DE1451901A1

DE1451901A1 - Verfahren und Vorrichtung bei Waermekraftmaschinen mit hin- und hergehendem Arbeitszyklus,insbesondere bei Gleichdruckbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1451901A1
Application number: DE19641451901
Authority: DE
Inventors: Gratzmuller Jean Louis
Original assignee: GRATZMULLER JEAN LOUIS
Current assignee: GRATZMULLER JEAN LOUIS
Priority date: 1963-01-18
Filing date: 1964-01-13
Publication date: 1969-05-08
Also published as: CH405822A; AT269566B; DK108657C; FR1363148A; ES295444A1; US3232044A; SE316653B

Description

PATENTANWÄLTE 1 4 R 1 9 O

J£ic6ard Buffer-JSörner-

PATENTANWALT DIPL.-ING. R. MOLLER-BORNER PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY

BERLIN-DAHLEM 33 · PODBI ELSKIALLEE «8 8 MÖNCHEN 22 · Wl D E NMAYE RSTRASS E

TEL 03Π . 762907 · TElEGR. PROPINDUS ■ TELEX 0184057 TEL. 0811 · 225585 · TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0524244

Jean Louie GRATZMJILER,
Neuilly-sur-Seine (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung bei Wärmekraftmaschinen mit hin- und hergehendem Arbeitszyklus» insbesondere bei Gleichdruckbrennkraftmaachinen

Sie Erfindung betrifft ganz allgemein Verbesserungen an vorverdichteten Wärmekraftmaschinen mit hin- und hergehendem Arbeitszyklus, insbesondere an Gleiehdruckbrennkraftmasohineno

Bekanntlich besteht die Vorverdiohtung darin, dass man der Brennkraftmaschine Luft bei überatmopshärischem Druck zuführt, was es auf Grund der Vermehrung der Dichte der zugeführten Luft ermöglicht, ein höheres Sauerstoffgewicht in die Zylinder einzubringen und folglich je Arbeitszyklus eine grossere Brennstoffmenge zu verbrennen als bei einer gleichen, jedoch nicht vorverdiohteten Brennkraftmaschine· Die Vorverdiohtung wird von einem Turbinen-Kompressor-Aggregat oder Turbogebläse bewirkt, dessen Turbine durch die Auspuffgase angetrieben wird»

Da die Leistungssteigerung bei einem gegebenen Motor etwa proportional der Zunahme der Dichte der zugeführten Luft ist, wäre es vorteilhaft, möglichst hohe Verdiohtungsver-

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hältniase (Verhältnis des Speiaungsdrucka zum atmosphäriaohen Druck) zu verwenden", Jedoch führt jede Steigerung dea Druokes der Verbrennungsluft zu einer Erhöhung der Temperatur dieser Luft, so dass daa Gewicht der zugefunten Luft abnimmt und die durohachnittliehe Temperatur dea Antriebakreialaufa, inabeaondere die Temperatur der Auapuffgase, zunimmt»

Bei über 1,5 liegenden Vorverdichtungsverhältnisaen müaaen beaondere Vorkehrungen getroffen werden, um innerhalb zu— läaaiger Temperaturgrenzen zu bleiben» Diese Vorkehrungen bestehen in des- Hauptsache darin, dass man die Vorverdiohtungs- und Aufladeluft mit Hilfe einea zwiechen dem Gebläse und dem Einlass der Brennkraftmaschine angeordneten Wärmeaustauschers kühlt (man hat ermittelt, dass ^ ed· TemperaturSenkung der zugeführten Luft um 10° C eine Leiatungasteigerungamögliohkeit von 3 $ herbeiführt) und ausserdem die Höhe oder das Niveau der Temperaturen im Inneren der Brennkraftmaschine durch Spülung (Umwälzung von Luft in den Zylindern durch gleichzeitiges öffnen der Einlass- und Auspuffventile) sowie durch die innere Kühlung der Kolben mittels einer Ölunrarälzung senkt»

In der Praxis ermöglichen diese Masanahmen jedoch nur daa Erreichen von Vorverdiohtungsverhältnissen in der Grossen— Ordnung von 2,0 bis 2,3» da daa Gewicht und der Raumbedarf der Hilfakühlanlagen viel schneller zunehmen als der Vorverdichtungsdruck· Die Vorverdichtungagrenze wird in der Hauptaache durch die Temperatur der Auspuffgase bestimmt, die, sofern aie bei den augenblicklichen techniachen Gegebenheiten über etwa 600 bis 650° 0 liegt, die Korrosion der Schaufel der den Kompressor antreibenden Turbine verursachen» Bei Schiffsmotoren ist es möglich,

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die Yorverdichtung auf höhere Vorverdichtungsverhältniase (beispielsweise in der Grossanordnung von 2,6 bis 3) zu bringen, da man bei diesen Brennkraftmaschinen über eine unbegrenzte Kühlquelle verfügt, jedoch hat man bei erdgebundenen oder bodenständigen Anlagen und insbesondere bei schweren und grossen Diesel-Lokomotiven bisher auf die bedeutende Leistungsergänzung oder -steigerung, die eine Hochdruck-Vorverdichtung herbeiführen könnte, verzichten müssen»

Die Erfindung bringt ein Vorverdichtungsverfahren sowie eine Vorverdiohtungseinrichtung in Vorschlag, die höhere Yorverdiohtungsverhältnisse zulassen, als sie bisher zulässig waren, und es folglich möglich machen, aus einem bestimmten Motor eine höhere Leistung herauszuholen· Dieses Verfahren macht es ausserdem möglich, bei einer gegebenen Brennkraftmaschine und ohne Erhöhung des Vorverdichtungsverhältnisses eine höhere Leistung zu erzielen, als sie bisher bei gleichem Vorverdichtungsverhältnis erzielt wurde·

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man atmosphärische Luft verdichtet, mindestens denjenigen Teil der durch diese Verdichtung erwärmten Luft kühlt, der in die Verbrennungskammern der Brennkraftmaschine zum Zwecke ihrer Speisung eingelassen werden soll, einen Teil der verdichteten Luft abzweigt, den abgezweigten Teil den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine zwecks Senkung der Temperatur der Auspuffgase unmittelbar beimischt und dieses Gasgemisch als Energiequelle für das Verdichten der atmosphärischen Luft verwendet·

Eine Vorverdichtungseinrichtung nach der Erfindung für

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©löichdruckbrennkraftmaschinea ist gekennzeichnet durch Hindestens einen Kompressor, dessen Hqchdruckauslass einerseits unter Einschaltung mindestens einer Kühlvorrichtung für die von dem Kompressor abgegebene Luft an den lufteinlass der Brennkraftmaschine und andererseits über eine abgezweigte Ioiftleitung vor einer durch die Auspuffgase angetriebenen, den Kompressor antreibenden Turbine unmittelbar an die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen ist*

Each einüs? vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält "lie Vorverdiehtungseinrichtung Steuermittel für <le& Luf^durehlass, die in der vorerwähnten abgezweigten Leitun? angeordnet sind, durch die ein Teil der Luft aus dsLi Kompressor unmittelbar der Auspuffleitung zugeführt wird« Diese Steuermittel lassen sich entweder von HanS ©der mit Hilfe von auf die Drücke und/oder Temperaturen ansprechenden Organen automatisch betätigen·

Um das Ausmass der Kühleinrichtung zu verringern, ist die Leitung für die abgezweigte Luft vorzugsweise an die Zufuhr für die Vorverdichtungsluft in Strömungsrichtung vor der Kühlvorrichtung angeschlossen·

Bei einer mit einer Vorverdichtungseinrichtung nach der Erfindung versehenen Gleichdruckbrennkrafteaschine verringert man die Spülzeit oder bringt diese Spülung völlig in Fortfall» deren einer Zweck es war, bei den bekannten voryerdichteten Brennkraftmaschinen die Auspuffgase zu kühlen, eine Kühlung also, die erfindungsgemäss nunmehr durch die unmittelbare Zufuhr von aus dem Kompressor abgezweigter Luft erzeugt wird»

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Aus dieser Verringerung oder Abschaffung der Spülung ergibt sich bei sonst glichen Gegebenheiten, doh* selbst unter Beibehaltung eines üblichen Vorverdiohtungaver·» Itältnisses und folglich selbst bei unverändert bleibenden mechanischen Beanspruchungen der Brennkraftmaschine _t eine Zunahme der Leistung der Brennkraftmaschine» Bei bestimmten bekannten Brennkraftmaschinen ist man nämlich dazu übergegangen, den Umfang der Spülung auf Kosten eines nicht vernachlässigbaren Energieverlustes zu vermehren, wobei das für die Spülung verwendete Luftvolumen bis etwa 30 $» des Volumens der zugeführten Luft betragen kanne Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung genügt bei gleiohen Vorverdiohtungsbedingungen ein Volumen an abgezweigter Luft von etwa 10 bie 15 $> des Gesamtvolumens zum Kühlen der Auspuffgase, woraus sich ergibt, dass das durch den Austauscher zu kühlende Luftvolumen nur noch 70 bis 85 $> des durch den gleiohen Austauscher bei einer üblichen Brennkraftmaschine mit Spülung behandelten Luftvolumens beträgt (je nachdem, ob die abgezweigte Luft, wie nachstehend noch näher im einzelnen zu beschreiben, gekühlt oder nicht gekühlt wird), d»iu dass mit dem gleichen Austauscher die !Temperatur der der Brennkraftmaschine zugeführten luft niedriger sein kann, so dass die Leistung zunimmt β

Darüber hinaus ist bekannt, dass bei den üblichen Vorverdichtungseinrichtungen der Spülwinkel ein für allemal für die Höchstleistung der Brennkraftmaschine gewählt oder festgesetzt wird» was für nicht leistungsstarke Betriebsarten, insbesondere infolge von Bückströmungen verbrannter Gase in den Kompressor bei unter dem Auspuffdruck liegendem Speisungs- oder Einlassdruck, schwerwiegende Nachteile hat· Diese Mangel verschwinden beim Fortfall

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der Spülung -völlig$ so dass mam eines zufrieden steilenden. Betrieb der -Brennkraftmaschine -Ib ei allen Betriebsarten, erreicht ma se mehr₂ als B±@h das fo-luman der ab·= g©gweigt@a Luft durch die vorerwärmten Steuerungsmittel leicht regeln lässt©

Dia Erfindung wird nachstehend anhand dsr beigefügtes» ■beispielsweise jedooJä nicht beschränkend einige Ausführungs formes der Srfimdung darstellenden Zeichnung näher erläutert© Es zeigess

1 eine schematische Ansicht einer erfimdungsgemässea Vorv©rdi©htungsv®prichtung für G-leiohdruckbrennkraftnsaschineii und

2 eine Ansicht- einer ander@Ä Ausftiliruagsform der Erfindung ₉ h®± der die SJihlung der Yorverdiohtungsluft iia gwei Stufea erfolgt©

1 aeigt eiiffie SleiohdruoKbrennkraftmaschine 2₉ <äie mit einer Torrerdiöhtungseinrichtung Tersehea ist_s die einen γοη eimer dureja die Aus'Euffgaee betriebenen Turbine 6 angetriebene®. Kreiselkompresspr 4 enthält© Der Auslass 8 des Kompressors ist an ©ine üblich© Kühlvorrich tung- 10 angesohlössenp die beispielsweise aus einem luft-■Sltissigkeit-Wärme&ustauscher--besteht₉ bei dem di@ Flüssig keit ias Kiiiilwasser i©r Brenakraftmaschine .oder- des Schmieröls ©der ©in©s unabhäiagigea Kreislaufs ist*

2)1® gekü&lte Vorv-erdi-ehtungsluft wird der Brennkraftmaschin® über @in@- Zülassleitung 12 zugeführt, während dia in-eine Leitung 14 abgegebenen Auspuffgase₉ bevor 8ie über äen. Auspuff 16 ins Freie entweichen_s die !Turbine 6

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Erfindungagemäee verbindet eine Abzweigleitung 18 mit in Bezug auf den Querschnitt der Leitung 12 verringertem Querschnitt den Kreislauf für die Vorveräichtungsluft vorzugsweise in Strömungsrichtung vor dem Austauscher 10 mit der Auepuff leitung · 14 vor der/ Turbine 6» In die Leitung 18 ist ein Steuerungsorgan 20 für den Durchläse der abgezweigten Luft eingesetzt» Dieses nachstehend noch näher zu erörternd© Organ„ beispielsweise naoh Art einer Drosselklappe., s-rj&glicht ias Segeln des Durchsatzes der Kühlluft sowie ein überwachen der Richtung des Umlaufs in der Leitung 18»

Die Vorverdichtungseinriehtung neeh der Erfindung lässt sich auf die Vorverdiehtung einer Brennkraftmaschine entweder mit üblichem Vorrardiohtttngsverhältnis (beispielsweise in der Grössenordnuag von 2 bis 2_t2) oder vorzugsweise mit einem wesentlich über der bisher zulässigen Grenze liegenden Yorverdichtungsverhältnis anwenden, um aus der Brennkraftmaschine das mögliche HcSxhstmass an Leistung herauszuholen»

Im ersten falle ergibt sich der Leistungsgewinn in der Hauptsache aus der Verringerung oder dem vollständigen Port fall der Spülung» Man kann dann ein mit dem normalerweise für die Brennkraftmaschine verwendeten Turbogebläse übereinstimmendes Turbogebläse beibehalten ohne Änderung seiner Merkmale noch der der ihm zugeordneten Kühlvorrichtung» Infolge der Verringerung oder des Fortfalls der Spülung sind die Verbrennungskammern der Brennkraftmaschine höheren Wärmebeanspruchungen ausgesetzt» die sie Jedoch ohne Nachteil aushalten, da die Innenkühlung der Kolben durch Ölums?äls5ung_s eine bei allen gross en Gleichdruckbrennkraftmaschinen geläufige Lösung, sehr

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wirksam ist und im allgemeinen nicht voll ausgeschöpft wird* Auch sei bemerkt* dass bei Bella ehaltung eines für eine Brennkraftmaschine mit Spülung verwendeten Wärmeaustauschers 10,. dieser Austauscher nur die Verbrennungsluft und nicht mehr das gesamte "Volumen, von Verbrennungsund Spülluft zu kühlen hat (was eine Verringerung von 30 fo bedeuten kann) » so dass die in die Brennkraftmaschine eingebrachte oder zugeführte Luft bei sonst gleichen Gegebenheiten wesentlich kühler sein wird als bei den bekannten Vorverdichtungseinrichtungen, was» wie bereits vorstehend erörtert» zu einem wesentlichen Leistungsgewinn führt© Die durch die Spülluft nicht mehr oder in geringerem Ausmass gekühlten Auspuffgase treten aus der Brennkraftmaschine in wärmerem Zustand aus, wobei jedoch ihre Temperatur durch Vermischen mit der über die Leitung 18 herangeführten, weniger warmen Luft gesenkt wird« Infolge dieses Mischvorgangs wird die Einlasstemperatur für die Grase in die Turbine auf einen angemessenen Wert von 600 bis 650° C herabgesetztο

Selbstverständlich könnte» ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der Einlass der Leitung für die abgezweigte Luft an den Vorverdichtungskreislauf statt, wie in 3Pig»1 bei 18 dargestellt, vor dem Austauscher 10angeschlossen zu sein, zwischen dem Austauscher 10 und der Brennkraftmaschine (in Fig» 1 gestrichelt dargestellte Leitung 19) angeschlossen sein»

Diese Anordnung hätte den Vorteil, dass den Auspuffgasen frischere Luft (beispielsweise von 60 bis 80° C statt von150bis 180° g) beigemischt würde, jedoch ist auf Grund der hohen Temperatur der Auspuffgase dieser Vorteil wenig ausgeprägta wobei es vorteilhafter ISt₂ nur

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μ. g _

die Verbrennungsluft für die Brennkraftmaschine durch den Austauscher 1O zu leiten* so dass es möglich ist, entweder den umfang der Kühlanlage zu verringern oder die Verbrennungsluft besser zu kühlen»

Desgleichen kann der Auslass der Leitung 18 für die abgezweigte luft zwischen dem Auspuff und der Turbine an einer beliebigen Stelle der Leitung 14 angeschlossen sein«, Es kann zweokmässig sein, diese Leitung unmittelbar in die Auspuffsammelleitung einmünden zu lassen (wie es in 3?igo ΐ bei 18' gestrichelt dargestellt ist), sofern nicht nur die Turbine_s sondern auch die nicht mehr durch die Spülung gekühlten Auspuffventile vor übermässigen Temperaturen geschützt werden- sollen» Auch kann man die Leitung 18 einerseits zur Turbine hin und andererseits zu der AuspuffSammelleitung odel gar zu den einzelnen Auspuffventilen hin unterteilen« Auch ist es möglich, die gesamte abgezweigte Luft über geeignete Leitungen zu den Auspuffventilgehäusen zu leiten, da die Ventilgehäuse diejenigen Teile des Zjylind er blocks sind, die die höchste Wärmebeanspruchung erfahren, da sie ausschliesslich den heissen Auspuffgasen ausgesetzt sind» Eine solche Kühlung der kritischsten Teile des Zylinderblocks lässt den Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem höheren Temperatumiveau zu als bisher, so dass eine Verringerung des TJmfangs der Kühlanlage möglich ist» ■

Sowohl bei Anwendung der Erfindung auf eine .wie vorstehend beschrieben mit einem üblichen Vorverdiohtungsverhältnia arbeitende Brennkraftmaschine als auch in dem PaIIe₅ da das Vorverdichtungsverhältnis,wie nachstehend näher beschrieben, höher ist, besteht die^ Hauptaufgabe des in

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die Leitung 18 eingesetzten Drosselventils 20 darin, den Umlauf in dieser Leitung nur- in Richtung von. dem Kompressor zu dem Auspuff zuzulassen» Man kann also ein übliches Rückschlagventil verwenden, das unter Einwirkung der auf seinen beiden Seiten herrschenden Druckunterschiede automatisch in Tätigkeit tritt und sich nur öffnet, wenn der Vorverdiohtungsdruck in der Leitung 8 höher ist als der Auspuffdruck· Auf diese Weise wird jede Möglichkeit einer schädlichen Rückströmung der Auspuffgase zu dem Einlass der Brennkraftmaschine beseitigt« Natürlich unterbindet man zugleich bei verringertem Torverdicfetungsdruck die Zuführung von Frischluft in die Auspuffgase, jedoch ist dies ©hne Belang* da die Brennkraftmaschine zu diesem Zeitpunkt mit geringer Leistung arbeitet, d»h© die Auspuffgase nicht sehr heiss sind®

An dem Verschlussorgan des Ventils 20 lassen sich elastische Mittel anordnen, die so abgestimmt oder geregelt sindj dass sich der Durchlassquerschnitt für die abgezweigte Luft automatisch mit dem. beiderseits des Ventils herrschenden Druckunterschied vermehrt, so dass sich eine verhältnismässig konstante Temperatur für das die Turbine antreibende Gasgemisch erzielen lässt» Man. kann ausserdem einem in Auswirkung der Druckun.terschiede voll oder nicht arbeitendem Rückschlagventil ein Ventil zuordnen, dessen mehr oder weniger weites öffnen durch auf die Temperatur des die Turbine antreibenden Grasgemisches ansprechende Mittel gesteuert wird» Auch lässt sich ein Ventil verwenden, dessen Durchlassöffnung durch den am Ausgang des Kompressors herrschenden Druck gesteuert wird·

Duron diese verschiedenen Anordnungen! lässt sich die Leistung einer gegebenen Brennkraftmaschine (aofern ihr

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die notwendige Brennstoffmenge zugeführt wird) erheblich verbessern, ohne dass man weder ihr Yorverdichtungsverhältnis verändert noch die mechanischen und thermischen Beanspruchungen wesentlich ändert» denen sie ausgesetzt ist· Darüber hinaus erreicht man in dem PaIIe₉ da die Spülung verringert oder gänzlich abgeschafft ist» in den Zeiträumen eines Betriebs bei verringerter Belastung ein zufriedenstellenderes Arbeiten als bisher»

Die in rig· 1 dargestellte AusfUhrungsform ermöglicht nicht nur» wie vorstehend beschrieben, eine S.mahme der Leistung der Brennkraftmasohine ohne wes? Ii^he Erhöhung des Vorverdiohtungsverhältnisses» sondern ausaerdem die Yorverdiohtung für die Brennkraftmaschine mit die z.Zt· zulässigen Werte überschreitenden Vorverdichtungsverhältnissen, die beispielsweise zwischen 2,2 und 2,6 liegen*

Bisher musste man nämlich die der Brennkraftmaschine zugeführte luft um so mehr kühlen, d*ho sie auf eine um so niedrigere Temperatur bringen, Je höher der Vorverdiohtungsdruok war, weil man in der Praxis feststelltet dass bei sonst gleichbleibenden Gregebenheiten die Temperatur der Auspuffgase mit dem Ansteigen des Drucks an dem Verbrennungslufteinlass zunimmt» Um an dem Einlass der Turbine vertretbare oder zulässige Temperaturen beizubehalten, hätte man also den Umfang der Kühleinrichtung vergrössern müssen, was oberhalb bestimmter Grenzen infolge Raum- oder Platzmangels wirtschaftlich nicht möglich ist·

Mit Hilfe der Erfindung kann man der Brennkraftmaschine ohne Rücksioht auf das Vorverdiohtungsverhältnis Luft bei

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BAD OfIiQtNAL

höherem Druck und höherer Temperatur oder zumindest bei konstanter Temperatur zuführen, da sich die Auspuffgase durch Vermischen mit der abgezweigten Luft auf die passende Temperatur bringen lasseno

Man erzielt dann nicht nur die vorstehend hervorgehobenen Leistungsgewinne» insbesondere infolge der Verringerung oder der Beseitigung der Spülung und infolge der Beständigkeit der Verluste* sondern ausserdem eine zusätzliche Leistungssteigerung dadurch, dass der Auspuffdruck langsamer zunimmt als der Vorverdichtungadruok und ausserdem dadurch, dass sich die durch das Kühlwasser der Brennkraftmaschine pro PS/h abzuführenden Wärmekalorien mit dem Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine verringern und selbstverständlich dadurch, dass man den Zylindern ein höheres Luftgewioht zuführt, das das Verbrennen einer grösseren Brennstoffmenge ermöglicht und das Luft-Brennstoffgemisch erleichtert»

Bei der in Pig· 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet man noch höhere Vorverdiohtungsverhältnisse, beispielsweise nahe 3 oder sogar darüber, so dass man zu Leistungssteigerungen von 40 bis 50 96 gegenüber den üblichen vorverdichteten Brennkraftmaschinen kommt·

Diese Ausführungsform ist in der Hauptsache gekennzeichnet durch eine zweistufige Kühleinrichtung für die Vorverdichtungslufto

Die Leitung 8 für die Vorverdichtungsluft ist an einen ersten Wärmeaustauscher oder einen Hochtemperatur-Wärmeaustauscher 22 angeschlossen, dessen Auslass über eine

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leitung 24 an einen zweiten Wärmeaustauscher oder Niedertemperatur-Wärmeaustausoher 26 angeschlossen ist» von dem aus die Vorverdichtungsluft über die Leitung 12 in die Verbrennungskammern des* Brennkraftmaschine gelangt«

Grosse Grleiohdruckbrennkraftmaschinen haben nämlich im allgemeinen zwei Kühlkreis laufe» und zwar einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf für das Kühlwasser der Brennkraftmaschine und einen Niedertemperatur-Kühlkreialauf (45 bis 60° o) zur Kühlung der Vorverdichtungsluft und gelegentlich des Sohmieröls, sofern die Temperatur des ersten Kühlkreislaufs zu hoch let« Zm allgemeinen bilden die Abmessungen des Kühlers der Niedertemperatur-Kühlanlage eine der Grenzen für die Erhöhung der Vorverdioh— tungsVerhältnisseο

Erfindungsgemäss verwendet man diese beiden Kreisläufe in kaskadenartiger Anordnung zur Kühlung der Vorverdichtungsluft«

In dem ersten Wärmeaustauscher 22 wird die aus dem Kompressor austretende Luft durch das Kühlwasser der Brennkraftmaschine gekühlt» dessen eine Umwälzpumpe 3O₉ einen Luftkühler 32 und einen Ventilator 34 enthaltender Kreislauf 2Θ schematisoh dargestellt ist» In dem zweiten oder Niedertemperatur-Austauscher wird die Luft duroh das Kühlwasser eines Niedertemperatur-Kreislaufs» beispielsweise den für die schmiereinrichtung der Brennkraftmaschine» gekühlt» dessen eine Umwälzpumpe 38 und einen vorzugsweise vor dem Kühler 32 angeordneten und duroh denselben Ventilator 34 belüfteten Luftkühler 40 enthaltender Kreislauf 3$ schematisoh dargestellt ist»

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Bei den üblichem Brennkraftmaschinen hat das Wasser des Hochtemperatur-Kühlkreislaufs eine Temperatur von etwa 70 bis 80° 0_t jedoch beträgt diese Temperatur bei Brennkraftmaschinen, die mit einem druokbeaufschlagten Kühlkreislauf entsprechend dem in der französischen Patentschrift 1 252 170 auf den Namen des Erfinders und mit dem !Titel "Diapositiv de refroidissement d'un moteur a combustion interne" sowie den Zusatzpatenten 77 300 und 78 838 beschriebenen Kühlkreislauf versehen sind* mehr als 100° 0»

Als Beispiel sei angegeben, dass bei einem Vorverdiohtungs— verhältnis 3 und bei 35° 0 aus der Atmosphäre entnommener luft die Luft am Auslass des Kompressors entsprechend der adiabatischen Leistung des Gebläses eine zwischen 177 und 187 C liegende Temperatur aufweist»

Wenn das Kühlwasser in dem Hochtemperatur-Austauscher eine Temperatur nahe 100° 0 aufweist ₉ verliert die Vorverdichtungsluft in dem ersten Wärmeaustauseher etwa 70 , d*h» sie tritt aus ihm bei einer Temperatur von etwa 110° aus* Da es nun möglich ist, die Vorverdiohtungsluft ohne Rücksioht auf das Torverdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bei einer konstanten Temperatur (von beispielsweise 60° C) zuzuführen, kann, da man den Auspuffgasen über die Abzweigleitung 18 die erforderliche luftmenge beimischt, die durch den Niedertemperatur-Austauscher pro PS/h abzuführende Kalorienmenge ohne Rücksicht auf das · Vorverdichtungsverhältnis im wesentlichen konstant gehalten werden, d»h» dass der Preis und die Abmessungen des Niedertemperatur-Austausohers nicht unzulässig werden, wie es bisher für 2,2 bis 2,3 überschreitende Vorverdichtungsverhältnis se der Pall war·

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Wie bei der Ausführungsform naoh Pig· 1 ist es vorteilhafter, die abgezweigte Luft am Auslass des Kompressors und nicht hinter dem Hoohtemperatur-Wärmeaustauscher zu entnehmen, d^h· es ist vorzuziehen, die Abzweigleitung 18 an die Leitung 8 und nicht an die Leitung 24 anzusehliessen» Wenn man nämlich in die (beispielsweise eine Temperatur von 750° C aufweisenden) Auspuffgase gekühlte Luft (von beispielsweise 110 0) statt unmittelbar aus dem Kompressor austretender wärmerer Luft (von beispielsweise etwa 180° G bei einem Vorverdiohtungsverhältnis 3) zuführt, beträgt zum Erzielen der gleichen Temperatur der Gase am Einlass der Turbine die Verringerung des Volumens durch die abgezweigte Luft nur etwa 2 bis 3 $ des Gesamtluftvolumens· Zur möglichst vollständigen Ausnutzung der durch die Vorrichtung erbrachten Vorteile ist es also aweekmässiger, nur die Verbrennungsluft zu kühlen« Palis jedoch die abgezweigte Luft, wie vorstehend erörtert, zum Kühlen der Ventilgehäuse dient oder falls das Vorverdiohtungsverhältnis höher ist, beispielsweise über 3 liegt, kann es von Interesse sein, die Abzweigleitung 18 an die Zwischenleitung 24 zwischen dem Hochtemperatur-Austauscher und dem Niedertemperatur-Austauscher anzusehliessen, um die durch den erstgenannten dieser Wärmeaustauscher bewirkte Kühlung auszunutzen«

In der Praxis kann die Spülzeit zwischen 0 und 5 i» der Gesamtdauer des Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine liegen· In Wirklichkeit belässt die Überschneidung der Ventile stets eine Spülzeit* die übrigens nicht zu einem Energieverlust führt, weil sie das Ausstossen der in der Verdiohtungakammer eingeschlossenen Verbrennungs- oder Auspuffgase sowie das Verbessern der Füllung der Zylinder ermöglicht»

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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die besohriebenen und dargestellten Ausführangsformen beschränkt· Man kann daran zahlreiche» dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vornehmen, ohne dass man dadurch den Bereich der Erfindung verlasst*

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Claims

Pat entansprüohe ;

1» Verfahren zur Y ο rrer dichtung bei Wärmekraftmaschinen mit hin- und hergehendem Arbeitszyklus, insbesondere bei Gleichdruckbrennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass man atmosphärische Luft verdichtet»
mindestens denjenigen Teil der durch diese Verdichtung erwärmten Luft kühlt» der in die Verbrennungskammern der Brennkraftmaschine zum Zwecke ihrer Speisung eingelassen werden soll, einen Teil der verdiohteten Luft abzweigt» den abgezweigten Teil den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine zweoks Senkung der Temperatur der Auspuffgase unmittelbar beimischt und dieses Gasgemisch als Energiequelle für das Verdichten der atmosphärischen Luft verwendet·

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Durchsatz der abgezweigten verdiohteten Luft steuert, bevor man die abgezweigte Luft den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine beimischt©

3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülzeit, während der das Zulass- und
das Auslassventil ein und desselben Zylinders der
Brennkraftmaschine gleichzeitig geöffnet sind, nur
etwa 0 bis 5 ^cß> des gesamten Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine beträgt»

4* Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3» gekennzeichnet durch einen von einer durch die Auspuffgase, der Brennkraftmaschine betriebenen Turbine (6) angetriebenen Kompressor (4), minde—

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~ Tb -

atens einen in eine Zuführn oder Speiseleitung (8, 12) zwischen dem Auslass des Kompressors (4) und dem Lufteinlass der Brennkraftmaschine eingesetzten kühlenden Wärmeaustauscher, eine Abzweigleitung (18) für die verdichtete Luft, von der ein Ende hinter dem Auslass des Kompressors an die Zuführ- oder Speise- " leitung und ihr anderes Ende an die die Auspuff ventile der Brennkraftmaschine mit der Turbine (6) verbindende Auspuffleitung (14) angeschlossen ist_? wobei die Vorrichtung ausserdem in der Abzweigleitung (18) Steuerungsmittel (20) für den Durchsatz der Luft in dieser Leitung aufweist»

Vorrichtung nach Anspruch 4₉ dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende der Luftabzweigleitung (18) an die Speiseleitung (8) zwischen dem Auslass des Kompressors (4) und dem Einlass des Wärmeaustauschers (10) angeschlossen ist·

Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Durchsatzes der abgezweigten Luft ein in die Abzweigleitung (18) eingesetztes Rückschlagventil (20) enthalten, das in der Leitung (18) den Umlauf der Gase mir in Richtung von der Speiseleitung (8) zu der Auspuffleitung (14) hin zulässt«

Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Durchsatzes der abgezweigten Luft ein Ventil (20) enthalten, das durch ein auf den am Auslass des Kompressors (4) herrschenden Druck ansprechendes Gerät betätigt bzw· gesteuert wird«»

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ι *f ο ί y υ ι

8· Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Durchsatzes der abgezweigten luft ein Ventil (20) enthalten, das durch ein auf die Temperatur der Auspuffgase ansprechendes Gerät betätigt bzw» gesteuert wird·

9· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Wärmeaustauscher (10) zwecks Senkung der Temperatur der verdichteten Verbrennungsluft umlaufende Strömungsmittel das Kühlwasser eines der Kühlkreisläufe der Brennkraftmaschine ist·

10· Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen ersten Wärmeaustauscher (22) und einen zweiten Wärmeaustauscher (26), die in der Zuführ- oder Speiseleitung (8, 12 bzw· 8, 24, 12) zwischen dem Auslass des Kompressors (4) und dem Lufteinlass (12) der Brennkraftmaschine hintereinander angeordnet sind»

11· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder Hochtemperatur-Wärmeaustauscher (22) an den Wasserkühlkreislauf (28) der Brennkraftmaschine angeschlossen ist»

12· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite oder Niedertemperatur-Wärmeaustauscher (26) an den Wasserkühlkreislauf (36) der Sohmieranlage der Brennkraftmaschine angeschlossen ist·

13· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite oder Niedertemperatur-Wärmeaustauscher (26) an einen unabhängigen oder gesonderten Wasserkühlkreislauf angeschlossen ist·

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14· Vorrichtung nacja Anspruch 4 und 51 dadurch gekennzeichnet! dass das andere Ende der Abzweigleitung in die Ventilgehäuse der Auspuffventile einmündete

15· Vorrichtung, gekennzeichnet durch die aus der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen entnehmbaren Merkmale»

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