DEVICE FOR SUPPLYING WATER AND/OR WATER VAPOUR TO THE INTAKE MANIFOLD OF AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. The invention relates to a device for feeding liquid and/or vaporous water into the intake manifold (40) of an internal-combustion engine containing a water tank (10), a heat exchanger (22) between the water and exhaust gas, and a heat barrier (201, 84, 98 ; 201, 84, 120) placed before the heat exchanger which consists of a valve (201, 84) gating backwards to the direction of the water stream and a valve element (98, 120) which can not be opened by the intake suction pressure, and further containing a dosing unit (18, 154, 156) dosing the amount of water being fed to the intake manifold, and a control unit (11, 162), controlling the dosing unit (18, 154, 156) depending from at least one parameter of operation of the internal-combustion engine, comprising a device (24, 26, 128, 11) controlling the temperature of the liquid and/or vaporous water being fed to the intake manifold (40) depending from parameters of operation which are delivered by at least one sensor placed at the internal-combustion engine e.g. a temperature sensor (48, 50), a suction pressure sensor (60), or a rotational speed sensor as a breaker contact (64).

Description: Speisesystem zum Einführen von Wasser und/oder Wasserdampf in den Ansaugweg einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Speisesystem zum Einführen von Wasser in flüssigem und/oder dampf förmigem Zustand in den Ansaugweg einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Wasservorratsbehälter, einen von den Abgasen der Brennkraftmaschine einerseits und dem Wasser anderer- seits beaufschlagbaren Wärmetauscher und eine aem Wärmetauscher vorgeschaltete Wärmesperre. Es ist bekannt, Wassernebel und/oder Wasserdampf zur Verbesserung der Verbrennung und damit zur Erhöhung des Wirkungsgrades Brennkraftmaschinen zuzuführen. Die verbesserte Verbrennung führt zu einer Verringerung von CO- und Russanteilen in den Abgasen. In den unterschiedlichen Betriebszuständen eines Kraftfahrzeuges treten aber zum Teil ungünstige Verhältnisse auf, die zu einer Uberhitzung im Verbrennungsraum führen, wodurch die Bildung von Stickoxiden begünstigt wird. Bisher war es deshalb notwendig, zur Einhaltung der Abgasvorschriften, eine katalytische Nachoxidation vorzunehmen. Diese führt jedoch zu einem Leistungsverlust und zu erheblich höheren Herstellungskosten der Brennkraftmaschine. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zufuhr von Wassernebel und/oder -dampf zum Ansaugweg einer Brennkraftmaschine derart durchzuführen, dass bei einem optimalen Wirkungsgrad sowohl der CO- als auch der Stickoxidgehalt der Abgase ein Minimum erreicht und dass eine katalytische Nachoxidation nicht notwendig ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass eine Dosiereinrichtung zur Dosierung der dem Ansaugweg zuzuführenden Wassermenge und eine Steuereinrichtung vorgesehen sind, welche die Dosiereinrichtung in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine steuert. Um die in den Ansaugweg der Brennkraftmaschine einem führte Wasserdamp-fmenge der dem jeweiligen Betrieb.= zu stand der Brennkraftmaschine entsprechenden wrvn5v- stoffmenge anzupassen, wird erfindungsgemäss vo schlagen, dass die Dosiereinrichtung stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet und in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine steuerbar ist. Somit wird dem Wärmetauscher nur soviel Wasser zugeführt, dass die dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechende Wasserdampfmenge zeugt wird. Würde bei einer geringen Brennstoffmenae dem Ansaugweg der Brennkraftmaschine zu viel heisser Wasserdampf zugeführt, so würde dies zu hohe vem?ere turen des Gemisches vor der Brennkammer der Brennkaft- maschine und dadurch zu zu hohen Verbrennungste'r.-er- turen führen, welche die Ursache für die starke 311c¸.na von Stickoxiden sind. Um zu vermeiden, dass dem Wärmetauscher Wasser zugeführt wird, solange das Wasser im Wärmetauscher noch nicht vollständig verdampft werden kann, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Dosiereinrichtung in Abhängigkeit der Abgastemperatur im Wärmetauscher derart steuerbar ist, dass die Wasser zufuhr zum Wärmetauscher erst bei Erreichen eines vorbestimmten Temperaturschwellenwertes erfolgt. Wie Versuche mit den bisher bekannten Systemen ergeben haben, tritt im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, d.h. bei relativ hoher Drehzahl und geschlossener Drosselklappe ein sehr hoher Anteil an Stickoxiden in den Abgasen auf. Die Ursache hierfür ist, dass durch den starken Unterdruck viel heisser Wasserdampf angesaugt wird. Bei geschlossener Drosselklappe verdampft aber nur wenig Brennstoff, weshalb wenig Verdampfungswärme dem Wasserdampf entzogen wird. Dies führt zu hohen Anfangstemperaturen und damit zur Erhöhung der Verbrennungstemperatur und vermehrter Stickoxidbildung. Ferner tritt im Betrieb in grossen Höhen (etwa ab 2000 m) wegen der geringeren Dichte der Luft leicht eine Vber- hitzung der Brennkraftmaschine bei starkem Dampf zustrom auf, was zu einem ähnlichen Resultat führt. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist die erfindungsgemässe Dosiereinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur im Ansaugweg der Brennkraftmaschine stromabwärts der Drosselklappe derart steuerbar, dass bei Erreichen eines Temperaturschwellenwertes die Wasserzufuhr vom Wärmetauscher gedrosselt oder abgeschaltet wird. Es ist auch möglich, die Dosiereinrichtung in Abhängigkeit des Unterdruckes im Ansaugweg der Brennkraftmaschine in der Weise zu steuern, dass mit steigendem Unterdruck die Zufuhr von Wasser zum Wärmetauscher gedrosselt wird. Auch hierdurch lassen sich die beim Schubbetrieb auftretenden Schwierigkeiten lösen. Dabei genügt es, wenn die Drosselung der Wasserzufuhr oder das Abschalten der Wasserzufuhr zum Wärmetauscher bei einem gewissen Unterdruckschwellenwert erfolgt. Die Steuereinrichtung zur Betätigung der Dosiereinrichtung kann in diesem Falle beispielsweise eine Unterdruckdose umfassen, die an eine stromabwärts der Drosselklappe gelegene Stelle des Ansaugweges der Brennkraftmaschine angeschlossen ist und bei Uberschreiten eines Unterdruckschwellenwertes einen Endschalter betätigt, der seinerseits zu einem Abschalten oder zur Drosselung der Wasserzufuhr führt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Dosiervorrichtung eine Pumpe, deren Förderleistung durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert ist. Vorzugsweise ist die Pumpe von einer Membran pumpe gebildet, deren Membran mittels eines an ihr befestigten und als Tauchanker eines Elektromagneten ausgebildeten Stössels betätigbar ist, wobei die Wicklung des Elektromagneten mit einer zur Motordrehzahl proportionalen Frequenz erregbar ist. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine kann beispielsweise an dem Unterbrecher der Brennkraftmaschine abgetastet werden. Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung in diesem Falle einen mit dem Unterbrecher der Brennkraftmaschine gekoppelten Impulsgeber auf, der über eine Kippschaltung einen Schalter zum Ein- und Ausschalten der Erregerwicklung der Pumpe betätigt. Um die Lebensdauer der Pumpe zu ver längern, ist es ratsam, die Impulszahl zu verringern. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen1 dass zwischen Impulsgeber und Kippschaltung ein Impulsfrequenzteiler zur Herabsetzung der Impulsfrequenz geschaltet ist. Die Herabsetzung der Impulsfrequenz kann auch dazu verwendet werden, die Förderleistung der Pumpe beispielsweise im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine zu drosseln. Hierzu kann ein weiterer Impulsfrequenzteiler vorgesehen sein, der in Abhängigkeit der Temperatur im Ansaugweg der Brennkraftmaschine derart gesteuert ist, dass beim Ansteigen der Temperatur im Ansaugweg der Brennkraftmaschine über einen vorbestimmten Temperaturschwellenwert der weitere Impulsfrequenzteiler eingeschaltet und damit die Impulsfrequenz gesenkt wird. Die Pumpe ist vorzugsweise integral mit der Wärmesperre ausgebildet; Dies kann in der Weise erfolgen, dass die Pumpe eine mit einem Einlassventil und einem AuslaBven- til in Verbindung stehende Pumpenkammer aufweist, in der ein durch die Membran betätigbarer Pumpenkolben derart angeordnet ist, dass er bei Nichterregung der Wicklung des Elektromagneten unter der Wirkung einer Rückholfeder den Durchgang zwischen Einlass- und Auslassventil sperrt. Damit wird wie bei der aus der deutschen Patentanmeldung P 26 04 050 bekannten Wärmesperre eine Ubertragung von Wärme vom Wärmetauscher auf den Wasser vorratstank und auf die Dosiereinrichtung vermieden. Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Dosiereinrichtung eine Pumpe und eine stromabwärts der Pumpe angeordnete Dosierventilanordnung, die in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine im Sinne eines grösseren Durchsatzes bei steigender Drehzahl steuerbar ist. Um den Steuerungsaufwand so gering wie möglich zu halten, umfasst die Dosierventilanordnung vorzugsweise mindestens zwei Dosierventile, die mittels der Steuereinrichtung bei verschiedenen Drehzahlwerten betätigbar sind. Das heisst, bei Uberschreiten eines bestimmten ersten Drehzahlwertes wird das erste Dosierventil geöffnet, während das zweite Dosierventil erst bei Uberschreiten eines höher liegenden zweiten Drehzahlwertes geöffnet wird. Vorzugsweise sind die Dosierventile von Magnetventilen gebildet, wobei die Steuerschaltung einen mit dem Unterbrecher der Brennkraftmaschine gekoppelten. Impulsgeber und einen diesem nachgeschalteten Frequenz/ Spannungswandler aufweist, dessen Ausgangssignal zwei auf verschiedene Schwellenwerte eingestellten Komparatoren zugeführt wird, deren jeder über einen Schalter mit der Erregerwicklung eines der Magnetventile verbunden ist. bei der Pumpe der zuletzt besprochenen Ausführungsform kann es sich um eine übliche elektrisch oder mechanisch angetriebene Pumpe handeln. Zur Regelung der Temperatur des Gemisches im Ansaugweg der Brennkraftmaschine und insbesondere zur Senkung der Temperatur des Gemisches im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine wird erfindungsgemäss weiter vorgeschlagen, dass die Temperatur des dem Ansaugweg der Brennkraftmaschine zugeführten Wassers und/oder Wasserdampfes in Abhängigkeit eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine regelbar ist. Diese Lösung ist dabei sowohl für sich als auch in besonders vorteilhafter Weise in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Dosiereinrichtung verwendbar. Die Regelung der Temperatur des zugeführten Wasserdampfe kann sowohl in Abhängigkeit der Temperatur des Gemisches in dem Ansaugweg stromabwärts der Drosselklappe als auch in Abhängigkeit des Unterdruckes stromabwärts der Drosselklappe geregelt werden. Die Temperaturregelung kann etwa dadurch erfolgen, dass dem Wärmetauscher ein Kunler nachgeschaltet ist und dass die Durchflussmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine regelbar ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass dem Wärmetauscher eine Dampfmischeinrichtung nachgeschaltet ist mit einer durch den Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbaren Ventileinrichtung zur Zuführung eines Dampfes niedrigerer Temperatur, um ein Dampfge- misch zu erhalten, das die gewünschte Temperatur aufweist. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Wärmetauscher eine Mischeinrichtung nachgeschaltet, in welcher dem vom Wärmetauscher kommenden Dampf Wasser in einer vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhangigen Menge bei;nischbar ist Die dadurch be wirkte Nebelbildung führt zu einer raschen Senkung der Dampftemperatur, so dass eine zu starke Erhitzung des Gemisches vor der Brennkarer durch den eintretenden Dampf vermieden wird. Gemäss einer einfachen Aus führungs form weist die Mischeinrichtung ein im Strömungsweg des Wasserdampfes liegendes Venturirohr auf, wobei eine Verteileinrichtung den Zufluss von Wasser zum Düsenbereich des Venturirohres in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuert. Vorzugsweise ist die Verteileinrichtung als Magnetventil ausgebildet, das über eine elektrische Steuerschaltung betätigbar ist. Alternativ hierzu könnte auch eine zweite Pumpe das Wasser zur Mischeinrichtung fördern. Vorzugsweise erfolgt die Betätigung des Magnetventils in Abhängigkeit eines Temperaturfühlers im Ansaugweg der BrenrAraftmaschine stromabwärts der Drosselklappe. Der mer.peratur'ühler kann so ausgebildet sein, dass er bei Ansteigen der Temperatur im Ansaugweg über einen vorbestimmten Schwellenwert einen Impuls abgibt, der use, einen Impulsformer auf die Basis eines Schalttransistors gegeben wird, der dadurch leitend geschaltet wird und die Wicklung des Magnetventiles speist. Als Temperaturfühler werden für den vorstehend beschriebenen Fall ebenso wie für die weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele Widerstände vorgeschlagen, deren Widerstandswerte sich innerhalb eines eng begrenzten Temperaturbereich es sprunghaft ändern. Solche Widerstände sind beispielsweise Metall- oxidwiderstände. Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass die günstigsten Zuführungsstellen für das Wasser und/oder den Wasserdampf zum Ansaugweg der Brennkraftmaschine stromaufwärts und stromabwärts der Stelle liegen, an welcher die Vermi -schung von Luft und Brennstoff erfolgt, d.h. also üblicherweise stromaufwärts und stromadwärts des Vergasers. Dabei wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform etwa 75% des Dampfes stromaufwärts der Drosselklappe und etwa 25% stromabwärts der Drosselklappe zugeführt, Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beachreibung, welche in Verbindung mit den beiliegenden Figuren die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Aus führungsform des erfindungsgemässen Speisesystems, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Aus führungsform des erfindungsgemässen Speisesystems, Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung der in den Fig t 1 und 2 dargestellten Pumpe gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 eine vergrösserte Darstellung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Pumpe gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 ein schematisches Schaltbild der Steuerschaltung für ein Speisesystem gemäss Fig. 1, und Fig. 6 ein schematisches Schaltbild der steuersaltung für ein Speisesystem gemäss Fig. 2. Das in Fig. 1 dargestellte Speisesystem Zum Einführen von Wasser in flüssigem und/oder dampfförmigem Zustand in den Ansaugweg einer Brennkraftmaschine umfasst einen Wasservorratsbehälter lo, einen mit diesem über eine Leitung 12 verbundenen Filter 14, an den sich über eine-Leitung 16 eine allgemein mit 18 bezeichnete Pumpe anschliesst. Von der Druckseite der Pumpe 18 führt über eine Verteileinrichtung in Form eines steuerbaren 2-Wege-Magnetventils 128 und ein Ventil 201 eine Leitung 20 zu einem Wärmetauscher 22, an den sich eine Mischeinrichtung 24 zur Mischung des im Wärmetauscher 22 gebildeten Dampfes mit Wasser anschliesst, das unter Umgehung des Wärmetauschers 22 von der Druckseite der Pumpe 18 über das Magnetventil 128 und eine Leitung 26 der Mischeinrichtung 24 direkt zugeführt wird. Von dort führt eine Leitung 28 in noch näher zu beschreibender Weise zu dem Gemischbildungssystem 3O einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, mit einem Luftfilter 32, einem Vergaser 34 mit Drosselklappe 36 und Venturidüse 38 sowie einer Ansaugleitung 4O. Der Wärmetauscher 22 umfasst eine von den heissen Abgasen der Brennkraftmaschine durchströnte Abgasleitung 42, die von einem Aussenmantel 44 umgeben ist, in den über die Leitung 20 Wasser von der Pumpe 18 her einströmt und aus dem das Wasser nach dem Verdampfer an der heissen Abgasleitung 42 über die Leitung 46 zur Nischeinrichtung 24 hin ausströmt. An der Abgasleitung 42 ist ein erster Temperaturfühler 48 zur Messung der Abgas temperatur angeordnet. An der Ansaugleitung 4O ist stromabwärts des Vergasers 34 ein zweiter Temperaturfühler So zur Messung der Temperatur des Gemisches unmittelbar vor dem Eintreten in die Brennkammer der Brennkraftmaschine angeordnet. Beide Temperaturfühler 48 und 50 sind vorzugsweise von temperaturabhängigen Widerständen gebildet, deren Widerstandsänderung in einem engen Temperaturbereich stattfindet. Solche temperaturabhängigen Widerstände sind z.B. bestimmte Metalloxidwiderstände (MOLE). An die Ansaugleitung 40 im Bereich der Venturidüse 38 ist über eine Unterdruckleitung 52 ein Unterdruckdose 54 mit einer federbelasteten Membran 56 angeschlossen, an welcher ein durch die Membran auf- und abbewegbarer Stössel 58 befestigt ist. Dieser betätigt im Ruhezustand der Unterdruckqse 54, d.h. wenn auf der der Unterdruckleitung 52 zugekehrten Seite der Membran 56 kein oder nur ein geringer Unterdruck anliegt, einen Endschalter 60, dessen Funktion im weiteren noch näher erläutert wird. Bei Auftreten eines starken Unterdruckes stromabwärts der Drosselklappe 36 wird die Membran 56 und mit ihr der Stössel 58 entgegen der Federkraft der Feder 62 bewegt und dabei der Stössel 58 von dem Endschalter 60 abgehoben. Ferner erkennt man in Fig. 1 den schematisch angedeuteten Unterbrecher 64 der Brennkraftmaschine.Dieser liefert zusammen mit den Temperaturfühlern 48 und 50 sowie dem Endschalter 60 die Eingangswerte für eine allgemein mit 11 bezeichnete Steuerschaltung, wie dies durch die von dem Unterbrecher 64, den Temperaturfühlern 48, 50 und dem Endschalter 60 zur Steuerschaltung 11 führenden Pfeile angedeutet ist. Die Steuerschaltung 71 steuert in Abhängigkeit der so erhaltenen Eingangswerte die Pumpe 18 sowie das Magnetventil 128, wie dies durch die von der Steuereinrichtung 11 zu der Pumpe 18 bzw. dem Magnetventil 128 führenden Pfeile angedeutet ist. Bevor auf die Ausbildung der Steuer schaltung und die Arbeitsweise des Speisesystems eingegangen wird, sollen zunächst zwei Ausführungsbei spiele der in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine angetriebenen Membranpumpe 18 beschrieben werden. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform umfasst ein Pumpengehäuse 66 mit einer Pumpenkammer, die durch einen nach radial innen weisenden Ringansatz 68 in zwei Kammerhälften-70 und 72 unterteilt ist. Die obere Kammerhälfte 70 ist an einen Einlassstutzen 74 über ein Einlassventil 76 angeschlossen. Das Einlass ventil 76 weist eine Ventilplatte 78 auf, die mittels einer Feder 80 gegen einen Ventilsitz 82 gespannt wird. Die untere Kammerhälfte 72 ist über ein Auslassventil 84 an einen Auslassstutzen 86 angeschlossen. Das Auslassventil 84 weist eine Ventilplatte 88. auf, die mittels einer Feder 90 gegen einen Ventilsitz 92 gespannt wird. In der unteren Kammerhälfte 72 ist ein Kolben 94 aufund abbewegbar, der an seinem der Kamrnerhälfte 70 zugewandten Ende über einen zylindrischen Fortsatz 96 ein Ventilelement 98 trägt, das in der unteren Stellung des Kolbens 94 die Öffnung 100 in dem Ringansatz 68 verschliesst. Der Kolben 94 istan einer Membran 102 befestigt, an deren dem Kolben 94 abgewandten Seite ein Stössel 104 befestigt ist, der in die Mittelbohrung 106 eines mit seinem topfförmigen Gehäuse 108 an dem Pumpengehäuse 66 angeflanschten Elektromagneten 110 eintaucht. Dabei trägt der Stössel 104 an seinem membranfernen Ende eine kolbenartige Verdickuna 112, die bei Nichterregung der Wicklung 114 des Elektromagneten 110 teilweise aus der Mittelbohrung 106 herausragt und in dieser Lage durch eine am topfförmigen Gehäuse 108 befestigte Blattfeder 116 gehalten wird. Wird die Wicklung 114 erregt, so wird die Verdickung 112 gegen den Widerstand der Blattfeder in die Mittelbohrung 106 hineingezogen und dabei der Kolben 94 über den Stössel 104 und die Membran 102 nach oben gedrückt. Dabei wird die in der unteren Kammerhälfte 72 enthaltene Flüssigkeit durch das Austrittsventil 84 aus der Pumpenkammer herausgedrückt. Beim Abschalten des Elektromagneten 110 wird der Kolben 94 über die Membran 102 und den Stössel 104 von der Blattfeder 116 wieder nach unten gedrückt, wobei über das Einlassventil 76 Flüssigkeit in die obere Kammerhälfte 70 angesaugt wird. Die Membran 102 dient hauptsächlich zur Abdichtung der Pumpenkammer 70, 72, so dass der Kolben 94 einen geringfügig geringeren Durchmesser als die untere Kammerhälfte 72 besitzen kann. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Erwärmung der Pumpe 18 der Kolben 94 nicht aufgrund der Ausdehnung des Materials klemmen kann. Die beiden Ventile 76 und 84 bilden zusammen eine Wärmesperre, die eine Ubertragung von Wärme aus dem Wärmetauscher 22 nach rückwärts auf den Wasservorratsbehälter 10 verhindert. Gegenüber der herkömmlichen Wärmesperre hat die erfindungsgemässe Pumpe 18 jedoch einen entscheidenden Vorteil. Bei einer selbständig arbeitenden Wärmesperre saugt die Brennkraftmaschine den Wasserdampf aus dem Wärmetauscher ab, bis der an der Wärmesperre anliegende Wasserdruck die Ventile der Wärmesperre öffnen kann. Da zwischen dem maximalen Dampfdruck und dem Wasservordruck ein erheblicher Unterschied besteht, wird eine ständig schwankende Dampfmenge an das Ansaugsystem abgegeben, die noch dazu umso geringer ist, je geringer der Unterdruck in dem Ansaugsystem ist. Gerade bei geringem Unterdruck, was einer Öffnung der Drosselklappe entspricht, wird jedoch viel Brennstoff angesaugt und folglich müsste auch viel Wasserdampf zugeführt werden, um die Verdampfungswärme für den Brennstoff bereit zu stellen. Dies wird nun durch die erfindungsgemässe Pumpe 18 geleistet, deren Hubzahl von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängig ist. So steigt, wie man leicht erkennen kann, die vom Wärmetauscher bereitgestellte Dampfmenge proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine, da die Pumpe 18 mit steigender Drehzahl mehr Waseer in dem Wärmetauscher fördert. Das Eingangsventil 76 arbeitet dabei als Rückschlagventil zum Wasserbehälter 10 und das Auslassventil 84 verhindert ein Zurückwirken des Wasserdampfes auf die Pumpe 18. Die in Fig. 4 beschriebene zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Pumpe 18 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Pumpe im wesentlichen dadurch, dass Einlassventil 76 und Auslassventil 84 nur durch eine Bohrung 118 voneinander getrennt in Flucht miteinander liegen. In der Bohrung 118 ist mittels der Membran 102 ein Kolben 120 bewegbar, der sowohl die Aufgabe hat, die Bohrung 118 abzusperren als auch das Wasser durch das Einlassventil 76 anzusaugen und durch das Auslassventil 84 abzugeben. Wenn kein Strom durch die Wicklung 114 fliesst, drückt die Schraubenfeder 122 den Kolben 120 über den Stössel 104 und die Membran 102 ip. die Bohrung 118. Im Betrieb arbeitet die Pumpe durch die Membran 102 und die Ventile 76 und 84 und zusatz lich mit dem Kolben 120 als Pumpe mit einem im Vergleich zu einer einfachen Membranpumpe erhöhten Druck. Die in Fig. 1 dargestellte Mischeinrichtung 24 umfasst ein zwischen den Leitungen 46 und 28 liegendes Venturirohr 124, das von dem aus der, Aussenmantel 44 des Wärmetauschers 22 abgezogenen Wasserdampf durchströmt wird. In den Düsenbereich des Venturirohres 124 mündet eine mit der Leitung 26 verbundene Düse 126, wobei die Verbindung zwischen der Pumpe 18 und der Düse 126 durch ein Magnetventil 128 absperrbar ist. Durch die Düse 126 wird bei geöffnetem Magnetventil 128 Wasser in das Venturirohr 124 eingespritzt und beim Eintritt in den durchströmenden heissen Dampf in feine Nebeltröpfchen zerstäubt. Dadurch wird der durchströmende heisse Dampf abgekühlt. Die in Fig. 5 dargestellte Steuerschaltung 11 für das in Fig. 1 wiedergegebene Speisesystem umfasst eine Pumpensteuerschaltung 130 und eine Mischersteuerschaltung 132. Beide sind über den Endschalter 60 und den Thermofühler 48 an den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen. Wird' der Endschalter 60 durch zers Stössel der Unt:erdruckdose 54 aufgrund eines starke Unterdruckes in der Ansaugleitung 40 geöffnet, so werden welcher die Pumpe 18 noch das Magnetventil 128 mit Strom versorgt, so dass jegliche Wasserzufuhr zum Ansaugsystem der Brennkraftmaschine unterbleibt. Das gleiche gilt, solange die Abgastemperatur in der Abgasleitung 42 einen bestimmten Temperaturschwellwert noch nicht erreicht hat, der im vorliegenden Beispiel bei etwa 1100 liegt. Diese Temperatur ermöglicht eine Verdampfung des dem Wärmetauscher 22 zugeführten Wassers. Unter 1000 dagegen würde das Wasser nicht vollständig verdampft. Die Pumpensteuerschaltung 130 umfasst einen durch den Unterbrecher 64 der Brennkraftmaschine gesteuerten Impulsgeber 134. Die von dem Impulsgeber 134 erzeugten Impulse werden einem Impulsformer 136 zugeleitet. Die Impulsfrequenz wird in eir.e.n Irpulsfrequenzteiler 138 im Verhältnis 16:1 untersetzt. In einem dem Impuls frequenzteiler 138 folgenden monostabilen Multivibrator 140 wird ein Impuls von etwa2o Millisekunden Dauer erzeugt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 140 ist mit der Basis eines Leistungstransistors 142 verbunden, der durch das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators leitend geschaltet wird, wodurch der Linearmotor llo bzw. die Wicklung 114 der Pumpe 18 erregt und damit diese in Gang gesetzt wird. Dem Impulsfrequenzteiler 138 könnte noch ein weiterer Impulsfrequenzteiler nachgeschaltet sein, der in Abhängigkeit des Thermofühlers 50 bei Ansteigen der Temperatur über einen bestimmten Schwellenwert in der Ansaugleitung 40 die Frequenz beispielsweise noch einmal halbiert und somit die Leistung der Pumpe 18 vermindert. Die Mischersteuerschaltung 132 wird durch den Thero- fühler 50 gesteuert. Dieser erzeugt bei Ansteigen der Temperatur in der Ansaugleitung 40 über etwa 75" einen Impuls, der einem Impulsformer 144 zugeführt wird, der v seinerseits die Basis eines Transistors 146 steuert. Dadurch wird der Transistor 144 leitend geschaltet und ,,,t die Wicklung des Magnetventiles 128 erregt. Bei Stromfluss durch die Wicklung des Magnetventiles 128 wird dieses umgeschaltet, so dass dem durch das Venturirohr 124 fliessenden Dampfstrom Wasser beigemischt wird. Wie bereits oben ausgeführt wurde, sind die Thermofühler von temperaturabhängigen Widerständen gebildet. Um ein sicheres Schalten mit diesen temperaturabhänaigen Widerständen zu erreichen, zeigen diese in ihrem Schaltbereich ein Hystereseverhalten. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des erz in dungsgemässen Speisesystems unterscheidet sic von der Ausführungsform gemäss Fig. 1 dadurch, dass die Pumpe 148 nicht drehzahlabhängig angetrieben ist. Es kann hier jede beliebige geeignete Pumpe verwendet werden. Die sich an die Druckseite der Pumpe 148 anschliessende Leitung 20 gabelt sich in zwei Zweige 150 und 152, die durch jeweils ein Magnetventil 154 bzw. 156 absperrbar sind. Stromabwärts der beiden Magnetventile 154 und 156 vereinigen sich die beiden Leitungszweige 150 und 152 wieder zu einer Leitung 158 zwischen der und dem Wärmetauscher 22 eine Wärmesperre 160 liegt, wie sie in der DE-OS 26 04 250 beschrieben ist. Die beiden Magnetventile 154 und 156 sind über eine Ventilsteuerschaltung 162 in Abhängigkeit der Drehzahl Drehzahl bzw.. der Schalthäufigkeit des Unterbrechers 64 der Brennkraftmaschine steuerbar. Die Ventilsteuerschaltung 162 ist in Fig. 6 wiedergegeben. Mit dem Unterbrecher 64 ist ein Impulsgeber 164 gekoppelt. Die von ihm erzeugten Impulse werden über einen Impulsformer auf einen Frequenzspannungswandler 168 gegeben. Das von diesem erzeugte Spannungssignal wird jeweils dem einen Eingang 170, 172 eines Komparators 174 bzw. 176 zugeführt. An dem jeweils anderen Eingang 178, 180 des Komparators 174 bzw. 176 liegt eine über einen ver- änderlichen Widerstand 182 bzw. 184 einstellbare SPa- nung an. Dabei sind die beiden Spannungen an den Wider- ständen 182, 184 verschieden. Erreicht das Spannunassa- nal an dem jeweiligen Eingang 170 bzw. 172 der SorPDe..-2- toren 174 und 176 den am jeweils anderen Eingang 1 7R bzw. 180 anliegenden Schwellenwert, so erscheint de Komparator ein Ausgangssignal, welches jeweils einen Leistungstransistors 186 bzw. 188 leitend schaltet Da- durch werden die Ventile 154 bzw. 156 geöffnet. Da die Schwellenwerte an den beiden Komparatoren 174 und 1 R6 verschieden hoch eingestellt sind, öffnen die Magnet- ventile 154 und 156 bei unterschiedlichen : :)r-hzzh¯et der Brennkraftmaschine, so dass die dem Wärmetauscher zugeführte Wassermenge entsprechend der D-¯hzzh der Brennkraftmaschine dosiert werden kann. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Speisesystem wurden weder ein Thermofühler an der Abgasleitung 42 noch ein Thermofühler an der Ansaugleitung 40 noch eine Unterdruckdose 54 dargestellt. Es versteht sich, dass alle drei Messfühler auch bei dem Speisesystem gemäss Fig. 2 eingebaut werden könnten, wobei dann die Steuereinrichtung 162 entsprechend der Steuerschaltung in Fig. 5 ergänzt werden müsste. Die Pumpe 148 kann ebenfalls von einer der anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Pumpen gebildet sein. Es genügt jedoch auch eine einfache übliche mechanisch angetriebene Pumpe. Wie man in den Fig. 1 und 2 erkennt, wird der Wasserdampf dem Ansaugsystem über zwei Leitungen 190 und 192 zugeführt. Die Leitung 190 mündet oberhalb des Vergasers 34 in die Ansaugleitung 40. Über diese Leitung werden etwa 75% des Wasserdampfes in die Ansaugleitung 40 eingeführt. Die untere Leitung 192 mündet unterhalb des Vergasers 34 in die Ansaugleitung 40. ueber diese Leitung werden ca. 25% des heissen Dampfes zugeführt. Um zu vermeiden, dass bei einem Abschalten der Dampfzu- fuhr und bei geschlossener Drosselklappe Luft über die Leitungen 190 und 192 unter Umgehung der Drosselklappe 36 angesaugt wird, ist in der Leitung 190 ein Absperrorgan 194 angeordnet. Es reicht,unter Umständen auch die Verbindungsleitung so zu gestalten, dass sie einen genügend hohen Durchflusswiderstand für die Luft aufweist. So könnte beispielsweise die Verbindungsleitung als Schlauch mit einer eingelegten Spirale ausgebildet sein. Es ist noch zu bemerken, dass anstelle der Unterdruckdose 54 auch ein Kontakt an der Drosselklappe oder an dem Gasgestänge der Brennkraftmaschine benutzt werden könnte, um den Schubbetrieb festzustellen. Hierbei wird aber nicht der Fall des Fahrens in grossen Höhen oder u.a. zur Überhitzung der Brennkraftmaschine führenden Bedingungen erfasst. Das erfindungsgemässe Speisesystem liefert eine Anpassung der einzuspeisenden Wasserdampfmenge an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, so dass eine Überhitzung des Gemisches vor dem Eintritt in den Brennraum der Brennkraftmaschine vermieden und damit insbesondere die Produktion von Stickoxiden wesentlich herabgesetzt werden kann.

Claims: :a¯r.ansprtche: .t. Speisesystem zum Einführen von Wasser in flüssigem undioder dampf förmigem Zustand in den Ansaugweg einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Wasservorrats behälter, ein von den Abgasen der Brennkraftmaschint einerseits und dem Wasser andererseits beaufschlag baren Wärmetauscher und eine dem Wärmetauscher vorge schaltete Wärmesperre, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Dosiereinrichtung (18; 154, 156) zur Dosierung der dem Ansaugweg zuzuführenden Wassermenge und eine Steuereinrichtung (11; 162) vo- gesehen sind, welche die Dosiereinrichtung (18; 154, 156) in Abhängigkeit mindestens eines Betriebspara meters der Brennkraftmaschine steuert. 2. Speisesystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dosiereinrichtung (18; 154, 156) stromaufwärts des Wärmetauschers (22) angeord net und in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraft maschine steuerbar ist. 3. Speiseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Dosiereinrich tung (18; 154, 156) in Abhängigkeit der Abgastempera tur im Wärmetauscher 22 derart steuerbar ist, dass die Wasserzufuhr zum Wärmetauscher (22) erst bei Er reichen eines vorbestimmten Temperaturschweliwertes erfolgt. 4. Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dosier einrichtung (18; 154, 156) in Abhängigkeit der Tempe ratur im Ansaugweg (40) der Brennkraftmaschine strom abwärts der Drosselklappe (36) derart steuerbar ist, dass bei Erreichen eines Temperaturschweliwertes im Ansaugweg (40) die Wasserzufuhr zum Wärmetauscher (22) gedrosselt wird. 5. Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dosiereinrichtung (18; 154, 156) in Abhängigkeit des Unterdruckes im Ansaugweg (40) der Brennkraft maschine in der Weise steuerbar ist, dass mit stei gendem Unterdruck die Zufuhr von Wasser zum Wärme tauscher (22) gedrosselt wird. 6. Speisesystem nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine durch den Unterdruck im Ansaugweg (40) der Brennkraftmaschine gesteuerte Unterdruckdose (54)vorgesehen ist, die mit einem Endschalter (60) in der Weise zusammen wirkt, dass sie bei Erreichen eines maximalen Unter druckes in der Ansaugleitung (40) die Dosierein richtung (18; 154, 156) sperrt. 7. Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dosiereinrich tung (18; 154, 156) elektromagnetisch betätigbare Regelorgane aufweist und dass die Steuereinrichtung von einer Steuerschaltung (11; 162) gebildet ist, welche in Abhängigkeit der von mindestens einem Mess fühler (48, 50, 64, 60) erzeugten Eingangssignale Steuersignale erzeugt. 8. Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dosiereinrichtung eine Pumpe (18) umfasst, deren Förderleistung durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert ist. 9. Speisesystem nach Anspruch 8,. dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Pumpe (18) integral mit der Wärmesperre ausgebildet ist. 10. Speisesystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,dass die Pumpe (18) von einer Membranpumpe gebildet ist. 11. Speisesystem nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Membran (102) mittels eines an ihr befestigten und als Tauchanker eines Elektro magneten (110) ausgebildeten Stössel (104) betätigbar ist und dass die Wicklung (114) des Elektromagneten (110) mit einer zur Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionalen Frequenz erregbar ist. 12. Speisesystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Pumpe (18) eine mit einem Einlassventil (76) und einem Auslassventil (84) in Verbindung stehende Pumpen kammer (70, 72; 118) aufweist, in der -einmit der Membran (102) betätigbarer Pumpenkolben (94; 120) derart angeordnet ist, dass er bei Nichterregung der Wicklung (114) des Elektromagneten (110) unter der Wirkung einer Rückholfeder (116; 122) den Durchgang zwischen Einlass-und Auslassventil (76, 84) sperrt. 13. Speisesystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrich tung einen mit dem Unterbrecher (64) der Brennkraft maschine gekoppelten Impulsgeber (134) aufweist, der über eine Kippschaltung (140) einen Schalter (142) zum Ein- und Ausschalten der Erregerwicklung (114) betätigt. 14. Speisesystem nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen Impulsgeber (134) und Kippschaltung (140) ein Impulsfrequenzteiler (138) zur Herabsetzung der Impulsfrequenz geschal tet ist. 15. Speisesystem nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein weiterer Impulsfrequenz teiler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit der Tempe ratur im Ansaugweg (40) der Brennkraftmaschine der art gesteuert ist, dass er bei Überschreiten eines Temperaturschwellwertes im Ansaugweg (40) einge schaltet wird. 16. Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,daB die Dosier einrichtung eine Pumpe (148) und eine stromabwärts der Pumpe (148) angeordnete Dosierventilanordnuno (154, 156) umfasst, die in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine im Sinne eines grösseren 9-c- - satzes bei steigender Drehzahl steuerbar ist 17-. Speisesystem nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dosierventilanordnung mindestens zwei Dosierventile (154, 156) umfasst, die mittels der Steuereinrichtung (162) bei ver schiedenen Drehzahlwerten betätigbar sind. 18. Speisesystem nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dosierventile (154, 156) von Magnetventilen gebildet sind und dass die Steuer schaltung (162) einen mit dem Unterbrecher (64) der Brennkraftmaschine gekoppelten Impulsgeber (164) und einen diesem nachgeschalteten Frequenz/Spannungs- wandler (168) aufweist, dessen Ausgangssignal zwei auf verschiedene Schwellwerte einstellbaren Kompa- ratoren (174, 176) zugeführt wird, deren jeder über einen Schalter (186, 188) mit der Erregerwicklung eines der Magnetventile (154 bzw. 156) verbunden ist. 19. Speisesystem insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur des dem Ansaugweg (40) der Brennkraft maschine zugeführten Wassers und/oder Wasserdampfes in Abhängigkeit eines Betriebsparameters der Brenn kraftmaschine regelbar ist. 20. Speisesystem nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur in Abhängigkeit der Temperatur des Gemisches im Ansaugweg (40) der Brennkraftmaschine regelbar ist. 21. Speisesystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur in Abhängigkeit des Unterdrucks im Ansaugweg (40) der Brennkraftmaschine regelbar ist. 22. Speisesystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Wärmetauscher (22) ein Kühler nachgeschaltet ist und dass die Durchflussmenge des Kühlmediums in Ab hängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraft maschine regelbar ist. 23. Speisesystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Wärmetauscher (22) eine Dampfmischeinrichtung nachgeschaltet ist mit einer durch einen Betriebs parameter der Brennkraftmaschine steuerbaren Ventil einrichtung zur Zuführung eines Dampfes, um ein Dampfgemisch bestimmter Temperatur einzustellen. 24. Speisesystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Wärmetauscher (22) eine Mischeinrichtung (24) nachgeschaltet ist, in welcher dem vom Wärmetauscher (22) kommenden Dampf Wasser in einer von dem Be triebszustand der Brennkraftmaschine abhängigen Menge beimischbar ist. 25. Speisesystem nach Anspruch 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mischeinrichtung (24) ein im Strömungsweg des Wasserdampfes liegendes Venturirohr (124) aufweist und eine Verteileinrichtung (128) vorgesehen ist, die den Zufluss von Wasser zum Düsenbereich des Venturirohres (124) steuert. 26. Speisesystem nach Anspruch 25, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verteileinrichtung (128) als Magnetventil ausgebildet ist,das über eine elektrische Steuerschaltung (11) betätigbar ist. 27. Speisesystem nach Anspruch 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerschaltung (11) einen Thermofühler (50) und einen diesem nachgeschalteten Impulsformer (144) aufweist, dessen Ausgangsnal einen Schalttransistor (146) leitend schaltet, der seinerseits die Wicklung des Magnetventiles " 2O) speist. 28. Speisesystem nach einem der Ansprüche 3 bis 27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperaturfühler (48, 50) von temperaturabhängi gen Widerständen gebildet sind, deren Widerstands wert sich innerhalb eines eng begrenzten Tempera turbereiches signifikant ändert. 29. Speisesystem nach Anspruch 28, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Widerstände von Metall oxidwiderständen gebildet sind. 30. Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einspeisung des Wassers und/oder Wasserdampfes in den Ansaugweg (40) der Brennkraftmaschine strom aufwärts und stromabwärts der Drosselkiappe (36) erfolgt. 31. Speisesystem nach Anspruch 30, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass stromaufwärts etwa 75% und stromabwärts der Drosselklappe (36) etwa 25% zuge führt werden. 32. Speisesystem nach Anspruch 30 oder 31, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Zuführ leitung (190) zu der stromaufwärts der Drosselklappe (36) gelegenen Einspeisungsstelle ein Strömungswider stand angeordnet ist, der so ausgebildet ist, dass er dem einzuspeisenden Dampf einen geringen Wider stand, der über die stromaufwärts der Drosselklappe (36) gelegene Zuführleitung (190) und die stromab- wärts der Drosselklappe (36) gelegene Zuführleitung (192) angesaugtm Luft jedoch einen grossen Strömungs- widerstand entgegensetzt.

Inventors: LOHBERG, WERNER
Applicants: LOHBERG, WERNER
Application year: 1979
Main classification: F02M25
IPC codes: F02M25