DE19510163A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungserhöhung von Kolbenkraftmaschinen und Gasturbi­ nen mit innerer Verbrennung von Brennstoff durch zusätz­ liche Einspeisung von Wasser.

Ein derartiges Verfahren ist zumindest für Otto-Motoren seit Jahrzehnten bekannt. In "Hütte IIa, des Ingenieurs Taschenbuch", 28. Auflage, Seite 748 ist ausgeführt, daß zur kurzzeitigen Leistungserhöhung von Otto-Motoren zu­ sätzlich Wasser oder Methanol oder eine Mischung von bei­ den in das Ansaugsystem oder den Zylinder während des Verdichtungshubes eingespritzt wird. Dabei soll die Men­ ge des eingespritzten Wassers etwa in der Größenordnung der eingebrachten Kraftstoffmenge liegen.

Das eingebrachte Wasser verbessert die Verbrennung, da das Wasser mit reaktionsfähigen Zwischenverbindungen, die bei der Verbrennung entstehen, reagieren kann und da­ durch die Klopffestigkeit des eingebrachten Gasgemisches erhöht.

Außerdem bewirkt die Wassereinspritzung eine Innenküh­ lung der Zylinder, wodurch ein größerer Füllungsgrad und damit eine höhere Leistung bei Saugmotoren erreicht wird.

Nachteilig ist, daß die Einspritzung von Wasser mittels einer Düse taktgesteuert sein muß, da während des Ver­ dichtungshubes eingespritzt wird. Dadurch ist eine auf­ wendige Steuerung einer Einspritzpumpe erforderlich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das be­ kannte Verfahren derart weiterzuentwickeln, daß keine aufwendige taktgebundene Pumpensteuerung nötig ist und trotzdem eine Leistungserhöhung eintritt.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Ver­ fahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5.

Dadurch, daß das Wasser überwiegend in Dampfform in den Ansaugbereich der Kraftmaschine eingespeist wird, ist eine sehr homogene Einbringung des Wasserdampfes über den Ansaugbereich gegeben, wobei die Maschine, gleich ob es eine Kolbenkraftmaschine oder eine Gasturbine ist, die Förderung des Dampfes durch den maschineneigenen Ansaugvorgang übernimmt.

Die Dampfform soll in diesem Zusammenhang bedeuten, daß entweder Naßdampf oder Sattdampf oder ein Aerosol von feinsten Wassertröpfchen in Dampf vorliegt.

In Anlehnung an die altbekannten und oben erwähnten Er­ fahrungen ist vorgesehen, daß die Menge des überwiegend in Dampfform eingespeisten Wassers höchstens gleich der Menge des zugeführten Brennstoffes ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß man den Wasserdampf durch Ausnutzung der Abwärme der Kol­ benkraftmaschine und Gasturbine erzeugt.

Es ist bei diesen Kraftmaschinen eine große Menge anson­ sten ungenutzter Abwärme verfügbar, die mit geringem kon­ struktiven Aufwand für die Erhitzung von Wasser zur Ver­ fügung steht.

Zur Durchführung des Verfahrens zur Leistungserhöhung an Kolbenkraftmaschinen ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Kolbenkraftmaschine einen Abgaskrümmer mit einem die­ sen zumindest teilweise umschließenden Gehäuse aufweist, daß das Gehäuse eine auf den Abgaskrümmer gerichtete Dü­ se aufweist, die durch eine Leitung mit der Druckseite einer regelbaren Pumpe verbunden ist, die auf ihrer An­ saugseite durch eine zweite Leitung mit einem Wassertank verbunden ist, und daß das Gehäuse durch eine dritte Lei­ tung mit dem Ansaugrohr der Kolbenkraftmaschine verbun­ den ist. Durch den Einsatz einer regelbaren Pumpe wird erreicht, daß die Pumpe mit verschiedenen Leistungen be­ treibbar oder ganz abschaltbar ist, wenn z. B. der Motor kalt ist. Es ist dabei nicht vorgesehen, daß die Pumpe im Takt des Kolbenmotors geregelt ist. Durch die Auf­ spritzung durch die Düse auf den im Betrieb heißen Ab­ gaskrümmer wird das aufgebrachte Wasser zum größten Teil in Dampfform verwandelt, wobei der Wasserdampf das Ge­ häuse ausfüllt und durch die genannte Leitung in das An­ saugrohr gesaugt wird.

In einer Vorrichtung des Verfahrens zur Leistungserhö­ hung an Gasturbinen ist vorgesehen, daß die Gasturbine ein deren Brennkammer zumindest teilweise umgebendes Ge­ häuse aufweist, daß das Gehäuse eine auf die Brennkammer­ außenwand gerichtete Düse aufweist, die durch eine Lei­ tung mit der Druckseite einer regelbaren Pumpe verbunden ist, die auf ihrer Ansaugseite durch eine zweite Leitung mit einem Wassertank verbunden ist, und daß das Gehäuse durch eine dritte Leitung mit der Einlaßseite der Brenn­ kammer verbunden ist.

In Bezug auf die regelbare Pumpe ist auch hier lediglich vorgesehen, daß die Leistung der zu erwartenden Brennkam­ merleistung angepaßt werden kann oder auch auf Null schaltbar ist. Dadurch, daß die Düse das Wasser auf die heiße Brennkammeraußenwand spritzt, wird der gleiche Effekt erreicht wie bei der oben beschriebenen Kolben­ kraftmaschine, wobei auch hier der Wasserdampf in den Bereich der Einlaßseite eingespeist wird, von wo er durch den Betrieb der Brennkammer in diese eingesogen wird.

Zwei bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nun­ mehr anhand einer Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt in

Fig. 1 schematisch den Aufbau der Vorrichtung an einer Brennkraftmaschine, und in

Fig. 2 schematisch die Vorrichtung an der Brennkammer einer Gasturbine.

In Fig. 1 ist ein Kurbeltrieb 14 mit einem Kolben 13 einer Brennkraftmaschine angedeutet, wobei der Verbren­ nungsraum zwei Ventile 15 aufweist, wovon das rechte das Einlaßventil und das linke das Auslaßventil ist. In Rich­ tung des Pfeiles A wird ein Gas-Luft-Gemisch durch ein Ansaugrohr 9 angesogen und gelangt in den Verbrennungs­ raum, wobei das Gemisch nach der Verbrennung diesen durch einen Abgaskrümmer 1 in Richtung des Pfeiles B ver­ läßt.

Auf dem Abgaskrümmer 1 ist ein diesen umgebendes Gehäuse 2 dichtend angebracht, in welches eine Düse 3 mündet, die das Einspritzen von Wasser ermöglicht.

Dieses Wasser wird der Düse 3 durch eine Leitung 4 zuge­ führt, die mit einer Pumpe 5 druckseitig verbunden ist.

Die Pumpe 5 kann eine Rotations- oder Kolbenpumpe sein.

Von der Saugseite der Pumpe 5 führt eine zweite Leitung 6 zu einem Wassertank 7, der das Wasser zur Einspeisung bereithält.

Das aus der Düse 3 auf den Abgaskrümmer eingespritzte Wasser verdampft zumindest zum großen Teil, wenn dieser heiß genug ist und der entstehende Wasserdampf, der durchaus noch feinst verteilte Wassertröpfchen enthalten kann, gelangt durch eine dritte Leitung 8 in das Ansaug­ rohr 9 und wird von dort zusammen mit dem Gasgemisch in den Verbrennungsraum gesogen.

Fig. 2 zeigt eine Brennkammer 10 einer Gasturbine, wie sie meist in Vielzahl ringförmig um eine Gasturbine an­ geordnet ist.

Die Brennkammer 10 besitzt eine Brennkammeraußenwand 11. In der Brennkammer 10 ist ein Flammrohr 17 angebracht, welches Öffnungen 18 aufweist, wie es aus dem stand der Technik bekannt ist.

Brennstoff gelangt durch eine Leitung zu einer Brenn­ stoffdüse 16 und wird dort in den Brennraum eingedüst, wobei in Richtung des Pfeiles A Luft in eine Einlaßseite 12 eingesogen wird und sowohl ringförmig die Innenseite der Brennkammeraußenwand umströmt und durch die Öffnun­ gen 18 in den Brennraum gelangt, als auch axial in die Brennkammer einströmt, so daß eine genügende Luftmenge zur Verbrennung an der Brennstoffdüse 16 zur Verfügung steht.

Um die Brennkammeraußenwand 11 herum ist wiederum ein Gehäuse 2 angebracht, wobei in das Gehäuse 2 die Düse 3 mündet, die analog zu Fig. 1 mit einer Leitung 4, einer Pumpe 5, einer zweiten Leitung 6 und einem Wassertank 7 in Verbindung steht.

Das aus der Düse 3 austretende Wasser verdampft auf der heißen Brennkammeraußenwand 11 und gelangt durch die dritte Leitung 8 auf die Einlaßseite 12, von wo es in die Brennkammer eingesogen wird.

Die Verbrennungsgase verlassen die Brennkammer in Rich­ tung des Pfeiles B.

Claims (5)

1. Verfahren zur Leistungserhöhung von Kolbenkraftma­ schinen und Gasturbinen mit innerer Verbrennung von Brennstoff durch zusätzliche Einspeisung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser überwiegend in Dampfform in den An­ saugbereich der Kolbenkraftmaschine oder Gasturbine eingespeist wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des überwiegend in Dampfform einge­ speisten Wassers höchstens gleich der Menge des zu­ geführten Brennstoffs ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wasserdampf durch Ausnutzung der Abwärme der Kolbenkraftmaschine oder Gasturbine er­ zeugt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 an Kolbenkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenkraftmaschine einen Abgaskrümmer (1) mit einem diesen zumindest teilweise umschließenden Gehäuse (2) aufweist, daß das Gehäuse (2) mindestens eine auf den Abgaskrümmer (1) gerichtete Düse (3) aufweist, die durch eine Leitung (4) mit der Druck­ seite einer regelbaren Pumpe (5) verbunden ist, die auf ihrer Ansaugseite durch eine zweite Leitung (6) mit einem Wassertank (7) verbunden ist, und daß das Gehäuse (2) durch eine dritte Leitung (8) mit dem An­ saugrohr (9) der Kolbenkraftmaschine verbunden ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 3 an Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine ein deren Brennkammer (10) zumin­ dest teilweise umgebendes Gehäuse (2) aufweist, daß das Gehäuse (2) mindestens eine auf die Brennkammer­ außenwand (11) gerichtete Düse (3) aufweist, die durch eine Leitung (4) mit der Druckseite einer re­ gelbaren Pumpe (5) verbunden ist, die auf ihrer An­ saugseite durch eine zweite Leitung (6) mit einem Wassertank (7) verbunden ist, und daß das Gehäuse (2) durch eine dritte Leitung (8) mit der Einlaßsei­ te (12) der Brennkammer (10) verbunden ist.