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Vorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Patent 531494 mit
Ausnutzung der bei der Zerstäubung des Brennstoffes entstehenden Kälte als Nutzkälte
Im Hauptpatent ist eine Vorrichtung beschrieben zur Ausnutzung der bei der Zerstäubun.g
von Brennstoff für Brennkraftmaschinen entstehenden Kälte als Nutzkälte. Bei dieser
Vorrichtung wird die mit Brennstoffen beladene kalte Luft nach dem Austritt aus
dem Vergaser jedoch vor ihrem Eintritt in die Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine
in Wärmeaustausch mit dem Vergaser zuströmender Luft gebracht und :diese dabei abgekühlt.
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Die Erfindung bezweckt, diese Vorrichtung noch weiter zu verbessern,
insbesondere die Störungsmöglichkeiten zu beseitigen, die sich möglicherweise daraus
ergeben, daß wegen der verschiedenartigen Zusammensetzung des Brennstoffes bezüglich
.der Verdampfungspunkte der einzelnen Bestandteile ein Teil des flüssigen Brennstoffes
im Vergaser bzw. beim Wärmeaustausch mit der Frischluft nicht verdampft.
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An sich ist es bekannt, die Wärme der Abgase einer Brennkraftmaschine
dazu zu benutzen, den Vergaser selbst oder den Gasweg zwischen Vergaser und der
Eintrittsstelle des Brenngemisches in den Motor zu erwärmen. Hierdurch wird aber
die Ausnutzung der Vergaserkälte zur Nutzkälteverwendung gerade unmöglich gemacht.
Um sowohl die Ausnutzung der bei der Vergasung entstehenden Kälte als Nutzkälte
zu- gestatten und andererseits die Störungsmöglichkeiten durch unverdämpften Brennstoff
zu vermeiden, sieht die Erfindung eine zusätzliche Vorrichtung zwischen dem Gemischansaugrohr
des Motors und dem Wärmeaustauscher für Frischluft und Brenngemisch vor, die zur
Verdampfung oder Zerstäubung flüssiger Brennstoffteile dient, die im Wärmeaustauscher,
der zweckmäßig nach der Zusatzvorrichtung hin geneigt ist, ausfallen und dieser
Vorrichtung zugeleitet werden.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In den Fig. i bis 7 sind schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung
gezeigt, wobei Fig. 3 einen Einzelteil darstellt.
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In der Fig. i bezeichnet z den Zylinderblock einer Brennkraftmaschine,
beispielsweise eines Automobilmotors. Mit 3 ist die Abgasleitung und mit q. das
Gemischansaugrohr des Motors bezeichnet. Beide Leitungen stehen im Wärmeaustausch
miteinander. Der Ansaugstutzen 5 des Motors ist mit Stoßplatten 6 und einer Heizvorrichtung
7 versehen. Mit 8 ist eine Zu.fuhrleitung für das Brenngemisch und mit 9 sind engere,
die Gemischzufuhrleitung durchziehende Rohre für die Frischluftzufuhr zum Vergaser
bezeichnet. Die Rohre g bilden mit dem Rohr 8 einen Oberflächenwärmeaustauscher,
der mit io bezeichnet ist. Der Vergaser 13 kann von beliebiger Ausführung sein.
In der Strömungsrichtung
der Luft gerechnet, ist hinter dem Vergaser
13 ein Verdampfer 14 vorgesehen. Der Verdampfer 1d steht über eine indirekte
Kühlvorrichtung 15, 16 mit einem Kühlschrank 17 in Verbindung. In der Verbindungsleitung
1i, 12 zwischen dem Wärmeaustauscher i o und dem Vergaser 13 ist ein Ventil
18 vorgesehen, dessen Stellung durch eine Thermostatvorrichtung mit dem Balg ig
und dein im Kühlraum 17 angeordneten Fühlkörper 2o geregelt werden kann. Im Wärmeaustauscher
io ist eine Durch.trittsöffnung 65 zwischen den Rohren 8 und g vorgesehen, durch
die auftretendes Kondensatwasser abgeführt werden kann.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt. Durch die Saugwirkung des Motors
wird durch die Rohreg Frischluft eingesaugt, die durch die Verbindungsleitung i
i, 12 in den Vergaser 13
gelangt. Hier wird die Luft mit Brennstoff gemischt,
so daß ein Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht, indem der Brennstoff vorwiegend noch
in Tröpfchenform enthalten ist. Im Verdampfer 1q. tritt eine Verdampfung der Tropfen
und somit Kälteerzeugung ein. Die hierbei entstehende Kälte wird in bekannter Weise
durch den Kondensatorteil i 5 zum Verdampferteii 16 der Übertragungsvorrichtung
auf den Kühlschrank 17 übertragen.
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Bei der im Verdampfer auftretenden niedrigen Temperatur ist im gezeigten
Ausführungsbeispiel nicht damit zu rechnen, daß eine völlige Verdampfung des Brennstoffes
erfolgt. Insbesondere die schwerer flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes können
in Tropfenform in den Wärmeaustauscher io gelangen. Bei hohen Außenlufttemperaturen
wird hier wegen der erhöhten Temperatur eine Verdampfung auch der schwerer flüchtigen
Bestandteile großenteils eintreten. Zu= mindest bei niedrigeren Temperaturen muß
jedoch damit gerechnet werden, daß Flüssigkeitstropfen auf den verhältnismäßig großen
Flächen des Temperaturwechslers abgeschieden werden. Außerdem kann hier der in der
eingesaugten Frischluft enthaltene Wasserdampf, der nicht bereits im Verdampfer
sich niedergeschlagen hat, niederschlagen, so daß mit einer Flüssigkeitsbildung
im Wärmeaustauscher zu rechnen ist. Eine derartige, im wesentlichen aus schwerer
flüchtigen Brennstoffmengen bestehende Flüssigkeit ist aber sowohl für den Leerlauf
der Maschine wie im Gang der Maschine, wenn das Automobil beispielsweise längere
Zeit aufwärts gestiegen ist und plötzlich abwärts fährt, unerwünscht, zumal da im
letzteren Fall Flüssigkeit direkt in den Motor einlaufen könnte.
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Im gezeichneten Ausführungsbeispiel hat daher der Wärmeaustauscher
io eine Neigung nach dem Geniischansaugrohr des Motors hin erhalten, um ein gleichmäßiges
Ablaufen von Flüssigkeit durch den Wärmeaustauscher nach dein mit den Platten 6
versehenen Ansaugstutzen 5 sicherzustellen. Durch diese Platten 6 wird etwaige Flüssigkeit
verteilt und durch die Heizvorrichtung 7 so weit erhitzt, daß bereits auf den Platten
eine fast vollständige Verdampfung flüssiger Brennstoffreste erfolgen muß. Etwa
übriggebliebene Flüssigkeitsmengen, die noch in das Gemischansaugrohr q. gelangen,
treten auf die durch die Abgasleitung 3 erhitzten Flächen 2i, wo sie rasch verdampft
werden, so daß keine Flüssigkeit in die Arbeitszylinder gelangen kann.
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In .dem Ansaugstutzen 5 ist die übliche Drosselklappe 22 zur Regelung
der Gemischzufuhr zum Motor vorgesehen, die auch für Leerlaufzufuhr ausgebildet
sein kann. Das Ventil 18 der Abb. i hat den Zweck, erstens die Kälteerzeugung der
Anlage und zweitens die Zusammensetzung des Brenngemisches zu regeln. Durch das
Ventil i8 kann Frischluft unmittelbar zum Vergaser geführt werden, ohne im Wärmeaustauscher
vorgekühlt zu werden. Durch Zufuhr warmer Außenluft kann also die Kälteerzeugung
vermindert werden. Die Regelung der Kälteerzeugung kann selbsttätig gemacht werden,
wie durch die Thermostatanlage ig, 2o angedeutet ist.
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Die Fig. z stellt ein anderes Ausführungsbeispiel dar. In ihm ist
der Wärmeaustauscher io tiefer angeordnet als die Ansaugstelle des Motors. Um daher
Flüssigkeit aus dein Wärmeaustauscher fortschaffen zu können, ist eine Entwässerungsleitung
25 vorgesehen, die oberhalb der Drosselklappe 22 in der Ansaugleitung des Motors
mündet. Um die Saugwirkung auf die Flüssigkeit zu erhöhen, kann, wie zig. 3 zeigt,
.eine besondere Verengung z6 in dem Ansaugstutzen 5 des Motors vorgesehen werden,
um zu einer gewissen Düsenwirkung zu kommen, wenn der flüssige Brennstoff quer zur
Strömungsrichtung des Hauptbrennstoffgemisches zugeführt wird.
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Die im Wärmeaustauscher ausfallenden Brennstoffmengen, die im wesentlichen
aus schwerer verdampfbaren Brennstoffteilen bestehen, können zur Beschleunigung
der Maschine benutzt werden. In Fig. q. ist eine Einrichtung für diesen Zweck gezeigt.
Von der tiefsten Stelle des- Wärmeaustauschers führt eine Leitung nach einem Speichergefäß
31, in dem ein Schwimmerventil 32 vorgesehen ist. Das Gefäß 31 kann durch
eine Ventileinrichtung 33 in Verbindung mit der Außenluft gebracht werden. Die Leitung
25 führt den Brennstoff vom Boden des Gefäßes nach der Ansaugstelle. Die beschriebene
Einrichtung arbeitet wie folgt. Bei Normalleistung des Motors sammelt sich eine
bestimmte Menge Brennstoff im Gefäß 31, während die Hauptmenge
des
durch den Wärmeaustauscher streichenden Brennstoffes in .die Rohrleitung 5 gesaugt
wird. Wenn dann auf Leerlauf eingestellt wird, läßt sich durch eine geeignete Zusammenschaltung
der beiden Ventile 22 und 33 erreichen, daß die im Gefäß 31 aufgesammelte Brennstoffmenge
nicht in den Motor gelangen kann. Soll aber danach die Maschine beschleunigt werden,
so wird das Ventil 33 geöffnet, wobei der Inhalt des Gefäßes 31 hochgesaugt und
-fein verteilt in den Motor eingespritzt wird. Die Einrichtung 31, 32, 33, 25 stellt
also eine Beschleunigungspumpe dar. Bei der Zusammenschaltung der beiden Ventile
22 und 33 ist dafür zu sorgen, daß bei Umstellung des Ventils 22 eine vorübergellende
Öffnung des Ventils 33 gegebenenfalls selbsttätig erfolgt. Dies kann in verschiedener
Weise erreicht werden, z. B. durch eine Exzenterschaltung an sich bekannter Art.
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Bei den Ausführungsbeispielen 1, 2 und 4 erfolgt praktisch die Verdampfung
bei höherer Außentemperatur in zwei verschiedenen Stufen. Die erste Verdarnpfungsstufe
entsteht im Verdampfer, die zweite Stufe höherer Temperatur im Wärmeaustauscher.
Diese Stufenverdampfung ist dadurch bedingt, daß sie in Gegenwart eines indifferenten
Gases, nämlich der Verbrennungsluft, erfolgt sowie dadurch, daß der Brennstoff aus
einem Brennstoffein.isch zu bestehen pflegt, dessen Teile bei einer gegebenen Temperatur
verschiedene Dampfdrücke haben. Dieser Umstand läßt sich zur Nutzkälteverwertung
ausnutzen, wie das Ausführungsbeispiel der Fig.5 zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich ferner von der Fig. 4 durch die besondere Anordnung des Sammelgefäßes
31. Zwischen diesem Gefäß und dem Ansaugstutzen ist ein Ventil 34 vorgesehen, durch
das im Sammelgefäß aufgespeicherte Brennstoffmengen insbesondere beim Start der
Maschine fein verteilt zugeführt werden können. Der Verdampfer 14 des Ausführungsbeispiels
zeigt zwei Temperaturbereiche 41 und 42, von denen der erstgenannte niedrigere Temperatur
aufweist als der Verdampfer 42. Dies ergibt den Vorteil, daß die Verdampfungsstufe
41 mit einer Vorrichtung verbunden sein kann, die gestrichelt mit 4o angedeutet
ist und zur Eisbereitung dient, um in etwaigen Betriebspausen des Motors weitere
Kälte zur Verfügung zu haben. Die gewöhnliche Rauniküh.lung kann durch auf die höhere
Temperaturstufe 42 aufgesetzte Kühlrippen 43 erfolgen. Das Ventil 18 mit Zusatzfrischluft
ist im Ausführungsbeispiel zwischen beiden Temperaturstufen eingesetzt. In den Fig.6
und 7 ist ein Kraftwagen dargestellt, der für Lebensmitteltransporte eingerichtet
ist. Der Vergaser 13 ist dicht unter der Wagendecke angeordnet. Die Verdampfungsstufe
14 dient zur Eisherstellung, d. h. zur Speicherung der Kälte, wenn wegen des Stillhaltens
des Wagens der Motor und daher der Raumkühler 42 keine Kälte liefert. Die Stufe
42 wird durch einen Lüfter 6o mit Luft umspült, um eine möglichst hohe Temperatur
in der Stufe 42 und damit eine möglichst gute Verdampfung .des Brennstoffes in dieser
Stufe zu erhalten.
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Weitere Verdampfungskälte oder Abkälte der Anlage kann zur Kühlung
des Kühlwassers des Motors benutzt werden.