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Dokumentenidentifikation DE102007022689A1 13.11.2008
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren durch Zuführen von Wassernebel in die Verbrennungsluft
Anmelder Birkner, Dieter, 79540 Lörrach, DE;
Csefko, Pal Tamas, Pilisvörösvár, HU;
Fischer, Wolfgang, 74232 Abstatt, DE;
Mindler, Joachim, 76137 Karlsruhe, DE
Erfinder Csefko, Pal Tamas, Pilisvörösvár, HU
Vertreter Patentanwälte Dipl.-Ing. Hans Müller, Dr.-Ing. Gerhard Clemens, 74074 Heilbronn
DE-Anmeldedatum 11.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007022689
Offenlegungstag 13.11.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.11.2008
IPC-Hauptklasse F02B 47/02(2006.01)A, F, I, 20070511, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02M 25/022(2006.01)A, L, I, 20070511, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren durch Zuführen von Wassernebel (60) in die Verbrennungsluft zeichnen sich dadurch aus, dass der Wassernebel (60) durch Erregen von Wasser (44) mittels Ultraschall (40) erzeugt wird.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit der beziehungsweise mit dem zwecks Reduktion des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren Wassernebel in die Verbrennungsluft zugeführt werden kann.

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 34 05 899 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verbesserung der Leistung von Verbrennungsmotoren bekannt, die das Zuführen der Verbrennungsluft mit sehr feinem Wassernebel zum Inhalt haben. Der Wassernebel wird der angesaugten Verbrennungsluft zugemischt. Dazu wird eine Vernebelungskammer vor dem Verbrennungsraum vorgesehen, in die die Nebeltröpfchen eingedüst werden. Problematisch und aufwendig ist die wirtschaftliche Herstellung solcher Nebeltröpfchen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlich günstige Möglichkeit zum Herstellen von Wassernebeltröpfchen herzustellen, um sie der Verbrennungsluft von Verbrennungsmotoren zuzuführen.

Diese Erfindung ist für das erfindungsgemäße Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und für die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gegeben. Sinnvolle Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von sich an den beiden Hauptansprüchen jeweils anschließenden weiteren Unteransprüchen.

Die Erfindung beinhaltet, dass ein Wassernebel durch Erregen mittels Ultraschall erzeugt wird. Es hat sich herausgestellt, dass durch Erregen von Wasser mittels Ultraschall sich oberhalb der Wasseroberfläche ein sehr feiner Wassernebel erzeugen lässt, der sich besonders günstig dazu eignet, in die Verbrennungsluft beziehungsweise in die Zuleitung zum Verbrennungsmotor eingedüst zu werden.

Zum Erzeugen des Wassernebels kann ein Ultraschallerzeuger, wie beispielsweise eine Titan-Sonotrode, direkt in einen Behälter mit eingelagertem Wasser hineingetaucht werden. Es ist auch möglich, den dieses Wasser enthaltenden Behälter durch eine entsprechende Sonotrode in Erregung zu bringen und damit die Wassermenge indirekt in Schwingung zu versetzen. Mit Letzterem wird verhindert, dass ein Materialabtrag von der Sonotrode in das Wasser hinein erfolgt, was zu einer entsprechenden Verunreinigung des Wassers führen würde.

Entsprechend dem Betriebszustand, der in dem Verbrennungsmotor herrschen soll oder herrscht, kann der Zeitpunkt des Beginns des Zuführens von Wassernebel, die Zeitdauer des Zuführens von Wassernebel und auch die Menge an zuzuführendem Wassernebel pro Zeitintervall eingestellt werden. Die entsprechende Steuerung kann über die den Betrieb des Verbrennungsmotors aufrechterhaltende Steuer- und Regelungselektronik erfolgen.

Mit einer solchen Steuer- und Regelungselektronik kann auch die Wassermenge in dem Wasserbehältnis, das durch Ultraschall angeregt wird, niveaumäßig überwacht und entsprechend dem Verbrauch an Wassernebel eine dementsprechende Wassermenge in das Behältnis nachgefüllt werden.

Einzelheiten für ein solches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie dem nachstehenden Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Übersichtszeichnung eines bei einer Vier-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Ultraschallerzeugers zum Erzeugen von in den zu den vier Zylindern hinführenden Lufteinlass-Strang einzudüsendem Wassernebel.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Eine vier Zylinder aufweisende Verbrennungskraftmaschine 10 besitzt einen zu ihren vier Zylindern hinführenden Lufteinlass-Strang 12, durch den hindurch Luft 14 angesaugt wird.

Der Lufteinlass-Strang 12 lässt sich durch eine Drosselklappe 16 öffnen oder verschließen. Diese Drosselklappe 16 ist einer Kraftstoff-Einspritzdüse 18 strömungsmäßig vorgeschaltet, durch die, gesteuert über ein Kraftstoffventil 20, durch eine Kraftstoffleitung 22 hindurch Kraftstoff der angesaugten Luft 14 beigemischt und so ein Frischgasgemisch erzeugt werden kann.

In dem Lufteinlass-Strang 12 ist ein der Drosselklappe 16 strömungsmäßig vorgeschalteter Temperatur- und Luftmengenmesser 26 vorhanden, über den die Menge an Luft, die den vier Zylindern zugeführt werden soll, eingestellt werden kann.

Zwischen dem Temperatur- und Luftmengenmesser 26 und der Drosselklappe 16 ist im vorliegenden Beispielsfall eine Einschleus-Düse 28 platziert, die über eine Leitung 30 mit einem Behältnis 32 verbunden ist. Ein im Behältnis 32 erzeugter Wassernebel kann durch diese Leitung 30 hindurch der Düse 28 zugeführt und aus der Düse 28 in Strömungsrichtung in den Lufteinlass-Strang 12 und damit in die angesaugte Luft eingedüst werden. Die Düse 28 ist im vorliegenden Fall in der Mittelachse des Lufteinlass-Stranges 12 platziert, mit ihrer Auslassöffnung zur Drosselklappe 16 hin.

In der Leitung 30 ist ein Dosierventil 34 eingebaut, über das die Leitung 30 ganz oder teilweise geschlossen beziehungsweise geöffnet werden kann.

In dem allseits verschlossenen Behältnis 32 ist eine Sonotrode (Schallerzeuger) 40 so platziert, dass durch sie der Boden 42 des Behältnisses 32 durch Ultraschall in Schwingung versetzt werden kann. Diese Schwingung überträgt sich auf das Wasser 44, das in dem Behältnis 32 oberhalb des Bodens 42 eingelagert vorhanden ist. Die Höhe des Wasserspiegels 46 wird über eine Niveau-Sensoreinrichtung 48 überwacht.

In den oberhalb des Wasserspiegels 46 in dem Behältnis 32 vorhandenen Raum 50 mündet seitlich eine mit einem Wasser-Vorratsbehälter 52 verbundene Wasser-Versorgungsleitung 54 ein. Über ein in dieser Leitung vorhandenes Dosierventil 56 kann in den Raum 50 des Behältnisses 32 bei Bedarf Wasser aus dem Vorratsbehälter 52 eingeleitet werden.

Bei Betrieb der Sonotrode 40 wird durch die Erregung des Wassers 44 ein Wassernebel 60 oberhalb des Wasserspiegels 46 erzeugt. Dieser Wassernebel 60 kann bei entsprechend geöffnetem Dosierventil 34 durch die Leitung 30 und die Düse 28 in den Lufteinlass-Strang 12 eingeleitet werden. Das Einleiten kann durch Einsaugen erfolgen. Es ist auch möglich, dass das Einleiten ganz oder zumindest teilweise durch einen im Raum 50 gegenüber dem im Lufteinlass-Strang 12 wirksamen höheren Druck bewirkt wird.

Die Steuerung des in der Leitung 30 vorhandenen Dosierventils 34, der Sonotrode 40, des in der Versorgungsleitung 54 vorhandenen Dosierventils 56 und des in der Kraftstoffleitung 22 vorhandenen Kraftstoffventils 20 erfolgt über in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Steuerleitungen 70, 72, 74, 76, die mit einer Steuer- und Regelungselektronik 80 verbunden sind. Die Steuerung beziehungsweise Regelung erfolgt mittels durch Signalleitungen in die Steuer- und Regelungselektronik 80 eingespeister Signale. Solche in der Zeichnung strichpunktiert dargestellte Signalleitungen sind zwischen der Niveau-Sensoreinrichtung 48 (Signalleitung 82) dem Temperatur- und Luftmengenmesser 26 (Signalleitung 84) und der Drosselklappe 16 (Signalleitung 86) vorhanden. In der Zeichnung ist eine weitere Signalleitung 88 zwischen einem Motordrehzahl-Sensor 90 und der Steuer- und Regelungselektronik 80 vorhanden. Über die Steuer- und Regelungselektronik 80 kann also sowohl die Menge an zuzuführendem Wassernebel 60 pro Zeiteinheit erzeugt und/oder durch die Düse 28 in den Lufteinlass-Strang 12 eingeleitet werden. Über die Steuer- und Regelungselektronik 80 kann auch der Zeitpunkt des Beginns des Zuführens von Wassernebel 60 und die gesamte Zeitdauer des Zuführens von Wassernebel pro Regelungsintervall eingestellt werden. Auch die Betriebsdauer und die Betriebsintensität des Ultraschallerzeugers können von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 10 abhängig gemacht und damit über die Steuer- und Regelungselektronik 80 geregelt werden.

Die Erzeugung des Wassernebels führt zu einer Leistungssteigerung und dabei auch zu einer Verbrauchsreduzierung, die zu einer CO2-Reduzierung führt.

Der vorstehend verwendete Begriff "Wasser" soll auch solche Flüssigkeiten umfassen, die aus Wasser mit einem Zusatzmittel bestehen.

Die Leitung 30 sollte zum Vermeiden von Kondensationen so kurz wie möglich ausgebildet sein. Gegebenenfalls könnte die Leitung 30 auch beheizt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • - DE 3405899 A1 [0002]


Anspruch[de]
Verfahren zur Reduktion des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren durch Zuführen von Wassernebel (60) in die Verbrennungsluft,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– der Wassernebel (60) durch Erregen von Wasser (44) mittels Ultraschall (40) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– das Wasser (44) durch direkte oder indirekte Beschallung erregt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– der Zeitpunkt des Beginns des Zuführens von Wassernebel (60) und

– die Zeitdauer des Zuführens von Wassernebel (60) einstellbar sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– die Menge an zuzuführendem Wassernebel (60) pro vorgebbarem Zeitintervall einstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– der Betrieb des Ultraschallerzeugers (40) abhängig gemacht wird von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– die zum Betrieb des Verbrennungsmotors ausgelegte Steuer- und Regelungselektronik (80) auch zum Ansteuern des Ultraschallerzeugers (40) und/oder der in der Leitungsverbindung (30) vorhandenen Ventileinrichtung (34) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– die zum Betrieb des Verbrennungsmotors ausgelegte Steuer- und Regelungselektronik (80) auch zum Ansteuern eines Dosierventils (56) verwendet wird, welches in einer das Behältnis (32) mit einem Wasservorratsbehälter (52) verbindenden Wasserleitung (54) vorhanden ist.
Vorrichtung zum Zuführen von Wassernebel in die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors,

– mit einem Behältnis (32), in das Wasser (44) einleitbar ist,

– mit einer Leitungsverbindung (30) zwischen dem Behältnis (32) und dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– ein Ultraschallerzeuger (40) zum Erregen des in dem Behältnis (32) vorhandenen Wassers (44) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– in der Leitungsverbindung (30) zwischen dem Behälter und dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eine Ventileinrichtung (34) so vorhanden ist, dass

– der Durchfluss durch die Leitungsverbindung (30) nur in Richtung zum Verbrennungsraum möglich ist,

– die Durchflussmenge sowohl pro Zeiteinheit als auch pro Zeitintervall regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– eine das Wasserniveau (46) in dem Behältnis (32) erfassende Sensoreinrichtung (48) vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

– dadurch gekennzeichnet, dass

– die Leitung (30) beheizbar ist.






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