Verbrennungsmotor mit Vorkühlung. Die Leistung der Verbrennungsmotoren nimmt bekanntlich mit steigender Aufladung zu. Die stärkere Aufladung bedingt eine höhere mechanische und thermische Bean spruchung einzelner Motorenteile. Durch Ver stärkung dieser Teile und durch Verbesse rung der Schmierung kann man der höheren mechanischen Beanspruchung begegnen. Die zu hohe thermische Beanspruchung könnte zunächst durch eine intensivere Kühlung des Motors herabgesetzt werden. Dieser starken Kühlung stehen aber oft konstruktive Schwie rigkeiten im Wege und sie wirkt sich auch ungünstig auf den Brennstoffverbrauch aus.
Ein anderer Weg zur Herabsetzung der thermischen Beanspruchung bietet sich in der Kühlung der Ansaugluft bei Dieselmotoren bezw. des Brennstoffes bei Gasmotoren oder des Ansauggemisches bei Benzinmotoren zwischen Aufladegebläse und Motor. Dieses Verfahren bringt drei Vorteile auf einen Schlag. Es wird 1. die thermische Beanspruchung der zu heissen Motorenteile äusserst wirksam herab gesetzt, 2. die Leistung des Motors erhöht, weil infolge niedrigerer Ansaugtemperatur höher komprimiert werden kann und demzufolge, 3. der Wirkungsgrad erhöht.
Es sind Bestrebungen bekannt, die auf eine Kühlung der Ansaugluft mit Hilfe eines Wasserkühlers hinzielen. Die Erfindung be trifft einen Verbrennungsmotor, bei welchem zur Kühlung eine Kältemaschine voige- sehen ist.
Besonders bei Traktionsmotoren, aber auch bei andern Motoren (z. B. Motoren in den Tropen) steht kein genügend kaltes Kühl wasser zur Verfügung. In diesen Fällen kann z. B. die Ansaugluft mit Hilfe eines Wasser kühlers nicht intensiv gekühlt werden. Mit einer Kältemaschine dagegen ist es möglich, die Lufttemperatur fast beliebig tief herunter zudrücken.
Verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeich nung dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Verbrennungsmotor mit einer KompressionskUtemaschine, deren Verdich ter fremd oder von der Kurbelwelle oder von der Aufladegruppe angetrieben wird, Fig. 2 einen solchen mit einer Absorp- tionskältemaschine, die durch die Abgase ge heizt und deren Umlaufpumpe fremd oder vom Motor selbst angetrieben wird, Fig. ä einen solchen mit einer Dampf strahlkältemaschine,
die ebenfalls durch die Abgase geheizt und deren Umlaufpumpe fremd oder vom Motor selbst angetrieben wird.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen mit minde stens 0,5 atü aufgeladenen Sechszylinder motor 1 im Grundriss. 8 ist das Auflade gebläse, 2 das Ansaugrohr, 9 das Auspuff rohr. In das Ansaugrohr 2 ist der Verdamp fer 7 einer üblichen Kompressionskälte- maschine -eingebaut. In diesem Verdampfer 7 verdampft der Kälteträger, vorzugsweise Ammoniak. Die zu dieser Verdampfung nötige Verdampfungswärme wird der An saugluft des Motors 1 entzogen und dadurch diese abgekühlt.
Die Ammoniakdämpfe wer den im Kompressor 5 - wie es bei Kompres- sions:kältemaschinen üblich. ist - kompri miert und im Kondensator 4 kondensiert. Die ser Kondensator 4 kann vorteilhafterweise durch das Kühlwasser des Motors 1 gekühlt werden. Der Kälteträger fliesst vom Konden sator 4 durch das Reduzierventil 3 in den Verdampfer 7 zurück und fängt hier seinen kontinuierlichen geschlossenen Kreislauf wie der an.
Der Kompressor 5 kann durch den Elek tromotor 6 angetrieben werden, aber auch von der Kurbelwelle des Motors 1 oder von der Abgasturbine 8 aus.
In Fig. 2 ist der auf mindestens 0,5 atü aufgeladene Motor 21 in Verbindung mit einer üblichen Absorptionskältemaschine. 24 ist das Aufladegebläse, 22 das Ansaugrohr, 31 das Auspuffrohr des Motors. In das Ein- Saugrohr 22 ist der Verdampfer 23 einge baut. In. diesem Verdampfer 23 verdampft der Kälteträger, z. B. Ammoniak.
Die zu dieser Verdampfung nötige Verdampfungs- wärme wird der Ansaugluft des Motors 21 entzogen. Die Ammoniakdämpfe werden im Absorber 27 von Wasser absorbiert. Die Zahnradpumpe 26, vom Motor 21 oder fremd angetrieben, drückt das Ammoniakwasser in den Kocher 25, der durch die Abgase des Motors 21 geheizt ist. Hier trennen sich Wasser und Ammoniak. Das Wasser fliesst durch das Reduzierventil 28 in den Absorber 27 zurück, das Ammoniak kondensiert im Kondensator 29. Kondensator 29 und Ab sorber 27 sind- durch das Motorkühlwasser gekühlt.
Das kondensierte Ammoniak fliesst durch das Reduzierventil 30 in den Verdamp fer 23 zurück.
Analog kann auch das Absorptions- System zur Kühlung angewendet werden, bei dem die Absorptionskältemaschine keine Zahnradpumpe oder sonstige bewegte Teile hat und bei dem die untere Druckstufe (Ver- dampfer und Absorber) zum Druckausgleich mit einem neutralen Gas gefüllt ist. Der Ver dampfer wird - gleich wie in. Fig. 2 - in das Einsaugrohr,
der Kocher ins. Auspuff rohr des Motors eingebaut. Das Motorkühl wasser kühlt auch hier Absorber und Kon densator.
In Fig. 3 kühlt eine Dampfstrahlkälte- maschine die Einsaugluft des Motors 41. 47 ist das Aufladegebläse, 42 das Ansaug rohr, 50 das Auspuffrohr. In das Einsaug rohr 42 des Motors 41 ist der Verdampfer 46 der Dampfstrahlkältemaschineeingebaut. Hier verdampft der Kälteträger und entzieht da durch der Ansaugluft Wärme. Bei diesem System ist der Kälteträger z. B. ein Fluor kohlenwasserstoff oder Äther. Das Strahl gebläse 45 saugt die Kälteträgerdämpfe ab und komprimiert sie auf den Druck des Kon densators 44, der durch Kühlwasser gekühlt wird.
Hier wird der Kälteträger wieder flüs sig. Ein Teil davon strömt durch das Redu- zierventil 43 in den Verdampfer 46 zurück, der andere Teil wird mit der Zahnradpumpe 49 auf den höheren Druck des Treibdampf- erzeugers 48 hinaufgepumpt. Die Zahnrad pumpe 49 braucht nur wenig Leistung und kann fremd oder vom Motor 41 angetrieben werden. Die Abgase des Motors. 41 heizen den Dampferzeuger 48 und erzeugen hier den zum Betrieb des Strahlgebläses benötigten Treibdampf.
Die Druckenergie des Treib- dampfes verwandelt sich in der Düse des Strahlgebläses 45 in Geschwindigkeitsener gie, mit deren Hilfe die aus dem Verdampfer 46 angesaugten Niederdruckdämpfe mitge rissen werden.
Bei allen .beschriebenen Ausführungsbei spielen wird die Ansaugluft des Motors auf eine Temperatur heruntergekühlt, die tiefer liegt als die Temperatur des für die Küh- Jung des Motors zur Verfügung stehenden Kühlmittels.
Mit Hilfe der Vorkühlung durch eine Kältemasehine kann erreicht werden, dass sämtliche Temperaturen in einem hochaufge ladenen Motor gleich oder sogar niedriger sind als in einem Motor ohne Aufladung.
Internal combustion engine with pre-cooling. As is well known, the performance of internal combustion engines increases with increasing charge. The stronger charge causes higher mechanical and thermal stress on individual engine parts. By strengthening these parts and improving the lubrication, one can counter the higher mechanical stress. The excessive thermal stress could initially be reduced by more intensive cooling of the motor. However, structural difficulties often stand in the way of this strong cooling and it also has an unfavorable effect on fuel consumption.
Another way to reduce the thermal stress is to cool the intake air in diesel engines respectively. the fuel in gas engines or the intake mixture in gasoline engines between the supercharger and the engine. This procedure has three advantages in one fell swoop. 1. The thermal stress on the engine parts that are too hot is reduced extremely effectively, 2. the performance of the engine is increased because higher compression can be achieved due to the lower intake temperature, and consequently, 3. the efficiency is increased.
Efforts are known which aim at cooling the intake air with the aid of a water cooler. The invention relates to an internal combustion engine in which a cooling machine is provided for cooling.
Especially with traction motors, but also with other motors (e.g. motors in the tropics), there is not enough cold cooling water available. In these cases z. B. the intake air with the help of a water cooler can not be intensively cooled. With a refrigeration machine, on the other hand, it is possible to reduce the air temperature to almost any level.
Various embodiments of the subject invention are shown in the drawing. It shows: FIG. 1 an internal combustion engine with a compression cooling machine, the compressor of which is driven externally or by the crankshaft or by the supercharging group, FIG Motor itself is driven, Fig. Ä such with a steam jet cooling machine,
which is also heated by the exhaust gases and whose circulation pump is external or driven by the engine itself.
In Fig. 1, 1 denotes a six-cylinder engine 1 charged with at least 0.5 atmospheres in plan. 8 is the supercharger, 2 is the intake pipe, 9 is the exhaust pipe. The evaporator 7 of a conventional compression refrigeration machine is built into the intake pipe 2. The coolant, preferably ammonia, evaporates in this evaporator 7. The heat of evaporation required for this evaporation is withdrawn from the intake air of the engine 1 and thereby cooled.
The ammonia vapors are in the compressor 5 - as is usual with compression refrigeration machines. is - compressed and condensed in the condenser 4. This condenser 4 can advantageously be cooled by the cooling water of the engine 1. The coolant flows from the condenser 4 through the reducing valve 3 back into the evaporator 7 and begins its continuous closed cycle here like the one.
The compressor 5 can be driven by the electric motor 6, but also from the crankshaft of the engine 1 or from the exhaust gas turbine 8.
In FIG. 2, the engine 21, which is charged to at least 0.5 atm., Is in connection with a conventional absorption refrigeration machine. 24 is the supercharger, 22 is the intake pipe, 31 is the exhaust pipe of the engine. In the intake manifold 22, the evaporator 23 is built. In. this evaporator 23 evaporates the refrigerant, for. B. ammonia.
The evaporation heat required for this evaporation is extracted from the intake air of the engine 21. The ammonia vapors are absorbed by water in the absorber 27. The gear pump 26, driven by the motor 21 or externally, pushes the ammonia water into the cooker 25, which is heated by the exhaust gases from the motor 21. Here water and ammonia separate. The water flows back through the reducing valve 28 into the absorber 27, the ammonia condenses in the condenser 29. The condenser 29 and the absorber 27 are cooled by the engine cooling water.
The condensed ammonia flows back through the reducing valve 30 into the evaporator 23.
Similarly, the absorption system can also be used for cooling, in which the absorption chiller has no gear pump or other moving parts and in which the lower pressure stage (evaporator and absorber) is filled with a neutral gas for pressure equalization. The United steamer is - the same as in. Fig. 2 - in the intake pipe,
the cooker ins. Engine exhaust pipe installed. The engine cooling water also cools the absorber and condenser here.
In FIG. 3, a steam jet cooling machine cools the intake air of the motor 41. 47 is the supercharger, 42 the intake pipe, 50 the exhaust pipe. The evaporator 46 of the steam jet cooling machine is built into the intake pipe 42 of the motor 41. The coolant evaporates here and extracts heat from the intake air. In this system, the coolant is z. B. a fluorocarbon or ether. The jet blower 45 sucks the refrigerant vapors and compresses them to the pressure of the Kon capacitor 44, which is cooled by cooling water.
Here the coolant becomes liquid again. Part of it flows back through the reducing valve 43 into the evaporator 46, the other part is pumped up to the higher pressure of the motive steam generator 48 by the gear pump 49. The gear pump 49 needs little power and can be driven externally or by the motor 41. The engine exhaust. 41 heat the steam generator 48 and generate the motive steam required to operate the jet fan.
The pressure energy of the motive steam is converted in the nozzle of the jet blower 45 into velocity energy, with the aid of which the low-pressure vapors sucked in from the evaporator 46 are entrained.
In all of the exemplary embodiments described, the engine's intake air is cooled down to a temperature that is lower than the temperature of the coolant available for the engine coolant.
With the help of pre-cooling by means of a refrigeration unit, it can be achieved that all temperatures in a highly charged engine are the same or even lower than in an engine without charging.