AT158564B - Verfahren zum Betreiben von mehrstufigen Brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zum Betreiben von mehrstufigen Brennkraftmasehinen. 



   Vorliegende Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen stellen eine wesentliche Verbesserung beim Betreiben von ein-und mehrstufigen Brennkraftmaschinen dar, bei denen die im Kühlwasser und in den Abgasen vorhandene Abwärme zur Dampferzeugung benutzt wird. 



   Es wurde bereits vorgeschlagen, bei Brennkraftmaschinen die zur Kühlung der Zylinder abzuführende und die in den Abgasen enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf eines inerten Mittels zu benutzen, der nach beendigtem Saughub in den Zylinder zusätzlich zur vorhandenen Ladung eingeführt, mit ihr verdichtet und dann gemeinsam mit den Verbrennungsgasen unter Arbeitsleistung entspannt wird. 



   Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieses Verfahrens und besteht darin, dass der Dampf nach der Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches zusammen mit den Verbrennungsgasen unter Leistung äusserer Arbeit in zwei oder mehr als zwei Stufen bis auf etwa   Aussendruck   entspannt wird. 



  Die dem Zylinder zu entziehende Wärme und die im Auspuff bis auf   150-200  C   ausnutzbare Wärme wird auf ein inertes Medium, z. B. Wasser bzw. Wasserdampf, übertragen und dann als feuchter oder überhitzter Dampf während des Verdichtungshubes, also nach Schliessen des Saugventils, in den Zylinder oder in das   Arb2itsorgan   eingeblasen. Infolge dieser Massnahme steigt die Kompressionstemperatur und der Kompressionsdruck, während die Anfangstemperatur des Arbeitshubes etwa die gleiche bleibt.

   Da das   Verhältnis   von Kompressionstemperatur zur Ansaugtemperatur wesentlich grösser als ohne Einführen des inerten Mediums ist, so ist dementsprechend das Verhältnis von Anfangstemperatur zu Endtemperatur beim Arbeitshub in gleicher Weise grösser, d. h. die geleistete Arbeit hat gleichfalls einen grösseren Wert, u. zw. steigt die Arbeitsleitung gegenüber dem jetzt bekannten Betrieb um 50% bzw. gegenüber dem Betrieb mit Ausnutzung der Abhitze zum Betreiben einer Dampfmaschine um   30%.   Da ferner die Temperatur nach beendetem Arbeitshub um   200-300'unter   der der jetzt bekannten Verfahren und Maschinen liegt, während der Entspannungsenddruck höher ist, so ist es wirtschaftlich möglich, einen zweiten Arbeitsraum dem Zylinder nachzuschalten, in welchem die Entspannung bis auf Aussendruck erfolgt.

   Dabei ist es zweckmässig, diesen Arbeitsraum als Drehkolbenmaschine auszubilden, um die Volumina mit höheren Wirkungsgraden bewältigen zu können. Hiebei ist es auch   zweckmässig,   mehrere Kolbenmaschinen bzw. Zylinder auf eine Drehkolbenmaschine arbeiten zu lassen. 



   . Die Entspannung in dem nachgeschalteten Arbeitsraum kann nun so erfolgen, dass beim Enddruck des Arbeitshubes des ersten Arbeitsraumes ausgeschoben und dann nach beendetem   Ausschub   im zweiten Arbeitsraum entspannt wird. In diesem Fall ist das Restvolumen des Kompressionsraumes des ersten Arbeitsraumes in den Auspuff vermittels eines gesteuerten Ventils zu entspannen, um neues Gemisch ansaugen zu können, oder aber, es ist mit einem besonderen Verdichter vorverdichtetes Gemisch, dem die entsprechende Menge des inerten, dampfförmigen Mediums beigemischt sein kann, in den ersten Arbeitsraum einzuführen. 



   Es kann aber auch die Entspannung in der Art erfolgen, dass der Druck beim Ausschub aus dem ersten Arbeitsraum in den zweiten Arbeitsraum bis zum Hubende auf etwa 1 atü fällt, so dass also Ausschub aus dem ersten Zylinder und Arbeitsleistung im zweiten gleichzeitig bei freier Verbindung beider Räume erfolgt   (Verbundanordnung).   



   Vorliegendes Verfahren lässt sich sowohl bei Brennkraftmaschinen des Otto-Prinzips, also bei Verdichten von Brenngasgemisch, als auch bei Brennkraftmaschinen des Diesel-Prinzips, also bei Einspritzen bzw. Einblasen des Brennstoffs nach beendetem Verdichtungshub, verwenden. 
 EMI1.1 
 mehr als   300  in   den Arbeitsprozess eingeführt werden. 



   Hiebei kann das Medium während des Arbeitshubes des ersten Arbeitsraumes (Explosionszylinder) in diesen eingeführt werden. Es ist aber auch möglich, das inerte Medium während des bei Gegendruck oder bei stetig sinkendem Druck erfolgenden   Ausschubes   der Gase von dem ersten zum zweiten Arbeitsraum (nachgeschalteten Zylinder) in den ersten Arbeitsraum oder in die Verbindung beider einzublasen oder aber es kann das inerte Medium gleichzeitig mit den aus dem ersten Arbeitsraum austretenden Verbrennungsgasen unmittelbar in den zweiten Arbeitsraum eingeführt werden. 



   Durch dieses Verfahren wird erreicht, dass für das inerte Medium keine Verdichtungsarbeit aufzuwenden ist und somit der Wirkungsgrad des gesamten Arbeitsprozesses gesteigert wird. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



    Während gemäss dem zuerst beschriebenen Verfahren Dampf gegen Ende des Saughubes bzw. am Anfang des Verdichtungshubes, eingeführt wird, kann der zuzuleitende Dampf mit 2 bis 3 atü einen Injektor betreiben und dadurch Luft bzw. Gemisch während des Saughubes in den ersten Arbeitsraum drücken, so dass die Ladung entsprechend der Injektorarbeit steigt und damit zugleich der Wärmedurchsatz durch ein gegebenes Volumen des ersten Arbeitsraumes sowie der nachgeschalteten Arbeitsräume. Hiebei soll der Dampf wieder mittels im Arbeitsvorgang anfallender Abwärme, z. B. aus dem Auspuff oder der Zylinderkühlung, erzeugt werden. Der Injektor bewirkt ausserdem noch eine innigere Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft, so dass dadurch eine vollkommenere Verbrennung erzielt wird. 



  Gemäss dem beschriebenen Verfahren wird ein dampfförmiges inertes Medium, z. B. Wasserdampf, mit dem Brenngasgemisch oder der Verbrennungsluft verdichtet, wobei nach dem Arbeitshub des ersten Arbeitsraumes das Verbrennungsgas in einem zweiten Arbeitsraum bis auf Aussendruck entspannt wird. Die Temperatur beim Eintritt in den zweiten Arbeitsraum ist aber noch so hoch, dass in dieser Stufe, die zweckmässig mit einer Drehkolbenmaschine ausgerüstet wird, eine besondere Konstruktion derselben erforderlich ist, die den bei diesen Temperaturen auftretenden schwierigen Betriebsverhältnissen gerecht wird. 



  Um aber die bereits erprobten Kolben-und Rotationsmaschinen benutzen zu können, wird gemäss der Erfindung dem Verbrennungsgas beim Überströmen vom ersten Arbeitsraum in den zweiten Arbeitsraum so viel Wärme entzogen, dass die Eintrittstemperatur in den zweiten Arbeitsraum unter 600  C liegt. 



  Die entzogene Wärme geht jedoch nicht verloren, sondern wird auf das im Kreislauf geführte   
 EMI2.1 
 leistung benutzt wird. 



   Ferner kann die gleiche Wirkung wie im vorstehenden erzielt werden, indem während des Ausschubes aus dem ersten Arbeitsraum bzw. bereits am Ende des Arbeitshubes, verdichtete Luft in den ersten Arbeitsraum oder in die Verbindung des ersten Arbeitsraumes mit dem zweiten Arbeitsraum eingeführt wird, wobei der Druck der verdichteten Luft höher ist als der Druck der Verbrennungsgase bei Beginn des Einleitens der Luft. 



   Hiedurch wird die Temperatur der Verbrennungsgase auf 600 bis   9000 gesenkt,   während die Temperatur der Spülluft auf 600 bis   9000 steigt.   Die von der Spülluft aufgenommene Wärme wird dann bei der nun folgenden Entspannung zum Teil in Arbeit umgesetzt, wobei die Entspannung gemeinsam mit den Verbrennungsgasen im zweiten Arbeitsraum erfolgt. Auch bei diesem Verfahren wird die Kühlung des ersten Arbeitsraumes, seiner Auslassorgane und der Überströmkanäle bewirkt, ohne dass die Wärme auf einer Temperaturstufe abgeleitet wird, auf der sie nur noch zur Dampferzeugung geeignet ist. Das Temperaturniveau ist vielmehr so hoch, dass die abzuleitende Wärme zu einem grösseren Teil durch Entspannung in mechanische Arbeit umgesetzt wird. Der erzeugte Dampf wird, wie vorbeschrieben, verwendet. 



   Ein weiterer Vorteil besteht noch darin, dass durch dieses Einführen von Luft der Kompressionsraum der Verbrennungszylinder ausgeblasen wird, so dass die Frischgasladung entsprechend dem Volumen des Kompressionsraumes vergrössert wird. 



   Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass während des   Ausschubes   aus dem ersten Arbeitsraum der Druck konstant bleibt und die Entspannung erst im zweiten Arbeitsraum beginnt oder aber dass die Entspannung bereits während des   Ausschubes   beginnt und am Ende desselben der Druck im ersten und zweiten Arbeitsraum annähernd Aussendruck ist. 



   Schliesslich besteht die Erfindung noch darin, dass es beim Verwenden leicht entzündbarer Brennstoffe vermieden wird, dass die Zündung zu rasch verläuft und dadurch keine   unerwünschten   Druckstösse auftreten. Dies wird dadurch erreicht, dass der Brennstoff mittels eines inerten Gases verdünnt und durch dieses zerstäubt wird. Hiedurch wird bewirkt, dass der Verbrennungsvorgang zeitlich ausgedehnt wird, wobei aber infolge der Zerstäubung und Durchwirbelung gleichzeitig eine vollständige Verbrennung sich ergibt.

   Zum Einblasen kann nun eine kleine Menge Verbrennungsgas dem Auspuff entnommen und auf den erforderlichen Einblasedruck verdichtet werden oder aber es wird zum Einblasen auf den entsprechenden Druck gebrachter bzw. bei diesem Druck erzeugter, trockener oder   überhitzter   Dampf verwendet, der mittels im Arbeitsprozess anfallender Abhitze erhalten sein kann. 



  Bei leichtsiedenden, flüssigen Brennstoffen kann, anstatt diese mit Druck flüssig einzuspritzen, die Verdünnung auch dadurch bewirkt werden, dass der auf hohen Druck gebrachte Brennstoff verdampft und dann in den Arbeitsraum zu dem oben angegebenen Zeitpunkt mittels Düsen eingeblasen wird, oder aber dass der genannte Brennstoff drucklos oder bei geringem Überdruck in den dampfförmigen Zustand gebracht und dann erst auf den zum Einblasen benötigten Druck verdichtet wird. Durch dieses Verfahren wird es ermöglicht, anstatt schwerer Dieselöle auch mittlere und leichtere Treibstoffe als Betriebsstoff für Dieselmotoren zu verwenden. 

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Betreiben von mehrstufigen Brennkraftmaschinen, bei denen die zur Kühlung EMI2.2 <Desc/Clms Page number 3> inerten Mittels benutzt wird, der feucht oder überhitzt nach beendigtem Saughub in den Zylinder der Brennkraftstufe zusätzlich zur vorhandenen Ladung eingeführt und mit dieser verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Dampf nach der Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches zusammen mit den Verbrennungsgasen unter Leistung äusserer Arbeit in zwei oder mehr als zwei Stufen bis auf etwa Aussendruck entspannt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei konstantem Gegendruck in Höhe des Enddruckes des Arbeitshubes der Brennkraftstufe aus dieser das Verbrennungsgas-Dampfgemisch bei darauf folgender weiterer Entspannung in einer Rotationskolbenmaschine ausgeschoben wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 bei Überladen der Brennkraftstufe, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Menge des dampfförmigen inerten Mittels der vorverdichteten Ladung beim Einfüllen beigemischt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschub aus der Brennkraftstufe und die Arbeitsleistung in der Entspannungsstufe bei freier Verbindung beider zeitlich zusammenfallen, so dass in den Zylindern beider Stufen der Druck während des Ausschubes annähernd längs einer EMI3.1

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkraftstufe Luft mit dem zusätzlich eingefüllten Dampf des inerten Mittels verdichtet wird und der Brennstoff am Ende des Verdichtungshubes eingespritzt oder eingeblasen wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Mittel bei einem Druck von mehr als 3 atü verdampft wird und in den Arbeitsprozess eingeführt wird.

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Mittel mit einer Überhitzung von mehr als 300 C in den Arbeitsprozess eingeführt wird.

   8. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf des inerten Mittels auch während des Arbeitshubes der Brennkraftstufe in diese eingeführt wird.

   9. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf des inerten Mittels auch während des Ausschubes aus der Brennkraftstufe zur Entspannungsstufe in die Brennkraftstufe oder in den beide Stufen verbindenden Überströmkanal eingeführt wird.

   10. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf des inerten Mittels auch gleichzeitig mit den aus der Brennkraftstufe austretenden Verbrennungsgasen direkt in die Entspannungsstufe geleitet wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf von 2 oder mehr als 2 alibi einen Injektor betreibt und dadurch Luft oder Gemisch während des Saughubes in die Brennkraftstufe drückt.

   12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsgas beim Überströmen aus der Brennkraftstufe zur Entspannungsstufe mittels Austauschers soviel Wärme entzogen wird, dass die Eintrittstemperatur in Entspannungsstufe unter 600 C beträgt.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die entzogene Wärme auf das in dem Kraftprozess im Kreislauf geführte inerte Medium übertragen, zu seiner Überhitzung und damit wieder zur Arbeitsleistung benutzt wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass verdichtete Luft während des Ausschubes der Verbrennungsgase aus der Brennkraftstufe bzw. bereits am Ende des Arbeitshubes der Brennkraftstufe, in diese oder in den Überströmkanal zur Entspannungsstufe eingeführt und dann gemeinsam mit den Verbrennungsgasen in der Entspannungsstufe unter Leistung äusserer Arbeit entspannt wird.

   15. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwenden leicht entzündbarer, flüssiger Brennstoffe mit raschem Verbrennungsverlauf diese mittels einer geringen Menge dem Auspuff entnommenen und auf den zum Einblasen erforderlichen Druck gebrachten Verbrennungsgases verdünnt werden.