DE2402826A1 - Erhoehung des wirkungsgrades bei verbrennungskraftmaschinen durch einfuehrung eines zusaetzlichen dampfarbeitstaktes - Google Patents
Erhoehung des wirkungsgrades bei verbrennungskraftmaschinen durch einfuehrung eines zusaetzlichen dampfarbeitstaktesInfo
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Description
Erhöhung des Wirkungsgrades bei Verbrennungskraftmaschinen
durch Einführung eines zusätzlichen Dampfarbeitstaktes
Bei den z. Zt. gebauten Verbrennungskraftmaschinen
beträgt der Wirkungsgrad etwa 30 $» während die restlichen
70 $ der zugeführten Energie in Form von noch
heißen Abgasen und Wärmeentzug durch die Kühlung verlorengehen« Im folgenden wird dargelegt, welche
Maßnahmen zu ergreifen sind, um den geschilderten Umwandlungsprozess von Wärmeenergie in mechanische
Energie merklich zu verbessern.
a) Theorie über den durchzuführenden Arbeitsprozess in einer Verbrennungskraftmaschine zur Wirkungsgraderhöhung.
Zur Darstellung der abgewandelten Arbeitsweise sei zunächst auf folgende Kenndaten einer Verbrennungskraftmaschine
hingewiesen (Hütte, Teil A):
Verdichtungaendtemperatür 50O - 750 C
(800 - 1050 ° C)
Verbrennungshöchsttemperatur 2000 - 2800 ° C
(i400 - 2000 ° C)
Abgastemperatur 800 - 1200 ° C
(4oo - 750 ° c)
mittlere Verbrennungsraum- 400 - 850 ° C
temperatur (300 - 500 ° C)>
mittlere Zylinderkopftemperatur 230 - 3OO ° C
509830/0190 - 2 -
Die eingeklammerten Werte beziehen sich auf den Dieselmotor.
Heizwert Benzin Hu = 10 215 kcal/kg
Spez. Verbrauch Benzin ca, 200 gr/PSh
entspricht 2000 kcal/PSh
Aus dem vorliegenden spez* Kraftstoffverbrauch resultiert ein Wirkungsgrad von etwas über 30 $
(1 PSh = 630 kcal).
Die Verlustwärme des genannten spezifischen Treibstoffverbrauchs
von 0,2 kg/PSh beträgt etwa 2/3 x 0,2 χ 10 215 = 1360 kcal/PSh.
Würde man diese verlorene Wärmemenge zur Dampferzeugung nutzen, so könnte man z. B, aus dieser
1 ΤίίΟ Ural lctr
PSh maximal = 1,82 kg Dampf bei einer
ι Ο
Temperatur von 4Ό0 C und einem Druck von 100 atü
erzeugen. Diese Dampfmenge, wiederum genutzt und entspannt auf Atmosphärendruck, ergäbe eine
mechanische Energie von 750 - 550 = 200 kcal/kg (Hütte, Theoretische Grundlagen).
200 kcal/kg χ 1,82 kg Dampf = 364 kcal mech. Energie,
O/C/l ffl p
Bezogen auf die PS-Stunde = °»58 PSh
bei einem verlustlosen Arbeitsprozess.
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Die angesetzten 0,2 kg Brennstoff würden also insgesamt eine Leistung von 1,58 PSh ergeben. Die
Ausbeute an nutzbarer mechanischer Energie hätte sich theoretisch um 58 $ erhöht, oder anders
gerechnet, sinkt der Treibstoffverbrauch auf 0.200 kg 0,127 kg/PSh, was etwa einer Brennstoff -
1,58 PShi =
VerbrauchsSenkung von über 30 $ entspricht. Der
Gesamtwirkungsgrad läge dann bei knapp $0 %.
b) Technische Durchführung des aufgezeigten Arbeitsablaufs
Bekanntlich erfolgt die Arbeitsleistung bei einer Verbrennungskraftmaschine (4takt) bei einem Arbeitshub, während bei den übrigen Hüben das Ansaugen,
Verdächten und Ausschieben der Gase erfolgt« Die zusätzliche Arbeitsgewinnung erfolgt durch Einspritzen
von vorgewärmtem Wasser. Die Arbeitsweise einer solchen Maschine liefe dann folgendermaßen ab:
1. Hub des Kolbens: Ansaugen des Kraftstoffgemisches
(wie üblich)
2· Hub des Kolbens: Verdichten (wie üblich)
3. Hub des Kolbens: Arbeitstakt (wie üblich)
4, Hub des Kolbens: Ausschieben der heißen Gase
(wie üblich)
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5· Hub des Kolbens: Arbeitstakt durch Einspritzen
heißen und vorgespannten Wassers; der sich bildende Dampf nimmt weiter Wärme aus der Brennkammer
auf, wird überhitzt und leistet Arbeit.
6. Hub des Kolbens: Ausschieben des expandierten
Dampfes.
7. Hub des Kolbens: wie beim 1. Hub.
Aus der dargelegten Arbeitsweise geht hervor, daß nun auf 6 Kolbenhübe 2 Arbeitstakte kommen, bisher
auf 4 Hübe (2. Kurbelwellenumdrehungen) 1 Arbeitstakt«
Bei Inkaufnahme von niedrigeren Arbeitsdrücken und Temperaturen kann auch ein weiterer Arbeitshub durch
Dampfkraft realisiert werden, wobei dann auf k Kurbelwellenumdrehungen 3 Arbeitstakte kommen«
Die Erzeugung des hochgespannten Dampfes erfolgt durch Vorwärmung über die heißen Verbrennungsgase im
Zylinderkopf (800 - 1200 ° C) sowie durch Wärmeübergang
beim Einspritzvorgang des überhitzten Wassere in die Brennkammer, deren Temperatur etwa
bei 400 - 800 ° C liegt. Unter der Voraussetzung dieses Arbeitsablaufs ist zu erwarten, daß bei dem
Dampfarbeitstakt ein Anfangsdruck im Zylinder von ca. 100 atü bei einer Temperatur von etwa 4θΟ ° C
durch Wärmeübergang zu erreichen ist.
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Konstruktiv wird der geschilderte Arbeitsablauf folgendermaßen gelöst:
Neben den Ventilen für Gas-Einlaß (i) und -Auslaß (2)r
der Zündkerze (3) oder der Kraftstoffeinspritzdüse
(beim Dieselmotor) muß noch ein Ventil für den Dampfauslaß
(k) sowie eine Einspritzdüse(5) für das überhitzte
Wasser, durch eine Pumpe bewerkstelligt, vorhanden sein. Nach den 4 Takten (Ansaugen, Verdichten,
Verbrennen und Ausstoßen) wie bei üblichen Verbrennungskraftmaschinen,
erfolgt nach Schließung aller Ventile und kurz vor dem oberen Totpunkt das
Einspritzen des überhitzten Wassers mittels einer Pumpe über die Einspritzdüse (5) gegen das Gasauslaßventil
(2). Das überhitzte Wasser verdampft bei weiterer Wärmeaufnähme, expandiert und strömt durch
einen vor dem Auslaßventil angeordneten Wärmetauscher (6) unter weiterer Erhitzung in den Zylinder
und leistet Arbeit beim Kolbenniedergang. Der expandierte Dampf strömt dann aus dem dafür vorgesehenen
Auslaßventil (4) in einen Kühler und wird nach der Kondensation wieder in den Kreislauf zurückgepumpt.
Der Zylinderkopf (7) der Maschine ist dergestalt konstruiert, daß neben der Kühlung des Gasauslaßventils
auch die weitere Kühlung der heißen Abgase erfolgt. Die aufgenommene Wärme erhitzt das
für den Dampfarbeitshub in den ZyIinderkopfkanalen (8)
509830/0190 ,
— O —
-«· 6 —
gespeicherte Wasser, das dann unter Überdruck steht und entsprechend der Taktfolge in die Brennkammer
eingespritzt wird. Die Restwärme von den Abgasen sowie von der Dampfkondensation wird zur Vorwärmung
von Treibstoff und angesaugter Frischluft zur weiteren Wirkungsgradverbesserung verwendet.
AIfeld, 20. Januar 1974
Dip.Ing. Dietrich Richter 322 AIfeld (Leine)
Hermann-Ruhe-Straße 11
509830/01.θ 0
Claims (2)
- PatentansprücheErhöhung des Wirkungsgrades bei Verbrennungskraftmaschinen durch Einführung eines zusätzlichen Dampfarbeitstaktes zur Erzeugung mechanischer Energie, geeignet als stationärer Antrieb für z. B. Stromerzeuger oder Arbeitsmaschinen oder als beweglicher Antrieb für Land- oder Wasserfahrzeuge,dadurch gekennzeichnet, daß durch Ausnutzung der Verlustwärme bei einer Verbrennungskraftmaschine zusätzliche Dampfarbeitstakte in dafür vorgesehenen Zylindern realisiert werden unter Angabe der gewonnenen Arbeit auf den bereits vorhandenen Kurbeltrieb.
- 2.Erhöhung des Wirkungsgrades bei Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Dampferzeugung für die Durchführung des Dampfarbeitstaktes unter Berücksichtigung der beim Verbrennungsprozess örtlich anfallenden Wärmemengen und den Kühlungserfordernissen so gestaltet ist, daß das unter Druck stehende Wasser zunächst Zylinderwandungen und andere Notorpartien, die auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau zu halten sind, durchströmt und sich erwärmt, bevor in den Kanälen des Zylinderkopfes und des sich anschließenden Abgasstutzens die Verdampfung erfolgt·509830/0190
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2402826A DE2402826A1 (de) | 1974-01-22 | 1974-01-22 | Erhoehung des wirkungsgrades bei verbrennungskraftmaschinen durch einfuehrung eines zusaetzlichen dampfarbeitstaktes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2402826A DE2402826A1 (de) | 1974-01-22 | 1974-01-22 | Erhoehung des wirkungsgrades bei verbrennungskraftmaschinen durch einfuehrung eines zusaetzlichen dampfarbeitstaktes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2402826A1 true DE2402826A1 (de) | 1975-07-24 |
Family
ID=5905338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2402826A Pending DE2402826A1 (de) | 1974-01-22 | 1974-01-22 | Erhoehung des wirkungsgrades bei verbrennungskraftmaschinen durch einfuehrung eines zusaetzlichen dampfarbeitstaktes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2402826A1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3047939A1 (de) * | 1980-12-19 | 1982-07-22 | Walter 7033 Herrenberg Neuffer | Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit zugabe von wasser oder wasserdampf sowie brennkraftmaschine zur durchfuehrung des verfahrens |
| EP0142580A1 (de) * | 1983-11-21 | 1985-05-29 | Olof Alfred Hallstrom, Jr. | Kombination von Brennkraft- und Dampfmaschine |
| DE19631799A1 (de) * | 1996-08-07 | 1997-01-02 | Stefan Bauch | Hubkolbenmotor mit 6 Arbeitstakten mit hohem Wirkungsgrad durch Restwärmenutzung |
-
1974
- 1974-01-22 DE DE2402826A patent/DE2402826A1/de active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3047939A1 (de) * | 1980-12-19 | 1982-07-22 | Walter 7033 Herrenberg Neuffer | Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit zugabe von wasser oder wasserdampf sowie brennkraftmaschine zur durchfuehrung des verfahrens |
| EP0142580A1 (de) * | 1983-11-21 | 1985-05-29 | Olof Alfred Hallstrom, Jr. | Kombination von Brennkraft- und Dampfmaschine |
| DE19631799A1 (de) * | 1996-08-07 | 1997-01-02 | Stefan Bauch | Hubkolbenmotor mit 6 Arbeitstakten mit hohem Wirkungsgrad durch Restwärmenutzung |
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