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Einrichtung zur Abkälteverwertung bei Brennkraftmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abkälteverwertung bei Brennkraftmaschinen,
bei denen die in einem Wärmeaustauscher vorgekühlte Verbrennungsluft sich im Vergaser
mit dem Verbrennungsgas mischt, das Luftgasgemisch seine Kälte an eine Kühleinrichtung
abgibt und nach Durchgang .durch den Wärmeaustauscher zur Brennkraftmaschine gelangt.
Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmeaustauscher
und der Brennkraftmaschine ein Kompressor eingeschaltet ist, auf dessen Saugseite
die Mischung der Verbrennungsluft mit dem. Verbrennungsgas erfolgt.
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Es ist bereits bei Brennkraftmaschinen ohne Abkälteverwertung vorgeschlagen,
eine Vorkompression des -Luftgasgemisches herbeizuführen, bevor es in die Arbeitsstelle
(Zylinderblock) eintritt, denn die Leistung der Brennkraftmaschine kann hierdurch
gesteigert werden.
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Es ist auch schon vorgeschlagen, bei Brennkraftmaschinen, die mit
Einrichtungen zur Verwertung von Abkälte zusammenarbeiten, eine Saug- und Druckplumpe
vorzusehen, mit der Brennstoffgase ohne Luftbeimischung eingesaugt und etwa auf
den Atmosphärendruck komprimiert werden. Danach wird das komprimierte Gas mit Frischluft,
und zwar vor seinem Eintritt in .die Arbeitsstelle der Brennkraftmaschine, gemischt.
Die letztgenannte Einrichtung hat den Nachteil, daß man zur Erzielung einer praktischen
V er dampfertemperatur von etwa -5° bis -ro° einen außerordentlich niedrigen Druck
über den flüssigen Brennstoff zu dessen Verdampfung bei dieser Temperatur erzeugen
muß, um diesen niedrigen Druck dann im Kompressor wieder auf entsprechend höheren
Druck zu verdichten, bei dem die Leistung der Brennkraftmaschine normal oder gesteigert
ist. Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung beseitigt, da der Kompressor
derart geschaltet ist, daß die Luftzumischung der Verbrennungsluft bereits auf der
Saugseite des Kompressors eintritt. Durch diese Beimischung kann die Saugseite des
Kompressors mit relativ höherem Druck arbeiten, da der niedrige Druck auf der Saugseite
teilweise durch die Verbrennungsluft und teilweise durch den Partialdruck der Brennstoffgase
bedingt ist.
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Gleichzeitig wird hierdurch der Vorteil gegeben, daß die den Brennstoff
überstreichende Luft auch die schwer flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs zur
Verdampfung bringt, so daß auch diese in verdampftem Zustand in die Brennkraftmaschine
eintreten.
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Läßt man den flüssigen Brennstoff im Verdampfer bei einem Totaldruck
von beispielsweise o,5 Atm. ohne Zumischung von Luft verdampfen, so erhält man wesentlich
höhere Temperaturen, als wenn man bei dem gleichen
Gesamtdruck von
0,5 Atm. den Brennstoff in Gegenwart der Verbrennungsluft verdampfen läßt,
denn dann liegt der Partialdruck der Brennstoffdämpfe unterhalb von o,5 Atm. Die
Erfindung gestattet es also, bei gesteiger-_ ter Motorleistung besonders tiefe Temperaturen
zu erzielen.
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Die Erfindung soll unter Hinweis auf die beiliegenden. Zeichnungen
näher beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeiehrlende Merkmale der Erfindung
ergeben werden.
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Als Anwendungsgebiet für die Erfindung kommen in erster Linie Automobile,
insbesondere Transportautomobile, Motorboote oder ähnliche Fahrzeuge in Betracht,
jedoch kann die Erfindung auch bei anderen Fahrzeugen sowie für stationäre Anlagen,
wo Brennkraftmaschinen als Kraftduelle vGrhanden sind, verwendet werden.
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In der Abb. i bezeichnet io den Zylinderblock einer Verb.rennungskraftmaschine,
z. B. eines Automobilmotors, i i ist das Zuführungsrohr für das Luftgasgemisch,
das durch das Saugrohr 12 den Arbeitszylindern zugeführt wird. Mit 13 ist der Vergaser
der Maschine bezeichnet und mit 14 im Gemischzuführungsrohr ii angeordnete Rohre.
Durch diese Rohre 14, die mit dem Zuführungsrohr i i einen Wärmewechsler bilden,
wird die Frischluft unter Vermittlung des Rohres 15 dem Vergaser 13 zugeführt. Vom
Vergaser 13 zum Rohr i i führt ein gut isolierter Behälter 16, der im folgenden
als Kälteerzeuger bezeichnet werden soll. Im Innern des Kälteerzeugers liegt eine
Schlange 17, die durch Leitungen 28, 29 mit einer zweiten Schlange 40 in Verbindung
steht, die von einem Kühlkörper 41 umschlossen ist. Der Kühlkörper 41 'ist im Innern
eines zu kühlenden Raumes 18 angeordnet. Zwischen dem Rohr i i und dem Saugrohr
12 ist ein beispielsweise vom Motor angetriebener Kompressor 51 vorgesehen, der
das Gasgemisch aus dem Rohr i i und dem Raum 16 saugt und es in den Zylinderblock
unter Kompression eindrückt.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Die für
die Verbrennung erforderliche, von außen kommende Frischluft streicht in Richtung
der Pfeile durch die Rohre 14 hindurch und durch das Rohr 15 in den Vergaser 13,
aus dem sie Brennstoff, z. B. Benzinflüssigkeit, in feinverteiltem Zustand in den
Kälteerzeuger 16 mitreißt. In diesem verdampfen die Flüssigkeitstropfen unter Kälteerzeugung,
iund das Luftgasgemisch geht durch die Leitung i i und tritt in den Kompressor 51
ein, wo das Gasgemisch komprimiert und in den Zylinder der Maschine durch das sog.
Saugrohr 12 eingedrückt wird.
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Die Rohre i i und 14 sind zu einem Temperaturwechsler i9 ausgebildet,
in dem die eintretende Frischluft vor dem Eintritt in den Vergaser durch das nach
dem Kompressor ziehende Gasgemisch vorgekühlt wird. Um eine noch bessere Leistung
der Kälteeinrichtung zu erreichen, kann erfindungsgemäß auch der flüssige Brennstoff,
der in den Vergaser eingeführt werden soll, in Wärmeaustausch mit den Rohren i i
und/oder 14 gebracht werden, wie in der Abb. 2 dargestellt, in der die Bezugszeichen
denjenigen der Abb. i entsprechen.
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Bei der in Abb. 2 gezeigten Ausführungsform bezeichnet 52 die Rohrleitung,
die Gien Brennstoff von dem nicht in der Abbildung gezeigten Sammelbehälter in den
Vergaser 13 führt. Das Rohr 53 ist vor seiner Einmündung in den Vergaser 13 zu einem
Behälter 53 erweitert, von dem aus der flüssige Brennstoff durch eine Leitung 54
dem Vergaser 13 zufließen kann. Die durch die Rohre 14 des Temperaturwechslers i
i einströmende atmosphärische Luft wird von dem Endstutzen 55 teilweise durch einen
Stutzen 56 in den Behälter 53 geführt. Dieser Teil der Luft überstreicht das flüssige
Kältemittel im Behälter 53, das dadurch vor seinem Eintritt in den Vergaser 13 unterkühlt
wird und das hierbei entstehende Brennstoffluftgemiseh wird durch einen Stutzen
57 in den inneren Teil des Temperaturwechslers i i geführt, von dem aus es durch
den Kompressor abgesaugt wird. Ein anderer Teil der in der Kammer 55 vorhandenen
Luft tritt direkt in den Vergaser 13, wo diese Luft mit dem unterkühlten flüssigen
Brennstoff zusammentrifft, so daß dieser Brennstoff im Kälteerzeuger 16, der in
diesem Fall mit Kühlflanschen 58 versehen ist, verdampft. Das hierbei entstehende
Brennstoffluftgemisch geht, wie in Abb. i, durch den Temperaturwechsler i i zum
Kompressor 51.
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Statt wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, kann auch die Leitung
52 direkt durch den Temperaturwechsler i i zum Vergaser 13 geführt werden, so daß
also die durch die Rohre 14 einströmende atmosphärische Luft, der durch die Leitung
52 fließende flüssige Brennstoff und das aus dem Vergaser 13 und dem Kühler 16 kommende
Brennstoffluftgemisch im Temperaturwechsler i i in gegenseitigen Wärmeaustausch
gebracht werden.
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Mit Rücksicht auf die niedrige Temperatur, die bei Anlagen gemäß der
Erfindung im Temperaturwechsler entstehen kann, empfiehlt es sich, eine Entwässerungseinrichtung
für die im Temperaturwechsler kondensierten Wasserdämpfe vorzusehen bzw. ihn in
geneigter Lage anzubringen.
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Wie aus den Abb. 1 und 2, die nur Ausführungsbeispiele schematisch
darstellen, sowie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist durch
die Einschaltung des Kompressors zwischen der Luftgasgemischseite und dem Motor
eine Kompression der zu verbrennenden Gase zu einem geeigneten Druck, gegebenenfalls
sogar über Atmosphärendruck, unter gleichzeitigem Erzeugen von niedrigem Druck im
Kälteerzeuger erreicht. Zugleich mit der verbessertenLeistung derBrennkraftmaschine
ist .durch die Erfindung auch der Vorteil erreicht, daß derTemperaturwechsler viel
kleiner und einfacher gebaut werden kann, als es in den bekannten Einrichtungen
ohne Kompressor möglich war, da wegen des niedrigen Druckes im Kälteerzeuger tiefere
Temperaturen als üblich entstehen, also das in den Temperaturwechsler i i, 14 tretende
Gas kälter als sonst ist und auch wegen des hinter dem Tetnperaturwechsler liegenden
saugenden Kompressors die Geschwindigkeit -der wärmeaustauschenden Mittel größer
als. üblich ist. Die übertragung der Nutzkälte vom Kälteerzeuger 16 auf die zu kühlenden
Gegenstände kann in beliebiger bekannter Art erfolgen.