DE1000636B

DE1000636B - Device for producing a fuel-air mixture for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1000636B
Application number: DED13641A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Albrecht Kuske
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1952-11-21
Filing date: 1952-11-21
Publication date: 1957-01-10

Description

Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoffluftgemisches für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoffluftgemisches mit möglichst vollständiger Verdampfung des Kraftstoffes durch Zuführung von Wärme durch Kompression des Kraftstoffluftgemisches und anschließender Abkühlung (Rückverneblung) durch Expansion desselben.Device for producing a fuel-air mixture for internal combustion engines The invention relates to a device for producing a fuel-air mixture with as complete as possible evaporation of the fuel by supplying heat through compression of the fuel-air mixture and subsequent cooling (re-atomization) by expansion of the same.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Kompression des Kraftstoffluftgemisches adiabatisch durch Kolbenkompressoren und die Expansion durch eine adiabatische Entspannung in Düsen vorgenommen. Ein Kolbenkompressor bedingt aber nicht nur einen größeren baulichen Aufwand als ein Kreiselverdichter, sondern ergibt auch keine die Zerteilung der Brennstoffteilchen fördernde Schleuderwirkung wie dieser.In known devices of this type, the compression of the fuel-air mixture adiabatically through reciprocating compressors and expansion through adiabatic relaxation made in nozzles. A piston compressor does not only require a larger one structural effort than a centrifugal compressor, but also does not result in the division the centrifugal effect promoting the fuel particles like this one.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen das Kraftstoffluftgemisch durch Schaufelräder eines Schraubengebläses beim Durchgang durch dieselben zerstäubt und anschließend vor der Zuführung zur Brennkraftmaschine gegebenenfalls noch durch einen Kreiselverdichter verdichtet wird.Devices are also known in which the fuel-air mixture atomized by impellers of a screw blower when passing through the same and then, if necessary, before being fed to the internal combustion engine a centrifugal compressor is compressed.

Bei der durch adiabatische Rückentspannung in Düsen erzielten Temperaturerniedrigung tritt der Nachteil auf, daß mit letzterer eine Umsetzung in eine große Geschwindigkeit verbunden ist, die durch Verwirbelung und Aufstau vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine zum Teil wieder in Wärmeenergie umgesetzt wird. Dadurch findet anschließend an die Entspannung eine erneute Erhöhung der Temperatur statt. Demgegenüber tritt bei der erfindungsgemäßen Entspannung mit Arbeitsabgabe eine viel kleinere Geschwindigkeit am Austritt aus der Kompressions-Expansions-Maschine auf.With the temperature decrease achieved by adiabatic back relaxation in nozzles there is a disadvantage that the latter can be converted at a high speed is connected by turbulence and build-up before entering the internal combustion engine is partially converted back into thermal energy. This then takes place at the Relaxation a further increase in temperature takes place. In contrast, the relaxation according to the invention with work output a much lower speed at the exit from the compression-expansion machine.

Erst recht bei einem Verzicht auf eine Rückentspannung liegt die Temperatur vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine merklich über der des Ansaugezustandes. Dadurch ergibt sich eine Verschlechterung des Füllungsgrades und somit des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine.The temperature is even more so if you do without back relaxation before entering the internal combustion engine noticeably above that of the intake state. This results in a deterioration in the degree of filling and thus in the degree of efficiency the internal combustion engine.

Die Erfindung besteht im wesentlichen in einer zur Kompression und Expansion des Kraftstoffluftgemisches dienenden, als Kreiselmaschine ausgebildeten, vereinigten Kompressions-Expansions-Maschine und in einer Einrichtung zur zusätzlichen Kühlung des Kraftstoffluftgemisches vor oder während der Expansion. Die Erfindung bewirkt daher eine bleibende Abkühlung nicht nur infolge einer Expansion mit Arbeitsabgabe, sondern auch durch eine zusätzliche Wärmeabfuhr.The invention consists essentially in one for compression and Expansion of the fuel-air mixture, designed as a centrifugal machine, combined compression-expansion machine and in one device for additional Cooling of the fuel-air mixture before or during the expansion. The invention therefore causes a permanent cooling not only as a result of an expansion with work output, but also through additional heat dissipation.

In Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die zusätzliche Kühlung durch äußere Kühlmittel oder durch ein Mischen mit anderen, kälteren Gasen bzw. durch Verdampfen einer weiteren Flüssigkeit erfolgt, insbesondere derart, daß der Läufer oder das Gehäuse der Kreiselmaschine zwischen der Kompressions- und der Expansionsstufe einem Kühlmittel ausgesetzt ist.In an embodiment of the invention, a method is proposed in the additional cooling by external coolants or by mixing with others, colder gases or by evaporation of a further liquid takes place, in particular such that the rotor or the housing of the centrifugal machine between the compression and the expansion stage is exposed to a coolant.

Bei einer Temperaturerniedrigung bis zum Sättigungszustand oder darunter werden die einzelnen Kraftstoffbestandteile des Kraftstoffgemisches nach Art und Gewichtsverhältnis zweckmäßig derart gewählt, daß ihnen entsprechend ihren Teildrücken im wesentlichen die gleiche Sättigungstemperatur zugeordnet ist. Die Sättigungstemperatur eines solchen Kraftstoffes liegt tiefer als bei jedem anderen Gemisch der gleichen Kraftstoffbestandteile, da bei jeder anderen Gemischzusammensetzung einer der Bestandteile eine höhere Sättigungstemperatur als die anderen aufweisen und somit bei der Temperaturerniedrigung früher als diese kondensieren wird.When the temperature drops to a state of saturation or below the individual fuel components of the fuel mixture according to type and Weight ratio expediently chosen such that they correspond to their partial pressures essentially the same saturation temperature is assigned. The saturation temperature such a fuel is lower than any other mixture of the same Fuel constituents, since one of the constituents of any other mixture composition have a higher saturation temperature than the others and thus when the temperature is lowered earlier than this will condense.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung und zeigt als Beispiel in Fig. i eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung und in Fig.2 ein i-s-Diagramm zur Erläuterung des mit der Vorrichtung ausgeübten Verfahrens (wobei i der Wärmeinhalt und s die Entropie ist).The drawing illustrates the invention and shows it as an example in Fig. i a schematic representation of a device according to the invention and in Fig.2 an i-s diagram to explain the procedure performed with the device (where i is the heat content and s is the entropy).

Der Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine wird innerhalb des Ansaugrohres io für die Verbrennungsluft durch eine Düse il möglichst fein versprüht und, von der Luft mitgenommen, einem Kreiselverdichter z2, welcher Teil einer vereinigten Kompressions-Expansions-Maschine ist, zugeführt. Der Kreiselverdichter 12 kann durch die Brennkraftmaschine oder selbständig angetrieben werden. Da das Turbinenrad 15 mit dem Verdichter 12 auf einer gemeinsamen Welle angeordnet ist, ist an Antriebsleistung lediglich die Differenz der vom Verdichterrad 12 aufgenommenen und der vom Turbinenrad 15 abgegebenen Leistung aufzubringen. Im Verdichter 12 erfolgt dabei eine adiabatische Kompression und somit Erhitzung des Kraftstoffluftgemisches, so daß der Kraftstoff die zum Verdampfen erforderliche Verdampfungswärme der Verbrennungsluft entziehen kann und daher verdampft. Ein solcher Vorgang ist im i-s-Diagramm der Fig. 2 beschrieben, wobei der Punkt A den Anfangszustand (Ansaugezustand) und der Punkt Bi den Endzustand der Kompression bedeutet; bei verlustloser, nicht reibungsbehafteter Kompression würde der Zustandpunkt B erreicht werden. Durch die Verdampfung und die damit verbundene Feinverteilung des Kraftstoffes auf die Verbrennungsluft wird während dieser Zustandsänderung eine Aufbereitung desselben erzielt. Bei einer Kreiselmaschine wird die Zerstäubung durch die auftretende Schleuderwirkung zusätzlich begünstigt.The fuel for an internal combustion engine is inside the intake pipe io sprayed as finely as possible for the combustion air through a nozzle il and, from taken by the air, a centrifugal compressor z2, which is part of a united Compression expansion machine is fed. The centrifugal compressor 12 can by the internal combustion engine or be driven independently. Since the turbine wheel 15 is arranged with the compressor 12 on a common shaft, is of drive power only the difference between that taken up by the compressor wheel 12 and that taken up by the turbine wheel 15 submitted service to raise. In the compressor 12 takes place adiabatic compression and thus heating of the fuel-air mixture, so that the fuel has the heat of vaporization of the combustion air required for vaporization can withdraw and therefore evaporate. Such a process is in the i-s diagram Fig. 2 described, the point A being the initial state (suction state) and the Point Bi means the final state of compression; with lossless, not frictional Compression, state point B would be reached. By evaporation and the related fine distribution of the fuel to the combustion air A processing of the same achieved during this change of state. With a gyroscope atomization is also promoted by the centrifugal effect that occurs.

Infolge der erhöhten Temperatur ergäbe sich aber eine Verschlechterung des Füllungsgrades der Brenn kraftmaschine.As a result of the increased temperature, however, there would be a deterioration the degree of filling of the internal combustion engine.

Erfindungsgemäß ist die Kreiselmaschine daher mit einer Einrichtung zur zusätzlichen Kühlung dies Kraftstoffluftgemisches versehen. Der Läufer 14 der Kompressions-Expansions-Maschine ist so ausgebildet, daß sich dem Verdichterrad 12 vor dem Turbinenrad 15 ein Ringkanal anschließt, in dem eine Kühlung des Gemisches durch einen den Läufer 14 umspülenden Kühlluftstrom erfolgt. Es wird dabei der Sättigungszustand wieder erreicht, und es bildet sich ein feiner Kraftstoffnebel. (Die Sättigungstemperatur liegt wegen des gegenüber dem atmosphärischen Ansaug,ezustand höheren Druckes etwas über der für atmosphärischen Druck.) Im i-s-Diagramm ist diese isobare Kühlung durch die Zustandsänderung vom Punkt B1 zum Punkt C dargestellt.According to the invention, the gyroscope is therefore equipped with a device this fuel-air mixture is provided for additional cooling. The runner 14 of the Compression-expansion machine is designed so that the compressor wheel 12, in front of the turbine wheel 15, an annular channel is connected in which the mixture is cooled takes place by a flow of cooling air flowing around the rotor 14. It becomes the state of saturation reached again, and a fine fuel mist forms. (The saturation temperature is due to the higher pressure compared to the atmospheric intake above that for atmospheric pressure.) In the i-s diagram, this isobaric cooling is through the change of state from point B1 to point C is shown.

Anschließend findet im Turbinenrad.- 15 eine weitere Temperaturerniedrigung durch Rückexpansion auf den Anfangsdruck statt, wobei der Zustandspunkt Dl, dem die Temperatur t3 entspricht, bei verlustloser Expansion der Zustandspunkt D erreicht wird. Diese Temperatur t3 liegt sogar unter der Temperatur t1 des Ansaugezustandes und selbstverständlich unter der Temperatur t2 eines Zustandspunktes A1, der sich bei unverzüglich an die Kompression anschließender Expansion ergeben würde.Then there is a further decrease in temperature in the turbine wheel 15 by re-expansion to the initial pressure, the state point Dl, the the temperature corresponds to t3, the state point D is reached with lossless expansion will. This temperature t3 is even below the temperature t1 of the intake state and of course below the temperature t2 of a state point A1, which is in the event of expansion immediately following the compression.

Das der Brennkraftmaschine durch die Leitung 16 zugeführte Gemisch ist also sowohl von einer niedrigen Temperatur als auch gut aufbereitet.The mixture supplied to the internal combustion engine through line 16 so it is both at a low temperature and well prepared.

Claims

PATEN APPLICABLE: i. Device for producing a fuel-air mixture with as complete as possible evaporation of the fuel by supplying heat by compressing the fuel-air mixture and subsequent cooling (back-atomization) by expanding it, characterized by a combined compression-expansion machine designed as a centrifugal machine and a device for additional cooling of the Fuel-air mixture before or during expansion.

2. A method for operating a device according to claim i, characterized in that that the additional cooling by external coolants or by mixing with others, colder gases or by evaporation of a further liquid takes place, in particular such that the rotor or the housing of the centrifugal machine between the compression and the expansion stage is exposed to a coolant.

3. A method of operating a device according to claim i and 2, characterized in that the temperature is lowered to the saturation state or below and the individual fuel constituents of the fuel mixture are selected according to type and weight ratio such that they are assigned the same saturation temperature according to their partial pressures is. Considered publications: German patent specifications No. 196 oo2, 214917, 3 0 8 953. 3a9192 438 0 98, 489 499, 57 0 249 = 65o 952: French patent specifications No. 573 438, 6o5 209, 757 572.