DE870780C

DE870780C - Arbeitsverfahren fuer Brennkraftmaschinen mit Wasserzusatz

Info

Publication number: DE870780C
Application number: DEP42832A
Authority: DE
Inventors: Paul Xavier Spillane
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-05-17
Filing date: 1949-05-15
Publication date: 1953-04-27

Description

Arbeitsverfahren für Brennkraftmaschinen mit Wasserzusatz Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und bezweckt, die Wärme der Abgase zur Erhöhung der Gesamtleistung nutzbar zu machen.
Erfindungsgemäß ist ein Arbeitsverfahren für Brennkraftmaschinen mit einem Vergaser und einem Wärmeaustauscher zum Vorwärmen des Ansauggetniscähes mittels Auspuffgasen, dadurch gekennzeichnet, daßt Wasser in feinverteiltem Zustand mit dem Ansauggemisch zwischen dem Vergaser und dem Wärmeaustauscher zugemischt, das Wasser in dem Gemisch bei Temperaturen unter seinem Siedepunkt zu Wasserdampf verdampft wird, -,vobei mindestens ein Teil der für die Verdampfung des Wassers erforderlichen Wärme durch die Kondensationswärme des Wasserdampfanteils der Auspuffgase geliefert wird und die so gebildete Mischung von Wasserdampf und An.sauggemisch in den Motor eingeführt wird.
Ferner umfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, bei der das Auslaßrohr für das Ans,aug",mi.sch stufenweise von der Temperatur der Außenluft auf etwa 77 bis 8a° C erhitzt wird.

Diie Verwendung von Wasserdampf bei Brrennkraftmaschinen, um die Temperaturspitzen herabzuisetzen und Wärmeverluste als Folge der Vorpuffung, der Kühlung und anderer Ursachen zu verhindern, ist bekannt. Es ist auch bekannt, daß die Gegenwart von trockenem Wasserdampf in dem Ansauggemisch in keiner Weise die Verbrennung stört, sondern andererseits dahin wirkt, infolge der besseren Mischung der reagierenden Dämpfe eine bessere Verbrennung zu bewirken,

Nach der vorliegenden Erfindung wird Wasser-

dampf mit vermindertem Verlust von gebundener

Wärme erzeugt, da die zur Erzeugung :des Wasser-

dampfes erforderliche Wärme durch die gebundene

Wärme des Auspuffdampfes und die freie Wärme

der Auspuffgase erzeugt wird.

Der ganze erforderliche Was,sendämpf fier die

Beimischung zum Ansinuggemisch wird unter dem

Siedepunkt erzeugt, wobei die Eigenschaften der

Luft zum Absorbieren des Wasserdampfes unter

dem Sitedepunkt vollständig ausgenutzt werden.

Die Erfindung wird in. ihrer Anwendung auf

einen Bieznnmotor mit Funkenzündung be-

sohirieben.

In der schematischen D:a;rst@ellung zeigt

Fig. i einen. Aufriß einer Vorrichtung nach der

vorliegenden Erfindung teilweise im Schnitt,

Fia. 2: einen Aufriß eines Teils der Vorrichtung

nach Fiig. i mit einer anderen "#,usführungsfo@rm feie

die Wassereinfwhru.ng, teilweise im Schnitt.

In den Ausführungsbeispielen. nach dien: Zeich-

nungen ist ein; Wärmeaüstauschar 3 in geneigter

Lage reiben einer B:renmkraftmasichine angeordnet,

welch letztere durch die unterbrochenen Umrsß-

knien 4 angedeutet ist. Ein Wasis:erzeirstäübunigs-

kopf 5 isst. an einem EinlaSverbindungsrohr 6 be-

festigt, welcher eine Schwimmkammer 7 beisitzt,

mit einem EinlaßTohr 8 und einem Ventil g. Das

Einilaßverhindungstro:hr 6 ist an. seinem einen Ende

mit dem Wäirmeaustauscher verbunden. An seinem

äußeren Ende befindet sich ein Vergaser io üblicher

Art. ,

Der Wärmeaus,tauscher besteht aus einem zylin-

drischien. Gehäuse i i reit sich verengenden Enden,

welche die Einlaß- und Ausla,ßkammern 12 bzw. 13

für das Lu£t-B,ren stoff-Wasserdampf-Gmnisch

bilden und einer Mehrzahl in Kurven gebogener

dünner Rohre 14, welche in Abstand voneinander

liegen und an den Endplatten 15 wassier'dicht be-

festigt sind, die ihrerseits wasserdicht an: dem

zylin@diri@schen Gehäusen befestigt sind. Dein Ro#l4,re 14

leiten das. Ansauggemisch, zwischen den. Kammern,

12 und 13-. Der Wärmeaus-tauscher wird: vorzugs-

weise, aber nicht unbedingt im Gegenstrom be-

trieben. Zu :diesem Zweck wird das mit mehreren

Abz;weigwngen versehene Auspuffrohr 16 der Ma-

schine mit dem zylindrischen Gehäuse i i des

Wärmeanstauschers neben der Auslaßkmum@er- 13

verbunden, und aus dem Behälter i i reicht ein

Auspuffrohr 17 neben, der Einlaßkammer 12 heraus.

An: einem Ende des Wärmeaustauschers ist ein

Rohr r& in Verhindiung mit der Kammer 13 und

mit seinem anderen Ende an dem Ansaugruhr ig

der Maschine befestigt.

Um Verlasbe durch die strahlende Wärme zu

vermindern, sind elle Teile der Anordnung, deren,

Temperatur während der Benutzung der Maschine,

über die Außentemperatur erhitzt werden, in

bekannter Weise mit dem

2o bekleidet.

Dile ,hauptsächlichen so isolierten Hefe sind der

Wärmenustauscher, das Einsaug- und Auspuffrohr

und d eren Verlängerungen sowie die Zylinder und

Zylin@derlcöp:fe der Maschine.

Beim Gang der Maschine streicht eine Mischung von. zerstäubtem Brennstoff und Luft aus dem Vergais@er über den. Wasserzerstäubungskopf 5, wo ihr Wasser in feinverteiltem Zustand zugemischt wird. Die feuchte- Mischung läuft dann durch die Rohre 14 des Wärmeaustauschers, wo sie .nach. und nach von der herrschenden Außentemperatuir auf 77 bis 82P C erhitzt wird. Die Öffnung des Wasserzerstäubungskopfes, ist vorzugsweise so, gestaltet, daß die Luft-Brennstoff-Mischung vollständig oder nahezu vollständig bei dieser Temperatur gesättigt wird.

Das zerstäubte Wasser -nimmt beim Durchlaufen durch denn Wärmeaustauscher die Wärme aus drei Abgasen auf, und das Luft-Brennstoff-Wasserdampf -Gemisch läuft dann durch das Ansaugrohr zu den Zylindern dar Maschine. Der Zweck dieser Sätt ggung mit Wasserdampf bei einer allmählich steigenden Temperatur ist der, dass Volumen der eintretenden Mischung in hohem Grade auszudehnen, ohne in iirgendeiner Weise. das Verhältnis der Luft zum Benzin zu beeinträchtigen, welches dasselbe bleiben muß, um eine wirksame Vorbrennung innerhalb der Zylinder zu sichern:. Vollständig gesättigte Luft bei 77° C hat nahezu das drei- bis. vierfache Volumen von trockener Luft bei derselben. Temperatur. Jeder Zylinder nimmt daher nur ungefähr den dritten Teil der B:ren nsto@ftmischung auf, welchen er regelrechterweisie ohne Sättigung aufnehmen würde.
Die Menge des durch den Wärmeaustanscher ausströmenden Wasserdampfes ist größer als, diejenige, welche in die Maschine geleitet wird, da während der Verbrennung der Brennstoff-Luft-Mischung zusätzliches Wasser gebildet wird, und infolgedessen wird eine bedeutende Menge Wärme durch die Kondensation des Wasserdampfes: in den Auspuffgasen abgegeben, ums das zerstäubte Wasser, welches mit der Luft-Brennstoff-Mischung durch den Wärmeaustauscher eingesogen wird, zu verdampfen.
Beim Zuführen: isst das Wasser zunächst kalt und wird z. B. durch ein Ventil mit einstellbarer Nadel ein dien Zerstäuber 5 oder ähnliche Vorrichtungen eingeführt, bis die Maschine und der Wärmeaustauscher ihre regelrechte Arbeiits.tempeeratur erhalten,. Die Wasserzerstäiübungs:vorrichtung ist sohemati,sch dargestellt. Sire kann jedoch irgendeine bekannte Vorrichtung enthalten, wie sie in Vergasern, zum Zerstäuben einer Flüssigkeit verwendet werden, wodurch die zugeführte Wassermenge so eingestellt. werden kann, wie sie zur Luft-Brennstoff-Mischung wünschenswert erscheint.
Wie bei Vergasern nnuß dien Wasserzerstäubungsvorrichtung in ähnlicher Weise eingestellt werden, um eine den Bedürfnissen entsprechende Mischung während des Arbeitsvorgangs. zu erhalten.
In Fig. 2 ist eine weitere Vorrichtung zur Zuführu:ng des Wassers in zerstäubtem Zustande gezeigt. Die Vorrichtung enthält .eine Zerstäubun.gsdüse 2@1, welche in der Wand des Wärmenustau.schers sitzt, so daß sie in die Einlaßkammer 1a reicht, und eine Pumpe 2,2 irgendeiner bekannten :Art, welche mit der Diese in Verbindung steht u,il:d durch d;ie Maschine angetrieben wird. Durch ein Einlaßro:hr 23 wird Waisser aus eineim Vorrartsheh.ä.lter zu der Pumpe geführt. Die Pumpe wird vorzugsweise mit einem Ko:ntro:l,lhahin an einem Nebenleitungsrohr versehen, um zu verhindern:, daß der Druck in der Pumpe einen bestimmten Wert überschreitet. Pumpen diesier Art sI.nd bekannt.
In dem Zuleitungsbereich zwischen der Wasserc. und dem mit Abzweigungen versciheaen Einla,Urohr zur Maschine isst ein Ablaufhahn ad. voirges'eahen.
Dar Wärmeauistauscher nach der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Bauart bie; schränkt. Der Zweck ist, einen so wirkungsvoll wie möglich arbeitenden Wäirmeaustauscher zu erhalten,. Jedoch muß der Wärmeaus:üauscher in einer solchen Weise angeordnet oder gebaut stein, daß das Kondensat mit dien Auspuffgasen entweichen. kann.
Um weitere Wärme zu sparen, kann ein Was(seirverschluß in der Auspuffleitung angeordnet werden, welcher das Kondensat aufnimmt und es durch einen Vorwärmer leitet, welcher das Ei.nlaß:rohr zur Wasserpumpe enthält, wodurch eine merkliche Wärmemenge in dem Kondensaa dazu verwendet wird, um die Temperatur dies eintretenden Wassers zu erhöhen.
Wenn, die Vorrichtung bei Kompresisnonsmaschinen: angewendet wird, wird dir Vergaser wneggelasisen wind ' es wird nur Luft über die Wa;sserzerstä:uibungsvorrichtung zugeführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Arbeitsverfahren für Birennkraftim:aschinen mit einem Vergaser und einem Wärmeaustauscher, zum Vorwärmen des Ansauggemisches mitteins. Auspuffgasen, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in feinverteiltem Zustand: mit dem Ansauggemisch zwischen dem Vergaser und dem Wärmeaustauscher zugemischt, das Wasser in dien Gemisch bei Temperaturen. unter sieinc:m Siedepunkt zu Wasserdampf verdampft wird, wobei mindestens ein Teil der für die Verdampfung des Wasisers erforderlichen Wärme durch die Kondensationswärme deis Was:serdampfan:bei:ls der Auspuffgase geliefert wird und die so gebildete Mischung von Wasserdampf und Ansauggemisch in den Motor eingeführt wird. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet daß das Wasser und das Ansanggemi,sch stufenweisse von der Temperatur der Außenluft. auf etwa 77 bis 8z° C erhitzt. wird. 3. Verfahren nach Anspruch a, dadurch gekennzeichnet, daß genügend Wasser in das Ansauggemisch gebracht wird, daß das Anisauggemisch bei der jewei.l:igen Temperatur im wesentlichen gesättigt ist. ,4. Verfahren nach Anspruch i bi,s 3, dadurch gekennzeichnet, daß dass Wasiser und das. Ansiauggemi,sch: von der Temperatur der Außenluft in dem Wärmeaustauscher im Geigens.tiro:m zu den Auspuffgasen auf ungefähr 77 biss 82#° C erhitzt; wird, wobei das Wasser in solcher Menge zugeführt. wird, um die Mischung bei der betreffenden Temperatur im wesentlichen zu sättigen. 5. Vorrichtung zur Ausübung dies Verfahrens nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß dass. Aus,la,ßirohir für das Ansauggem:i.sch aus dem Wärmeaustauscher mit der Ansaugleitung der B.rennkrafümaschine verbunden isst, in der Nähe des Auslaßend.es des Wäirmeaustau:schers für das Ansauggemisch ein Einla.ßrohr für die Auspuffgase angebracht ist und mit der Auspuffsammeilleitung der BTennkraftmaschine verbunden ist und ein Auspuffgasauslaßrohr an dem Wärmeaustauscher in der Nähe des Einlaßendes für das Ansauggemisch angebracht ist, der Wärmeiaustauscher zur Erhöhung der Temperatur der hindurchgeführten Ansa.ugga:se eingerichtet ist und die mit diesen gemischten Wasserteilchen mindestens teilweise durch die latente Wärme des. Wasserdampfes der Auspuffgase erhitzt wird. 6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nasch Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dien Wärmeaustau@scher eine An:zah;l von Rohren angeordnet ist, welche gegen den Einlaß für das Ansauggemisch offen sind und sich in Kurven innerhalb des Wärmeausta.u.schers erstrecken. und durch welche das. Was,ser und .die Ansauggase strömen, während die Auslaß'-enden dieser Rohre mit der Austrüttsö:ffnung deis Wärmeaustauschers für das Ansauggemisch in Verbindung stehen., die ,ihrerseits mit der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine in. Verbindung steht, einem Einlaß für die Auspuffgase in den: Wärmeaustauscher in der Nähe der AusIaßenden der gekurvten Rohre, während die Auspuffgase am anderen Ende dieser Rohre austreten.