am
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versehene Exzenterwelle (14) und ein auf dieser schwenkbar gelagerter Doppelhebel (16,17) angeordnet sind, ferner dass der Doppelhebel an seinem einen Ende von der Nockenwelle des Motors gesteuert ist und mit seinem andern Ende auf dem Hubzapfen (11) des Einspritzventils (10) bzw.
auf der vertikalen Stossstange (12) desselben aufliegt und dass zum Ausgleich des während des Betriebes sinkenden Druckes im Vorratsbehälter (26) für das Wasserstoffperoxyd ein mit dem Luftraum des Vorratsbehälters durch eine Leitung (31) in Verbindung stehender, federnder Metallbalg (23, 40) vorgesehen ist, an dem sich entweder ein mit dem Zapfen (19) der Exzenterwelle fest verbundener Winkelhebel (20,21) (Fig. 5) oder ein Hebel (37) abstützt, der mit der Achse (35) eines Exzenters (36) starr verbunden ist, an dessen verdrehbarem Nocken (41) ein einarmiger, auf dem Zapfen (32) der Exzenterwelle befestigter Hebel (33) aufliegt (Fig. 6), wobei die Einspritzung von Wasserstoffperoxyd unabhängig von der selbsttätigen Regelung durch den Motor mit Hilfe des Hebels (21 bzw.
37) von Hand bei laufendem Motor ein- und ausschaltbar ist (Fig. l, 5,6).
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