DE2159771A1

DE2159771A1 - Einrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitsdampfunter Ausnutzung der Hitze der Verbrennungsgase einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2159771A1
Application number: DE19712159771
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: May, Claude Hector, SL Peter Port, Guernsey (Großbritannien)
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1972-07-06
Also published as: NL7116595A; AR194214A1; US3760778A; SE366817B; CH540460A; FR2117144A5; AU452911B2; GB1364456A; BE776217A; IT945215B; CA940397A; DK137201B; ES397646A1; AU3605471A; DK137201C; AT315208B; ZA717643B

Description

Einrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitsdampf unter Ausnutzung der Hitze der Verbrennungsgase einer Brennkraftmaschine.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Plüssigkeitsdampf hoher Temperatur und hohen Druckes zur Verwendung als Antriebsmittel für Kraftmaschinen. Die Erfindung eignet sich besonders für die Erzeugung von Wasserdampf, obwohl auch andere Flüssigkeiten damit zur Verdampfung gebracht werden können. Eine besonders geeignete Hitzequelle für die Dampferzeugung sind die Verbrennungsprodukte einer Brennkraftmaschine, die in einen Behälter überführt werden, der teilweise mit der zu verdampfenden Flüssigkeit gefüllt ist. '-'-

Der bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendete. Behälter weist einen Einlaß für die Verbrennungsgase auf, der mit dem unteren Teil des Behälterinneren über ein Sieb oder dgl. in Verbindung steht, das eine große Anzahl kleiner Löcher hat, durch die Gas oder Flüssigkeit frei hindurchtreten kann. Infolgedessen können die Verbrennungsgase in Form von Blasen nach oben durch die im Behälter befindliche Flüssigkeit hindurchtreten und dabei die Hitze unmittelbar an die Flüssigkeit abgeben. Auf diese Weise lassen sich die Htze und der Druck der Verbrennungsgase sehr wirksam auf die Flüssigkeit übertragen. Das Sieb wird zweckmäßig von einem

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im Behälter liegenden und ringsum mit kleinen öffnungen versehenen Ansatz des Einlaßrohres gebildet. Mit Hilfe einer derartigen Einrichtung lassen sich eine große Anzahl von kleinen Bläschen erzeugen, bei denen das Verhältnis von Oberfläche zu Inhalt sehr groß ist, so daß ein hohes Maß von Wärmeübertragung gewährleistet ist.

Wird die Größe der Löcher so gewählt,: daß die Größe der Gasblasen .über einem kritischen Wert liegt, so wird die Temperatur des in einer Blase eingeschlossenen Gases immer noch höher sein, als die Temperatur der Flüssigkeit, wenn die Gasblase den Flüssigkeitsspiegel durchdringt. Dann wird der Dampf überhitzt und damit ein außerordentlich wirksamer Dampferzeuger gewonnen.

Soll die Einrichtung in ein Fahrzeug eingebaut werden, wofür sie sich besonders eignet, so findet zweckmäßig ein zylindrischer Behälter Anwendung, der durch kreisförmige Prallwände, welche öffnungen zum Durchtritt: der Flüssigkeit und des Druckmittels aufweisen, in mehrere axial nebeneinanderliegende Abteile unterteilt ist. Durch diese Prallwände wird ein Herumschwappen und -spritzen der Flüssigkeit bei Bewegungen verhütet, wobei dennoch der freie geregelte Durchtritt von Flüssigkeit und Druckmittel von einem Abteil zum anderen gewährleistet ist. Die Prallwände unterteilen den Behälter z.B. in seiner Längsrichtung in Abteile, deren axiale Länge etwa 65 % des Behälterdurchmessers beträgt.

Es ist wichtig, im Betrieb den Dampf trocken zu halten. Daher wird zweckmäßig das Auslaßrohr des Behälters so ausgebildet bzw. angeordnet, daß ein Mitführen von Flüssigkeit durch das Druckmittel nach Möglichkeit ausgeschlossen ist. Zu diesem Zweck erstreckt sich das Auslaßrohr aufwärts bis zur oberen Wandung des Behälters, wo die Rohrmündung ver deckt ist. Dafür sind in der Rohrwandung dicht an der Rohrmündung öffnungen zum Austritt des Druckmittels vorgesehen

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und der, obere Abschnitt, des Rohres einschließlich der öffnungen ist von einem napfartigen Schutzschild umgeben, das am Napfboden Abzuglöcher aufweist. Das Druckmittel kann frei über den oberen. Rand des Napfes hinweg und durch die erwähnten Aust liitt so ff nungen in das Auslaßrohr gelangen. Flüssigkeit hingegen, die über den oberen Rand des Napfes gespritzt werden sollte, gelangt kaum in das Rohr, sondern fließt einfach durch die Abzugslöcher wieder in den Behälter zurück. Zusätze lieh können auehdiese Abzugslöcher des Schutzhapfes durch nach unten gerichtete Schürzen gegen einspritzende Flüssigkeit gesichert sein.

Nicht nur im Behälter selbst, sondern auch in der die Ver- | brennungsgase liefernden Brennkraftmaschine treten wegen der sehr hohen Temperaturen und des in der Auslaßleitung des Motors entstehenden Rückdruckes besondere konstruktive Probleme aufι denn im Bereiche des Auslaßventils bilden sich Wärmestauungen, die eine Erosion des Ventils und des. Ventilsitzes, zur Folge haben.Dieser starken Erhitzung läßt sich teilweise dadurch begegnen, daß eine Brennkraftinaschine verwendet wird, die für den. vorliegenden Zweck besonders ausgebildet ist.: Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer, derart geeigneten Brennkraftmaschine mündet einerseits, daa Auslaßventil (bzw.die Auslaßventile) in das Rohr zur Ableitung der Verbrennungsgase und andererseits ist eine zweite Leitung, vorgesehen, durch λ

die Flüssigkeit entweder aus dem Behälter oder aus einer anderen Quelle in eine oder mehrere.Kammern geführt wird, die mit den heißen Abschnitten des bzw. der Zylinderköpfe in Berührung stehen. Jede der Kammern liegt mit einem Kammerteil neben dem Sitz des zugehörigen Auslaßventils und weist enge Austrittsöffnungen auf, die.unmittelbar nach dem öffnen des Ventils im Bereich des reduzierten Druckes mit der Einlaß^ leitung in Verbindung kommen. Auf diese Weise gelangt Flüssigkeit in die Einlaßleitung, wodurch ein Flüssigkeitsumlauf aus dem Behälter durch die Kammer und in Berührung mit dem Metall

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erreicht wird, das dem Sitz des. Auslaßventils benachbart ist. Anschließend gelangt die Flüssigkeit, .durch die engen Austrittsöffnungen in die Einlaßleitung, in der sie sofort durch die heißen Abgase verdampft wird. Auf diese Weise wird eine kräftige Kühlung des Auslaßventils bzw.. der Auslaßventile und deren Sitze erreicht.

Jede Kammer, in"die die Flüssigkeit eintritt, kann.einen ringförmigen Abs.chnitt haben, der vom Bereich des^: reduzierten Drucks durch eine ringförmige Membran abgeteilt ist,deren innere Kante sich gegen die Wand des ringförmigen Kammerabschnittes neben dem Ventilsitz legt. Die engen Aus tritt soffnungen liegen dann zwischen, dieser. Membrankante und der Wand. Auf. diese Weise trennt die Membran die Kammer, von der Leitung, welche die Verbrennungsgase dem Behälter zuführt. Außerdem wirkt :sie als Dichtung gegen den hohen Druck des Druckmittels.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung einer auf der Zeichnung dargestellten AusführungsfOrm der neuen Einrichtung hervor.'

Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt: .durch das Ende eines Behälters und einer Brennkraftmaschine,, deren Verbrennungsgase dem Behälter zugeführt werden.

Fig. .2 ist :ein Querschnitt durch den Behälter, von der rechten Seite, der Fig. 1 aus gesehen.

Fig. 3 zeigt die Brennkraftmaschine teilweise im Schnitt und in Stirnansicht, von der linken Seite, der Fig. 1 aus gesehen.

Fig. 4 zeigt in kleinerem Maßstab entsprechend Fig. 2 einen Querschnitt und veranschaulicht weitere Einzelheiten . einer, anderen .Ausführungeform, der. Auslaßl.eitung^.

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Fig. 5 zeigt einen Teil einer Membran, die bei. der Aus-. führungsform nach Fig.' 1 verwendet .wird.

Fig. 6 zeigt in größerem Maßstab 'einen Schnitt: durch ein Auslaßventil und seinen Sitz gemäß Fig. 1 'und läßt auch die Kante der Membran nach Fig. 5 erkennen.

Wie Fig.· 1 "zeigtj treten die Verbrennungsgase einer Brennkraftmaschine' 1 aus. dem Auslaß in eine Leitung 2 und gelangen durch ein Einlaßrohr 3 in das Innere eines zylindrischen Behälters 4,. von dem in Fig. 1 nur das linke Ende dargestellt (( ist. Das Einlaßrohr ragt mit einer Verlängerung 5 bis in die Nähe des Bodens dea Behälters 4, wo: es vermittels: einer Muffe od. dgl. rechtwinklig abgebogen und an eine waagerechte Leitung 7 angeschlossen ist; die ist perforiert, d.h. mit einer großen Zahl kleiner Löcher 8 versehen. Durch diese Löcher können die Verbrennungsgase in Blasenform nach oben durch die im Behälter befindliche Flüssigkeit treten. Der Flüssigkeitsspiegel ist in der Zeichnung durch^: zwei horizontale Linien 9 angedeutet, von denen die eine den oberen und die andere den unteren, während des Betriebes sich einstellenden Flüssigkeitsspiegel anzeigt. In der Regel wird der Behälter mit Wasser gefüllt sein. Hiervon wird in der nachstehenden λ Beschreibung ausgegangen] es können aber unter gewissen Umständen auch andere Flüssigkeiten zur Anwendung kommen.

Die perforierte Rohrleibung 7 bildet ein Sieb,, durch das die Abgase der Brennkraftmaschine hindurchtreten» wobei sie ihre Wär^e unmittelbar an das im Behälter befindliche Wasser abgeben. Die Anordnung der Löcher 8 rings um die Leitung' 7 ist am besten aus Fig.2 zu erkennen. Diese spezielle Anordnung ist jedoch nicht unbedingt einzuhalten, Die Anordnung ist jedenfalls so getroffen, daß eine große Anzahl kleiner Bläschen erzeugt wird, so daß dae Verhältnis ihrer Oberfläche zum Inhalt sehr groß ist. Infolgedessen ist auch ein hoher

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Wärmeübertragungskoeffizient gewährleistet.. Befindet sich in dem Behälter Wasser, so zeigt die Erfahrung, daß die Löcher zweckmäßig einen Durchmesser von 0,75 mm haben sollten; in diesem Falle liegt die Größe der Gasbläschen über einem kritischen Wert, hei dem die Temperatur des eingeschlossenen Gases noch über derjenigen des Wassers liegt, sobald ein Bläschen durch die Oberfläche des Wassers hindurchtritt. Auf diese Weise wird der Dampf überhitzt, d.h. ein überaus wirksamer Dampferzeuger geschaffen.

Wird die Einrichtung in ein Fahrzeug eingebaut, so besteht die Gefahr, daß das Wasser in dem Behälter von einem Ende zum anderen hin- und her s chwappt.. Um dies nach Möglichkeit zu verhindern, sind über die ganze Länge des Behälters im Abstand voneinander angeordnete Prallwände 12 vorgesehen, von denen in Fig. 1 nur eine Wand dargestellt ist. Jede Prallwand 12 weist Öffnungen 13 (Fig.2) auf, die einen freien, jedoch begrenzten übertritt von Wasser und auch Dampf zulassen, aber verhindern, daß das Wasser im Behälter herumspritzt oder herumschwappt. Die Prallwände teilen das Behälterinnere in einzelne Abteile auf, von denen jedes eine Länge hat, die etwa 65 Prozent des Behälterdurchmessers beträgt.

Die Menge des aus dem Behälter austretenden Druckmittels wird durch den Bedarf der antreibenden Maschine bzw. der Einrichtung bestimmt, die mit dem Druckmittel zu versorgen ist. Oben in dem Behälter ¹I liegt die Mündung eines Auslaßrohres 15, das durch die Behälterwandung an einer Stelle 16 nach außen tritt, welche in der unteren Behälterhälfte liegt. Mit dem Druckmittel darf keine Flüssigkeit in das Rohr 15 gelangen. Aus diesem Grunde ist das Rohr am Ende geschlossen bzw. durch die benachbarte Wandung i_ea Behälters abgedeckt und mit kleinen Öffnungen 17 versehen. Das obere Rohrende ist von einem napfartigen Schutzschild 20 umgeben, das dicht über seinem Boden Abzugslöeher 21 aufweist. Diese

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Abzugslöcher liegen im rechten Winkel zu den öffnungen 17 versetzt.. Beim freien Eintritt des Druckmittels in die Mündung des Rohres 15 kann u.U. etwas Wasser über den oberen Rand des Napfes 20 hinweggelangen. Dies geschieht im wesentlichen rechtwinklig zu der Ausrichtung der öffnungen 17. Das Wasser kann dann durch die öffnungen 21 abziehen, ohne in das Rohr 15 einzudringen. Zusätzlich werden die Ablauföffnungen 21_noch durch eine nach unten gerichtete Schürze 22 geschützt.

Trotz dieser Vorsichtsmaßnahmen besteht immer noch eine gewisse Gefahr, daß eine kleine Wassermenge mit in das Rohr 15 hineingerissen wird. Auch diese Menge muß aufge- f

fangen und durch den ihr nachfolgenden überhitzten Dampf verdampft werden können... Zu diesem Zweck sind die in Fig. 4 veranschaulichten zusätzlichen Behälter 24 und 34 vorgesehen, die ähnlich wie der Behälter 4 ausgebildet, sind und in Reihe hint er „.dem Auslaß dieses Behälters liegen. Aus dem Behälter 4 zusammen mit etwa mitge.führter Flüssigkeit austretendes Druckmittel gelangt also zunächst in den Behälter 24, dessen Auslaß in gleicher Weise ausgebildet ist, wie derjenige des Behälters 4.; die einzelnen Teile tragen daher auch die gleichen Bezugsziffern. Aus dem Behälter 24 treten dann die Stoffe in den Behälter. 34, dessen Auslaß wiederum in gleicher Weise ausgebildet ist. Aus ihm λ gelangt das Druckmittel schließlich,zur Verbrauchsstelle. Wenn das Druckmittel den Behälter 34 verläßt, führt es nur noch ganz unbeachtliche Spuren von Wasser mit sich.

Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung läßt sich.die den Abgasen der Brennkraftmaschine 1 innewohnende Hitze mit hohem Wirkungsgrad in ein Druckmittel umwandeln, das zu weiterer Verwendung abgeleitet werden kann. Mit steigendem Druck im Behälter 4 entsteht ein Rückdruck auf den Motor Dieser Umstand in Verbindung mit den herrschenden hohen

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Temperaturen hat eine überhitzung des Auslaßventils des Motors zur Folge. Dies führt dann zu Erosionen am Ventil und am Ventilsitz.

Die benötigten Verbrennungsgase können jeder beliebigen Brennkraftmaschine entnommen werden. Als besonders geeignet hat sich jedoch ein Freikolbenmotor ( free-pistonengine ) für diesen Zweck erwiesen; ein solcher Motor ist auf der Zeichnung veranschaulicht.

Der Motor weist einen Kolben 35 und einen Zylinder 36 sowie ein Auslaßventil 38 mit Ventilsitz 39 auf. Das Auslaßventil trägt in der Mitte eine Zündkerze 40 und wird von vier Druckfedern 41 gesteuert, die als Blattfedern ausgebildet sind. Zwei dieser Blattfedern sind auf der rechten Seite/der Fig. 3 zu erkennen. Die linke Hälfte dieser Abbildung zeigt einen Schnitt, durch die Ventilführung. Das Ventil 38 öffnet sich automatisch, wenn der Druck in der Brennkammer 42 den Gegendruck der Federn 4l übersteigt. Die Abgase treten dann in den Behälter 4 über. Natürlich hat der dargestellte Freikolbenmotor zwei einander gegenüberstehende Zylinder. Es können selbstverständlich auch Motoren mit größerer Anzahl von Zylindern zur Anwendung kommen. Diese Motoren werden alle ähnliche Ausbildungen der Auslaßventile haben; es genügt daher, den in der Zeichnung veranschaulichten Einzelzylinder zu besehreiben.

Bei der dargestellten Bauweise finden sich die Leitungen 2, die Rohre 3 und 5 sowie die Muffe 6 am anderen Ende des Behälters 4 in spiegelbildlicher Anordnung wieder, um von der anderen Seite her die Abgase der waagerechten Leitung zuzuführen. Bei einer anderen Anzahl von Zylindern können die Abgase auch in die vorhandenen Leitungen bzw. Rohre 2 bzw. 3 eingeführt werden.oder es wird ein zusätzlicher Behälter 4a vorgesehen, der mit gestrichelten Linien in Fig.4

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angedeutet und seinerseits, an den Behälter 24. angeschlossen ist.

Um eine Erosion des Auslaßventils 38 und seines Sitzes 39 zu verhüten:, ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, die aus dem Behälter 4 mit Flüssigkeit versorgt wird. Hierzu, ist eine besondere, lediglich schematisch durch die gestrichelte Linie angedeutete Leitung 45 vorgesehen. Abweichend von der Darstellung kann diese Leitung auch an eine andere Flüssigkextsquelle angeschlossen sein, um etwaige Verluste zu ersetzen. Bevor die Kühlvorrichtung im einzelnen beschrieben wird, ist es nötig, die Aufeinanderfolge der Vorgänge zu erläutern, die sich unmittelbar vor und nach dem Augenblick ™ der Zündung in der Brennkammer 42. des Freikolbenmotors abspielen. Es sei davon ausgegangen, daß der Zylinder neu und vollständig mit einem stöchiometrischen Brennstoff/Luftgemisch gefüllt worden ist und sich der Kolben 35 dem Höhepunkt der Verdichtung und Zündung nähert. In diesem Augenblick erhöht sich - infolge der logarithmischen Charakteristik der Verdichtung - schlagartig die Beschleunigung der Druckerhöhung in der Brennkammer 42. Da die zuvor dem Kolben 35 zugeführte Energie ebenso rasch verbraucht wird, ist :auch die Verzögerung entsprechend groß. In dem Augenblick, in dem der Kolben das Ende seines Auswärtshubes erreicht hat, und unmittelbar daran anschließend spielen sich fast gleich- \ zeitig mehrere andere Vorgänge ab. Die tatsächliche Reihenfolge dieser Vorgänge entspricht möglicherweise nicht der hier beschriebenen, da gewisse betriebliche Varianten zu berücksichtigen sind; jedenfalls aber sind die einzelnen Vorgänge und ihr gegenseitiges Aufexnanderwirken nur durch Mikrosekunden voneinander getrennt.

Der Druckanstieg in der Brennkammer 42. verbraucht die restliche Energie, die noch in der Einrichtung und dem Kolben 35 gespeichert ist, der dabei seinen Auswärtshub beendet und im gleichen Augenblick in entgegengesetzter Richtung

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beschleunigt wird, wobei er das Volumen der Brennkammer zu vergrößern beginnt. Da es praktisch unmöglich ist, die gesamte Hitze des Brennstoffes der Ladung bei "gleichem Volumen" zu übertragen, entsteht eine zeitliche Verzögerung zwischen der Erzeugung des Flammenkerns an der Zündstelle und der Entflammung der ganzen Ladung. Der Druckanstieg erfolgt dann sehr rasch und übersteigt bald den Druck der Federn 4l, so daß das Auslaßventil 38 sich zu öffnen beginnt. Die Verbrennungsgase beginnen^mit Schallgeschwindigkeit zu entweichen, die jedoch von einem Ausflußkoeffizienten beeinflußt wird, der von der engen öffnung 46 zwischen dem Ventil 38 und dem Ventilsitz 39 bestimmt wird. Sobald das Ventil 38 vollständig geöffnet ist, verbessert sich dieser Koeffizient und die öffnung 46 erweitert sich. Während bei einem normalen Motor die in der geschlossenen Brennkammer stattfindende Zündung eine Druckerhöhung bewirkt, die das Fünffache des Verdichtungsdruckes beträgt, findet, dies bei einem Freikolbenmotor der dargestellten Bauart nicht statt.. Bei einem solchen „Motor steigt der Druck nur halb so hoch an, als sonst :zu erwarten, ist. Ist das Auslaßventil wieder auf seinen Sitz zurückgekehrt, was ein Tausendstel Sekunde später der Fall ist, so sind etwa 80 Prozent der Verbrennungsgase ausgetreten und der größte Teil der zur Aufrechterhaltung des Arbeitszyklus benötigten Energie ist an die Kolbenanordnung abgegeben worden. In diesem Augenblick ist infolge der Einwärtsbewegung des Kolbens eine Volumenvergrößerung des Brennraumes 42 um etwa 60 Prozent erfolgt. Der Brennraum ist natürlich noch immer mit Gas verhältnismäßig hoher Temperatur gefüllt, jedoch liegt der Druck nur wenig über dem Verdichtungsdruck. Die Folge davon ist, daß das Gewicht des Gases nur ungefähr 10 Prozent desjenigen der anfänglichen Ladung beträgt. Während der anschließenden Expansion und der raschen Abkühlung wird die restliche Energie, die zur Aufrechterhaltung des Arbeitszyklus erforderlich ist, an den Kolben abgegeben. Beim Vollenden des Einwärtshubes fällt der Druck

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im Zylinder unter den äußeren Athmosphärendruek.. Als Ergebnis dieser Vorgänge wird der thermische Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht, unabhängig von dem hohen betrieblichen Wirkungsgrad des Behälters 4.

Die erzielte "Verbesserung beruht auf drei Faktoren. Da ein Freikolbenmotor im wesentlichen bei einer vorbestimmten Last und Frequenzeinstellung arbeitet, ist es möglieh, sowohl das Brennstoff/Luftverhältnis als auch den Zündzeit punkt optimal einzustellen. Die gesamte Wärmemenge _a.__die anschließend an die Arbeitsflüssigkeit im Behälter 4 zu übertragen ist, wird dem Brennraum 42 während des äußeren Endes des Arbe'itshubes des Kolbens 35 entnommen, wie schon erwähnt,. gibt nur der kleine Anteil der Verbrennungsgase, der zur Aufrechterhaltung des Arbeitszyklus benötigt wird, Wärme an die Zylinderwandungen ab. Der verhältnismäßig sehr viel geringere Gasdruck während dieses Hubes hat eine geringere Reibung zur Folge, da sich die Kolbenringe aufweiten. Das jetzt noch zu beschreibende Kühlsystem bewirkt schließlich, daß die unvermeidlich durch die Wände der. Brennkammer übertragene Wärme von der Kühlflüssigkeit aufgenommen und mit der Flüssigkeit und den Verbrennungsprodukten auf das im Behälter befindliche Druckmittel übertragen wird.

Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlsystem wird Kühlflüssigkeit durch die Leitung 45 aus dem Behälter 4 durch eine ( auf der Zeichnung nicht veranschaulichte ) in die Gewindebohrung 52 des äußeren Kopfstückes 51 eingeschraubte Muffe od.dgl. zugeführt. Von dort gelangt die Flüssigkeit in eine etwa ringförmige Kammer 53. In dieser Kammer verteilt sich die Flüssigkeit in Umfangsriehtung nach beiden Seiten, wie dies" in'Fig. 3 für die eine Kopfseite durch den Pfeil angedeutet ist. Der größte Teil dieser Flüssigkeit tritt durch ein Paar Löcher 54 hindurch^ von denen je eins in den Fig. 1 und 3 zu erkennen ist.

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Die übrige Flüssigkeit tritt durch ein Loch 55, wodurch einer DampfStauung vorgebeugt wird. Alle diese Löcher münden in eine Ringkammer 60 ein, die den inneren Zylinderkopf 61 umgibt. Die Kammer 60 ist durch eine Membran 62 von einer Kammer 63 abgetrennt, in die die Verbrennungsprodukte unmittelbar, nachdem sie die Brennkammer 42 beim öffnen des Auslaßventils 38 verlassen haben, durch den Spalt 46 gelangen. Die Löcher 54 und 55 durchdringen also auch einen äußeren Abschnitt: der Membran 62, die ringförmig ausgebildet ist und mit ihrem inneren Rand 65 am inneren Zylinderkopf 61 anliegt, der die Wandung der Kammer 60 bildet. In Fig. 6 ist . die innere Kante 65 der Membran

62 in größerem Maßstabe dargestellt. Aus dieser Abbildung ist erkennbar, daß die Kante in eine ringförmige Aussparung 67 des Kopfstückes 61 eingreift. Diese Aussparung 67 hat einen rechtwinkligen Querschnitt 68, während die Membrankante bei 70 abgerundet ist, so daß ein Ringkanal 71 dreieckigen Querschnitts zwischen der Kante der Membran 62 und der Aussparung 67 entsteht. Im übrigen ist die Kante 65 der Membran 62 so ausgebildet, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. An der rechten Seite (Fig.6) der Membran, d.h. an der der Kammer 60 zugewandten Seite, sind mehrere etwa radial gerichtete schlitzartige Vertiefungen 73 vorgesehen, deren Tiefe von der Membrankante 65 aus allmählich geringer wird. Die Schlitze haben daher die aus Fig.5 erkennbare dreieckige Form; sie liegen in gleichen Abständen voneinander und wechseln sich ab mit im wesentlichen axial gerichteten Nuten 74, die aus Fig.5 zu erkennen sind. Eine derartige Nut 74 ist auch in Fig. 6 zu sehen. Die Kombination der Schlitze 73 mit dem Ringkanal 71 und den axialen Nuten 74 bildet mehrere enge Verbindungsöffnungen für die Flüssigkeit zwischen den Kammern 60 und 63. Die Flüssigkeit kann also längs eines der Schlitze 73 im wesentlichen in radialer Richtung strömen, dann in Umfangsrichtung durch den Kanal 71 hindurchtreten und in axialer Richtung durch eine der Nuten 74 in die Kammer

63 gjä-angen. Die Membran 62 wirkt also als Dichtung zwischen

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der in der Kammer 60 befindlichen Flüssigkeit und den unter hohem Druck stehenden Verbrennungsprodukt en. in der Kammer 63, so daß diese den Zylinderkopf nicht ver-. lassen können. Trotzdem kann ein kleiner Teil der Flüssigkeit infolge des: Vorhandenseins der engen öffnungen allmählich in die Kammer 63 eindringen. Dort wird diese Flüssigkeit mitgerissen und durch die Verb rerinungs gase, verdampft und zwar Infolge des Venturi- bzw.: Saugeffektes, der wegen der hohen Dur cht ritt sges chwindi gkelt. durch den Spalt .46 und des anschließenden, sich weit öffnenden Austritts, entsteht.: . Insgesamt wird also bewirkt,, daß die durch die Leitung 45 zugeführte Flüssigkeit bei einem Durchtritt, durch die Kammer 53 zunächst eine Kühlwirkung ausübt.,, danach "

selbst erwärmt wird und anschließend beim übertritt, in die Kammer 60 aus den Kammerwänden Wärme aufnimmt und überschüssige Hitze aus der Nachbarschaft des. Ventilsitzes 39 abführt.

Aus Pig, 6 ist nicht nur die gegenseitige Läge, von Membran 62 und innerem Kopfstück β1 zu erkennen, .sondern sie zeigt auch die Einzelheiten des Auslaßventils 38 und seines Sitzes 39·. Diese beiden Teile sind infolge der hohen Temperaturen der Erosion ausgesetzt, übermäßige, vom Ventil 38 aufgenom mene Hitze wird bei geschlossenem Ventil, d.h. während eines beträchtlichen Teils des Arbeitszyklus,' auh auf den { Ventilsitz, übertragen. Um. den sich somit auf die beiden miteinander zusammenwirkenden VentHflachen .auewirkenden Erοsionseffekt herabzusetzen, sind beide Teile, wie dargestellt, mit je einem Einsatz 80 bz'W.\8l aus einem Metall versehen, das gegenüber, der Erosionswirkung heißer Gaee und Wärme*t«uungen wideretandefähig ist. Ein für diese Zwecke besonders geeignetes Metall ist eine Kobaltlegierung, wie z.B. das unter dem Bande Isnameii "Steinte 6" erhältliche Material. Das Ventil 38 gleitet in einer Führungsbohrung 83. vightig ist In diesem Zustinmenhänge die Anordnung einer Druckdichtung zwischen dem Ventilkörper- 38 und der

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Bohrung' 83. Aus diesem Grunde hat die Begrenzungswandung der Bohrung einen verhältnismäßig dünnen/ scharfkantigen und lippenartigen Ansatz' 85, der bei der Montage nach innen gedrückt wird, wie dies bei mit gestrichelter Linie angedeutet ist. Auf diese Weise wird ein enger Paßsitz mit dem Ventilkörper 38 gebildet.: Beim ersten Einlaufen des Motors verwandelt sich dieser enge Paßsitz in eine zuverlässige Dichtung. Selbst nach langer Betriebsdauer, wenn die miteinander in Berührung stehenden Flächen des. Ventilkörpers 38 und des lippenartigen Ansatzes' 85 sich gegenseitig haben abnützen können, bleibt, doch die Dichtung erhalten, da der Druck in der Kammer 63 auf den lippenartigen Ansatz reiferiartig einwirkt, und ihn in dichter' Berührung mit den Seitenflächen des" Ventilkörpers 38 hält. Auf diese Weise ist eine wirksame Dichtung bei geringer Reibung und unbeachtlicher Abnutzung erreicht.

Patentansprüche

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Claims

Patentanspräche:

/ΐ.Λ Einrichtung zur Erzeugung von unter" Druck stehendem Flüssigkextsdampf unter Ausnutzung der Hitze der Verbrennungsgas e einer Brennkraftmaschine sowie unter Verwendung eines zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit dienenden Behälters, der mit einer Leitung zur Einführung der Verbrennungsgase versehen ist,, dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitung (2, 3_} 5 bis 7) in den unteren Teil des Behälterinneren hineinragt und mit dem Innenraum des Behälters ( 4 ) über ein Sieb od.dgl. (7 ) in Verbindung steht,, das eine große An- f

■ zahl von kleinen Löchern ( 8 ) aufweist,, durch die Gas oder Flüssigkeit hindurchtreten können, so daß die Verbrennungsprodukte in Blasenform nach oben,durch die im Behälter befindliche Flüssigkeit aufsteigen und dabei Hitze unmittelbar an die Flüssigkeit abgeben.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, daß das Sieb von einem Leitungsansat ζ (■" 7 ) gebildet wird, der im Behälterinneren liegt und über seinen Umfang verteilt die kleinen Durchtrittslöcher. (8 ). trägt.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder. 2, dadurch ge- λ kennzeichnet, daß der Behälter. ( 4 ) zylindrisch ausgebildet und in axialer Richtung in einzelne Abteile durch Prallwände ( 12 .) aufgeteilt ist,, die öffnungen ( 13 ) zum Durchtritt von Flüssigkeit und Druckmittel aufweisen.
4. Einrichtung nach einem der. voraufgegangenen Ansprüche, _: dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung ( 15 ), durch die das Druckmittel den Behälter ( 1 ) verläßt, aus einem Rohr besteht,, das nach oben bis an die obere Wand des Behälters ragt und dessen oberes Ende abgedeckt

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ist, wobei die Wandung dieses Rohres kurz vor seisem Ende Öffnungen (17) zum Durchtritt des Druckmittels aufweist und das obere Rohrende einschließlich dieser öffnungen von einem napfartigen Schutzschild (20) umgeben ist, in dessen Boden Abzugslöcher ( 21 ) vorgesehen sind, die gegenüber den im Rohrende vorgesehenen öffnungen ( 17 ) versetzt sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugslöeher ( 21 ) in dem napfartigen Schutzr schild ( 20 )gegen Flüssigkeitsspritzer durch eine nach unten gerichtete Schürze od. dgl. ( 22 ) gesichert sind.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung ( 15 ) des Behälters ( 1 ) in wenigstens einen weiteren Behälter ( bzw. 34 ) führt, deren Auslaßleitung in der gleichen Weise ausgebildet ist, wie diejenige des ersten Behälters .
7. Einrichtung nach einem der voraufgegangenen Ansprüche mit einer Brennkraftmaschine, deren an das Auspuffventil angeschlossene Abgasleitung in die für die Verbrennungsgase vorgesehene Einlaßleitung des Behälters mündet, gekennzeichnet durch eine zweite Leitung ( 45 ), durch die Flüssigkeit einer oder mehreren Kammern (60, 63 ) zuführbar ist, die mit den heißen Teilen des bzw. der Zylinderköpfe ( 61 ) in Berührung stehen, wobei jede Kammer einen neben dem Sitz des zugehörigen Auslaßventils liegenden Kammerteil ( 60 ) aufweist, der unmittelbar im Anschluß an das öffnen des Ventils ( 38 ) durch enge öffnungen '( 73, 74 ) mit der Einlaßleitung ( 5 ) im Bereiche reduzierten Druckes in Verbindung tritt, so daß Flüssigkeit aus der Kammer in die Einlaßleitung gezogen wird.

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8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung ( 45 ) die Flüssigkeit dem Behälter ( 1 ) entnimmt.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch ge? kennzeichnet, daß die Kammer einen Ringabschnitt ( 60 ) aufweist, der gegenüber, dem Kammer ab schnitt ( 63 ) reduzierten Druckes durch eine ringförmige Membran ( 62 ) abgeteilt ist, deren innere Kante (65 ) sich gegen die neben dem Ventilsitz ( 39 ) liegende Wand (61 ) des ringförmigen Teils der Kammer legt, wobei die engen Öffnungen ( 733 74 ) von dieser Membran'una aer Wand be- ^ grenzt werden.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,. dadurch gekennzeichnet, daß die Kante ( 65 ) der ringförmigen Membran ( 62 .) in eine im Querschnitt schärfwinklig ausgebildete ringförmige Ausnehmung ( 67, 68 ) eingreift und an dem mit dieser Ausnehmung zusammenwirkenden Rand (70 ) abgerundet ist, so daß ein Ringkanal ( 71 ) entsteht, daß ferner in der der ringförmigen Kammer ( 60 ) zugewandten Seite der Membran mehrere etwa radial gerichtete schlitzartige Vertiefungen od.dgl, ( 73 ) vorgesehen sind, die die ringförmige Kammer (60 ) mit dem Ringkanal verbinden, wobei ferner in der M«ib rankante (70 ) mehrere I axial gerichtete Nuten (74 ) vorgesehen sind, die den Ringkanal ( 71 ) mit dem Bereich reduzierten Druckes in Verbindung setzen, dergestalt, daß die radialen Schlitze, der Ringkanal und die axialen Nuten die erwähnten engen Öffnungen bilden.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zusammenwirkenden Flächen des Auslaßventils und «eines Sitzes Einsätze (80, 81 ) aus einem Metall tragen, das gegenüber der

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Erosions wirkung des; hocherhitzten Gases, und gegenüber Wärmestauungen besonders widerstandsfähig ist,
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche- 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet j daß an der Wandung der Führungsbohrung (83 ) für das Auslaßventil ( 38 ) ein verhältnismäßig dünner ₃ spitzwinklig auslaufender Lippenansatz ( 86 ) vorgesehen ist, der sich gegen die Seitenwandung des Ventils legt und als Abdichtung wirkt.

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