DE636045C - Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in die Abgase einer Brennkraftmaschine zwecksErzeugung eines Gas-Dampf-Gemisches zum Betriebe einer Abgasturbine - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in fein zerteiltem Zustande in die Abgase einer Brennkraftmaschine zwecks Erzeugung eines Gas-Dampf-Gemisches zum Betriebe einer Abgasturbine. Die bekanntgewordenen Erfindungen dieser Art verursachen mit ihren Einrichtungen Kraftverluste durch Vernichtung strömender Energie (Rückstau oder Wirbelbildungen) oder durch Drosselwirkungen infolge Druckaufspeicherung, die eine Beeinträchtigung des Wirkungsgrades bedeuten. Der technische Fortschritt diesen bekannten Erfindungen gegenüber besteht darin,

i. daß der Arbeitsdruck für die Einspritzung des Wassers (Betrieb des Ej'ektors nach Abb. 4) den Abgasen als Wärme und Druck unmittelbar entnommen (Ausschaltung der Zwischenverluste durch Pumpen) und dem Äbgasstrom wieder zugeführt wird,

2. daß die Abgasleitung vom Motor bis zum Ejektor zwischen den einzelnen Abgasstößen auf Unterdruck gebracht und ein Rückstau unmöglich gemacht wird,

3. daß die Abgasentnahme aus Zylindern oder Auspuffstutzen den Dampfdruck sowohl im Behälter wie im Wassermantel regelt,

4. daß der Druckbehälter auch als Dampfspeicher und der Wassermantel als Überhitzer arbeiten kann,

5. daß durch die Vorrichtung zur Auffangung der Wärmeverluste der Rohrleitung unmittelbar hinter dem Motor keine strömende Energie vernichtet, sondern ihre Erzeugung durch die lavaldüsenartige Erweiterung (Abb. 4) begünstigt und so die Wirkung des Ejektors unterstützt wird.

Von den. rein schematisch gehaltenen^Zeichnungen zeigt:

Abb. ι die Entnahme der Abgase unmittelbar aus einem Zylinder des Motors mit Hilfe eines vom Motor gesteuerten Ventils,

Abb. 2 die Entnahme der Abgase mittels Rückschlagventils aus dem Auspuffstutzen,

Abb. 3 einen Schnitt A-B der Abb. 4,

Abb. 4 den Ejektor mit der Anordnung des Wassermantels und der unmittelbar gespeisten Zerstäuberdüsen,

Abb. 5 die Einschaltung einer Turbine in den Abgasstrom mit einem durch Ejektor gesicherten Vakuum,

Abb. 6 eine einfache Beschleunigungsstufe mit Unterteilung des Gasstromes.

Das für die Zerstäuberdüsen 9 im Druckbehälter S aufgespeicherte Wasser erhält seinen Überdruck nach Abb. 1 unmittelbar aus dem Zylinder 1 des Motors durch die Leitung 2, Ventil 3 und Zuleitung 4 hindurch; es ist aber möglich, das Ventil 3 auf dem Zylinder selbst neben der Zündkerze anzuordnen und es entweder mit dem Auspuffventil 14 zusammen durch ein Gestänge 13 oder unabhängig vom Auspuffventil direkt von der Nockenwelle steuern zu lassen. Dieselbe Anordnung könnte auch Platz greifen, wenn, wie in Abb. 2, der erforderliche Überdruck für den Behälter 5

dem Auspuffstutzen 6 entnommen wird; doch gestaltet sich in diesem Falle die Verwendung eines entsprechend gefederten Rückschlag-, ventils 3«, wie in Abb. 2 gezeichnet, viel eüt-i fächer. Die Ausgestaltung der ZerstäuHej;£- düse 9 im Rohr 8 unmittelbar- hinter dem Motor wird in der Regel so geschehen, wife es die Abb. 3 und 4 erkennen lassen, jedoch nur unter Verwendung der am Umfang angeordneten Düsen g^a, g^b, ψ_γ g^d usw., aber ohne die dort vorhandene zentrale Düse 9, die erst bei der zweiten, hinter der Turbine 19 liegenden Düse gf am Platze ist. Hingegen ist hier vor der Turbine der Wassermantel 18 zur Vorwärmung des Zerstäuberwassers und die Ejektorverjüngung des Rohres 8 am Platze, das dann vor der Einmündung in das Peltonrad oder die Turbine 19 der Abb. 5 wieder Lavaldüsenform erhält. Auch bei der Düse g^e fehlt besser die zentrale Düse der Abb. 3 und 4, selbstverständlich auch der Wassermantel 18.

Der Vorgang ist folgender: Sobald Druckbehälter S durch Füllschraube 12 mit Wasser gefüllt ist, wird der Motor in Gang gesetzt. Alsbald strömen die Abgase — entweder nach Abb. 1 vom Zylinder 1 durch Rohr 2, Stoßventil 3 und Leitung 4 oder nach Abb. 2 vom Auspuffstutzen 6 durch Rückschlagventil 3« und Rohrleitung 4 — in den Wasserbehälter 5 und setzen das vorgewärmte Wasser unter Druck, der mit Hilfe der Vorrichtung nach Abb. 1 bei Bedarf bis zum Verbrennungshöchstdruck gesteigert und durch das Manometern angezeigt werden kann. Wird jetzt mittels des Gestänges 16 der Durchlaß 15 geöffnet, so strömt das Druckwasser durch Rohr 10 nach der Zerstäuberdüse 9, die es gleichmäßig im Richtungssmne der Abgase innerhalb des Rohres 8 zerstäubt, wobei die Rohrleitung zwischen Motor und Düse 9 ejiziert wird. Hierbei können Wassermenge und Temperatur so bemessen werden, daß die Volumen- 'und Druckvermehrüng durch Dampf-" erzeugung !einerseits und die Volumen- und Druckverminderung durch Abkühlung der Abgase andererseits sich das Gleichgewicht halten (Gleichdruckverfahren), so daß die Abgase ungefähr mit gleichem Druck und gleieher Geschwindigkeit weiterströmen. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, bei Verwendung von sehr heißem Zerstäuberwasser und entsprechend starkem Zerstäubungsdruck den Überdruck der Abgase hinter der Düse ohne Rückschlaggefahr noch zu erhöhen, was eine Steigerung der Turbinenleistung zur Folge haben würde (Überdruckverfahren). Das Verfahren hat den Vorteil, daß der Wärmeinhalt der Abgase — in gewissem Sinne durch den Wärmeinhalt des heißen Wassers aufgewertet — in Wasserdampfgewicht verwandelt und so gegenüber den anderen bekannten Erfindungen dieser Art eine höhere Beaufschlagung der Turbi-A-neiischaufeln !erreicht wird; es hat den zweiten S₅ Äbrteil, daß durch die Vermehrung des ; -iWasserdampfgewichtes im Vergleich zum Ab- ?-gäsgesamtgewicht eine prozentuale Steigerung de3 Vakuums hinter Abgasturbine durch Verdichtung möglich ist, für die der Raum 20 vorgesehen und eingerichtet wurde.

Wo eine volle Ausnutzung des Energieinhaltes der Abgase (z. B. wegen Gewichtsersparnis) nicht in Frage kommt, werden die Abgase durch eine Dämpfungsstufe 17 hindurchgeführt, wie in Abb. 1 und 2 gezeichnet. Der Vorteil dieser Anordnung sogenannten Ejektorschalldämpfern (Patent 557 311) gegenüber besteht darin, daß auch bei langsamer laufenden Motoren kein Rückschlag erfolgen kann. Kommt es jedoch darauf an, z. B. bei großen feststehenden Motoren, die vorhandenen Möglichkeiten der Schöpfung von Energie aus der Abwärme des Motors voll auszunutzen·, ohne daß Platz- und Gewichtsfragen eine nennenswerte Rolle spielen, dann wird man auf die Beschleunigungsstufe 7 verzichten und mit den Einrichtungen der Abb. 3, 4 und 6 arbeiten. Bei der in Abb. 6 gezeichneten Doppelleitung ist der Form der go Abzweigungsstelle 23 besondere Aufmerksamkeit zuzuwenden, da hier sehr leicht störende und energieverbrauchende Wirbel auftreten können. Die Flanschen 24 schließen unmittelbar an die Turbine 19 an.

Es ist zu empfehlen, den Kraftbedarf für den Betrieb der hinter der Abgasturbine 19 liegenden Düsen g^e, g^f, g^g der Turbine selbst zu entnehmen und die erforderliche Druckerzeugung durch besondere Druckpumpen zu veranlassen.

Es ist bekannt, daß die .Kraftleistung des Motors steigt, wenn man die Zylinder mit Hilfe von Kompressoren 0. dgl. stärker mit Brennstoff gemisch auflädt; es ist aber auch bekannt, daß alsdann die prozentuale Kraftnutzung des Brennstoffes sinkt, was sich im Ansteigen der sogenannten Diagr-ammspitzen bemerkbar macht. Bei sinngemäßer Ausnutzung der Einrichtungen der vorliegenden Erfindung ist dieses Absinken nicht zu erwarten, da die Verluste des Motors auf dem Wege über das heißere Kühlwasser und den Ejektor der Abb. 4 der Turbine 19 zugute kommen und ihr Wärmeinhalt von der Türbine besser ausgenutzt wird, als es im Motor geschehen könnte. Es ist ohne weiteres möglich, die Turbinenwelle mit der des Motors durch ein Zahnradgetriebe zu kuppeln, da ja beide Leistungen miteinander steigen und fallen; eine Abstimmung in gewissen Grenzen ist allerdings erforderlich.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in die Abgase einer Brennkraftmaschine zwecks Erzeugung eines Gas-Dampf-Gemisches zum Betriebe einer Abgasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß mittels besonderer Ventile (3, 3") und Zuleitung (4) ein Teil der Abgase unmittelbar aus dem Motorzylinder (1) oder aus dem Auspuff stutzen (6) unter Druck, der gegebenenfalls der Verbrennungsdruck sein kann, abgezweigt und einem Behälter (5) zugeführt wird, aus dem durch den Druck der Abgase Wasser mittels Düsen (9) in den Abgasstrom gespritzt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffleitung kurz vor der Wassereinspritzstelle von einem mit dem Druckbehälter (5)- in Verbindung stehenden und von ihm unter gleichem Druck gehaltenen Wassermantel (18) umgeben ist, der die Wasserdüsen (9) speist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffleitung innerhalb des Wassermantels (18) bis zu den Düsen (9) eine lavaldüsenartige Querschnittserweiterung und hinter den Düsen (9) eine ejektor artige Verjüngung aufweist (Abb. 4). _3C

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen