DE2743149A1

DE2743149A1 - Combustion engine cooled by compressed air - which is subsequently used to drive expansion engine

Info

Publication number: DE2743149A1
Application number: DE19772743149
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Wieser
Original assignee: WIESER DR RUDOLF
Current assignee: WIESER DR RUDOLF
Priority date: 1977-09-24
Filing date: 1977-09-24
Publication date: 1979-04-05

Abstract

The cylinder (1) of the combustion engine is cooled by compressed (13) air at a pressure of at least 1.5 bar, but preferably at 3 to 15 bar. The heated air is subsequently used to drive an expansion engine (14) such as a turbine, or a reciprocating or rotary piston engine. The main engine may be a reciprocating piston engine, the expansion engine (14) being coupled to the crankshaft (9), e.g. via a transmission (11). The cooling air may flow through the cooling ducts (16) around each cylinder liner (5) and then through each cylinder head (1b).

Description

Verbrennungsmotor Internal combustion engine

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Verbrennungsmotor (Diesel-, Ottomotor, Rekuperativnotor nach deutscher Offenlegungsschrift 24 50 077), um dessen spezifischen Treibstoffverbrauch zu senken. The invention relates to an improved internal combustion engine (Diesel, Otto engine, recuperative engine according to German Offenlegungsschrift 24 50 077), to reduce its specific fuel consumption.

Gegenwartig betragen - in den Bestpunkten - die spezifischen Treibstoffverbräuche bei Dieselmotoren ca. 140 gr/PSh und bei Ottomotoren etwa 230 gr/PSh. Dies entspricht Gesamtwirkungsgraden (wirtschaftlichen irkungsgraden) von 45 bzw. 28 Prozent. At present, the specific fuel consumption is - in the best points for diesel engines approx. 140 g / PSh and for gasoline engines approx. 230 g / PSh. This matches with Overall efficiencies (economic efficiencies) of 45 or 28 percent.

Der Rest der mit dem Treibstoff zugeführten chemischen Energie geht mit der Abgaswärme, der wärme des Kühlwassers bzw. The rest of the chemical energy added with the fuel goes with the exhaust gas heat, the heat of the cooling water or

der Motorkühlluft sowie durch mangelhafte Verbrennung des Treibstoffes und durch Rei'bungsverluste des rotors und seiner Hilfsaggregate (Einspritzpumpe, Kühlwasserpumpe bzw. Lüfter u. e.) verloren.the engine cooling air as well as insufficient combustion of the fuel and through friction losses of the rotor and its auxiliary units (injection pump, Cooling water pump or fan etc.) lost.

Die Erfindung dient nun der Aufgabe, die bisher verlorene Xühlwärme des rotors, deren Anteil 20 - 30 % der Treibstoffenergie beträgt, wenigstens teilweise in mechanische Energie zu verwandeln. Überdies soll bei Benzinmotoren ein hohes Gesamtexpansionsverhältnis und damit eine tiefe Abgastemperatur erreicht werden und so deren spezifische Treibstoffverbräuche denen der Dieselmotoren angeglichen werden. The invention now serves the task of the previously lost Xühlwärme of the rotor, which accounts for 20-30% of the fuel energy, at least partially to transform it into mechanical energy. In addition, in the case of gasoline engines, a high Overall expansion ratio and thus a low exhaust gas temperature can be achieved and so their specific fuel consumption is adjusted to that of diesel engines will.

Um die bisher verlorene Kühlwärme der Motoren teilweise in mechanische Energie zu verwandeln wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Kühlung des Arbeitszylinders bzw. der Arbeitszylinder des otors durch vorkomprimierte Zylinderkühlluft von mindestens 1,5 bar, vorzugsweise aber von 3 - 15 bar Druck erfolgt, und daß diese Zylinderkühlluft nach Aufnahme der Kghlwärme in mindestens einem Entspannungsaggregat (Gasturbine, Hubkolenzylinder, Drehkolbenzylinder, Schraubenspindel-Entspannungsgerät u.a.) unter Abgabe mechanischer Energie expandiert. The previously lost cooling heat of the engines is partly converted into mechanical To convert energy is proposed according to the invention that the cooling of the working cylinder or the working cylinder of the engine by pre-compressed cylinder cooling air of at least 1.5 bar, but preferably a pressure of 3-15 bar, and that this cylinder cooling air after absorption of the cooling heat in at least one expansion unit (gas turbine, Reciprocating cylinder, rotary piston cylinder, screw spindle relaxation device, etc.) under Release of mechanical energy expands.

Die Verdichtung der Zylinderkühlluft erfolgt dabei - vorzugsweise unter Anwendung von Zwischenkühlung - in wenigsten. The cylinder cooling air is compressed - preferably using intercooling - in the least.

einem ein- oder mehrstufigen Verdichteraggregat (Radialverdichter, Hubkolbenkompressor, rotierender Vielzellenverdichter, Schraubenspindelverdichter) auf den angegebenen Druck und auf eine Temperatur von ca. 100°C. Die Aufwärmung der Zylinderkühlluft durch Kühlwärme der Arbeitszylinder kann dabei 300 - 3500C (in Sonderfällen 4000C und mehr) betragen. Durch die expansion dieser Zylinderkühlluft in einem Entspannungsaggregat können 20 - 25 * der xühlwärme in mechanische Arbeit verwandelt werden, was 4 - 7,5 % der chemischen Treibtoffenergie ausmacht. Bei Dieselmotoren bedeutet dies eine Steigerung der Üotorleistung um 9 - 16,7 % und bei Ottomotoren um 14 - 27 % (bei gleichem Treibstoffverbrauch).a single or multi-stage compressor unit (centrifugal compressor, Reciprocating compressor, rotating multi-cell compressor, screw spindle compressor) to the specified Pressure and to a temperature of approx. 100 ° C. The heating of the cylinder cooling air By cooling the working cylinder, 300 - 3500C (in special cases 4000C and more). By expanding this cylinder cooling air in a relaxation unit 20 - 25 * of the cooling heat can be converted into mechanical work, which is 4 - 7.5% of the chemical fuel energy. In the case of diesel engines, this means an increase in engine power by 9 - 16.7% and for gasoline engines by 14 - 27% (with the same fuel consumption).

Dabei können die Arbeitszylinder des Motors sowohl als Hubkolbenzylinder als auch als hreiskolbenzylinder(wie beim Wankelmotor) ausgebildet sein. The working cylinder of the engine can be used as a reciprocating cylinder as well as a circular piston cylinder (as in the Wankel engine).

Bei Ausführung des Motors als Hubkolbenmotor ist das Entspannungsaggregat für die Zylinderkühlluft mit der Kurbelwelle des Lotors mechanisch verbunden, wobei dies gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes erfolgt. hierdurch wird die mechanische Energie des Entspannungsaggregates mit der mechanischen Energie des rotors vereint. When the engine is designed as a reciprocating piston engine, the expansion unit is for the cylinder cooling air mechanically connected to the crankshaft of the solder, wherein this is done, if necessary, with the interposition of a transmission. this will the mechanical energy of the expansion unit with the mechanical energy of the rotor united.

reiters durchströmt bei einem Hubkolbenmotor die Zylinderkühlluft zuerst die Kühlräume (Kühlkanäle) um die Laufbüchse und dann den Zylinderkopf jedes Arbeitszylinders. Dies hat den Vorteil, daß einerseits die vom Schmieröl benetzten Innenflächen der Laufbüchsen besonders kühl gehalten werden können und andererseits die Zylinderkühlluft in den Zylinderköpfen doch eine verhältnismäßig hohe Endaufwärmung (300 - 350 - 400°C) erfährt, was thermodynamisch für die teilweise Umwandlung der Motorkühlwärme in mechanische Energie vorteilhaft ist. (Der thermische Wirkungsgrad des Umwandlungsprozesses steigt mit zunehmender Endaufwärmung an.) Besitzt der Motor (Hubkolbenmotor oder Ereiskolbenmotor) eine hohe Abgastemperatur (ein Benzinmotor heutiger Bauart hat ohne Aufladung z.B. bei liennlast eine solche von ca. 8000C), so wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die komprimierte Zylinderkühlluft nach dem Umströmen der Arbeitszylinder und vor Eintritt in das Entspannungsaggregat durch einen Wärmetauscher geleitet, in dem sie durch die Abgase der Arbeitszylinder weiter aufgeheizt wird. Hierdurch kann der Abgasverlust des Motors verringert und der Gesamtwirkungsgrad desselben weiter gesteigert werden. Werden die Abgase der Arbeitszylinder in einem Entspannungsaggregat expandiert, so wird der Wärmetauscher von den Abgasen durchströmt, bevor diese in das Entspannungsaggregat eintreten. Dies verringert die erforderliche Wärmetauscherheizfläche. The cylinder cooling air flows through reiters in a reciprocating piston engine first the cooling spaces (cooling channels) around the liner and then the cylinder head each Working cylinder. This has the advantage that, on the one hand, they are wetted by the lubricating oil Inner surfaces of the liners can be kept particularly cool and on the other hand the cylinder cooling air in the cylinder heads a relatively high final heating (300 - 350 - 400 ° C) learns what is thermodynamically responsible for the partial conversion of the Engine cooling heat is beneficial in mechanical energy. (The thermal efficiency of the conversion process increases with increasing final warm-up.) Owns the engine (Reciprocating piston engine or rotary piston engine) a high exhaust gas temperature (a gasoline engine today's design has a load of approx. 8000C without charging e.g. at line load), so is the compressed cylinder cooling air according to a further feature of the invention after the flow around the working cylinder and before entering the expansion unit through a heat exchanger headed by the exhaust the working cylinder is further heated. This can reduce the exhaust gas loss of the Motor can be reduced and the overall efficiency of the same can be further increased. If the exhaust gases of the working cylinder are expanded in a relaxation unit, the exhaust gases flow through the heat exchanger before they enter the expansion unit enter. This reduces the required heat exchanger heating surface.

Um den Motor eine zusätzliche Beistungsreserve zu geben kann die Zylinderkühlluft nach dem Umströmen der Arbeitszylinder und - gegebenenfalls - nach dem Durchströmen des Wärmetauschers vor ihrem Eintritt in das Entspannungsaggregat (Gasturbine) in einer oder mehreren Brennkammern weiter aufgeheizt werden. Diese Leistungsreserve des Motors ist z.B. bei Straßenfahrzeugen für Beschleunigungsmanöver besonders vorteilhaft. In order to give the engine an additional power reserve, the Cylinder cooling air after flowing around the working cylinder and - if necessary - after the flow through the heat exchanger before it enters the expansion unit (Gas turbine) are further heated in one or more combustion chambers. These The engine's power reserve is e.g. in road vehicles for acceleration maneuvers particularly advantageous.

Überdies kann durch die kontinuierliche Verbrennung eines Teils des kotortreibstoffes in einer Brennkammer der Schadstoffausstoß des rotors verringert werden.Furthermore, through the continuous combustion of part of the fuel in a combustion chamber reduces the pollutant emissions of the rotor will.

Um die Kühlung der Laufbüchsen von Hubkolbenmotoren weiter zu verbessern, sind nach einem anderen Merkmal der Erfindung an deren Außenseiten Kühlrippen angeordnet, die vorzugsweise als ein oder mehrgängige Schraubenrippen oder als Rippen parallel zur Laufbüchsenlängsachse gestaltet sind. Zwecks Bildung geschlossener Kühlkanäle reichen die Kühlrippen der Laufbüchsen bis an die Innenflächen der eigentlichen Arbeitszylinder. Diese Kühlkanäle können so ausgebildet sein, daß bezüglich der Geschwindigkeit und Kühlwirkung sowie des Druckverlustes der Zylinderkühlluft optimale Verhältnisse erreicht werden. To further improve the cooling of the liners of reciprocating engines, according to another feature of the invention, cooling fins are arranged on the outside thereof, which are preferably as single or multiple screw ribs or as parallel ribs are designed for the longitudinal axis of the liner. To create closed cooling channels the cooling fins of the liners extend to the inner surfaces of the actual liners Working cylinder. These cooling channels can be designed so that with respect to Speed and cooling effect as well as the pressure loss of the cylinder cooling air are optimal Ratios can be achieved.

Um bei den Motoren hohe Zylinderleistungen zu erreichen können diese in an sich bekannter eise mit wenigstens einer selbständigen Aufladegruppe (Verdichter und Abgasturbine) ausgerüstet sein. In order to achieve high cylinder outputs in the engines, they can in a known manner with at least one independent charging group (compressor and exhaust gas turbine).

Die Aggregate (Verdichter und Abgasturbine) der Aufladegruppe können mit dem Verdichteraggregat und dem Entspannungaaggregat für die Zylinderkühlluft auch auf einer gemeinsaalen Welle angeordnet sein. The units (compressor and exhaust gas turbine) of the charging group can with the compressor unit and the expansion unit for the cylinder cooling air also be arranged on a common shaft.

Bei einem Motor mit selbständiger Aufladegruppe ist es dabei vorteilhaft, wenn der Druck der Zylinderkühlluft bei Nennlast des rotors um 2 - 10 bar höhci ist als der Druck der Motorabgase vor dem Eintritt in die Abgasturbine der Aufladegruppe. Dnn kann die Abgasturbine der selbständige Aufladegruppe mit einem, mit einem Entleerungsventil versehenen Druckspeicherkessel ausgerüstet werden, der vom tohrnetz der Zylinderkuhlluft über eine Drosselblende aufgeladen wird. Durch Anlüften des Entleerungsventils ist es in Bedarfsfalle dann möglich, den otor sehr rasch auf höhere Drehzahl zu bringen und so seine Leistung zu steigern. In the case of an engine with an independent turbocharger, it is advantageous to when the pressure of the cylinder cooling air at Nominal load of the rotor 2 - 10 bar higher than the pressure of the engine exhaust gases before entering the exhaust gas turbine the charging group. The exhaust gas turbine can also be part of the independent supercharging group a pressure storage tank equipped with a drain valve, which is charged from the duct network of the cylinder cooling air via a throttle screen. By If necessary, it is then possible to lift the drain valve, the otor very to bring it up to a higher speed quickly and thus to increase its performance.

Nach einem andere i.erk'.l der Erfindung ist es zur konstruktiven Vereinfachung des Motors vorteilhaft, daß derselbe ein Verdichteraggregat besitzt, daß sowohl die Zylinderkühlluft als auch die Ladeluft für die Arbeitszylinder komprimiert, wobei dieses Verdichteraggregat auch mehrstufig ausgebildet sein kann. According to another i.erk'.l of the invention it is for constructive Simplification of the engine advantageous that it has a compressor unit, that both the cylinder cooling air and the charge air for the working cylinders are compressed, wherein this compressor unit can also be designed in several stages.

Dabei wird die Zylinderkühlluft von der höchsten Stufe des Verdichteraggregates, die Ladeluft aber von einer niedrigeren Verdichterstufe desselben geliefert.The cylinder cooling air is supplied from the highest stage of the compressor unit, but the charge air is supplied by a lower compressor stage of the same.

Ebenso kann der rotor nur ein Entspannungsaggregat besitzen, in welchem sowohl die Zylinderkühlluft als auch die Abgase der Arbeitszylinder expandieren, wobei dieses Enspannungsaggregat auch mehrstufig ausgebildet sein kann. Dabei kann dieses gemeinsame Entspannungsaggregat auch einen mit einem Entleerungsventil versehenen Druckspeicherkessel erhalten, der vom Rohrnetz der Zylinderkühlluft über eine Drosselblende aufgeladen wird. Die Anwendung nur eines Verdichteraggregates für Lade-und Zylinderkühlluft und nur eines Enspannungsaggregates für Zylinderkühlluft und Abgase der Arbeitszylinder erhöht die Durchsatzmengen dieser Aggregate und läßt dadurch bessere hydraulische Wirkungsgrade derselben erreichen. Likewise, the rotor can only have one expansion unit in which Both the cylinder cooling air and the exhaust gases from the working cylinders expand, wherein this relaxation unit can also be designed in several stages. Here can this common expansion unit also has a drain valve Preserved pressure storage tank from the pipe network of the cylinder cooling air via a throttle orifice being charged. The use of only one compressor unit for charge and cylinder cooling air and only one relaxation unit for cylinder cooling air and exhaust gases from the working cylinder increases the throughput of these units and thus allows better hydraulic Achieve efficiencies of the same.

Es ist auch vorteilhaft, wenn das gemeinsame Verdichteraggregat für Zylinderk½iilluft und Ladeluft und das gemeinsame Entspannungsaggregat für Zylinderkühlluft und Motorabgase in an sich bekannter Weise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. It is also advantageous if the common compressor unit for Cylinder cooling air and charge air and the common expansion unit for cylinder cooling air and engine exhaust gases are arranged on a common shaft in a manner known per se are.

Zur Versorgung der Zwischenkühler und Ladeluftkühler mit Kühlluft niedriger Pressung ist mindestens ein Kühlluftventilator vorgesehen, der auf der elle der Verdichter-Entspannungs aggregate für die Zylinderkühlluft oder auf der Welle der selbständigen Aufladegruppe angeordnet ist. Die Warmeabfuhr aus den Zwischen- und Ladeluft@@hlern I;aim auch über einen Kühlwasserkreislauf geschehen. To supply the intercooler and charge air cooler with cooling air low pressure, at least one cooling air fan is provided on the elle of the compressor expansion units for the cylinder cooling air or on the Shaft of the independent charging group is arranged. The heat dissipation from the Between- and charge air @@ hlern I; aim can also be done via a cooling water circuit.

iird daß Entspannungsaggregat für die Zylinderkühlluft als Hubkolbenzylinder ausgebildet, so wird derselbe ebenfalls von komprimierter Zylinderkühlluft umströmt. iird the expansion unit for the cylinder cooling air as a reciprocating piston cylinder formed, so the same is also flowed around by compressed cylinder cooling air.

Lei Motoren mit stark schwankender Drehzahl ist die nordnung von Strömungsmaschinen (Strömungsveraichter, Gasturbine) für die Lade- und Zylinderkühlluft problematisch, da die erzeugten bzw. verarbeiteten Druckhöhen stark drehzahlabhängig sind. Lei motors with strongly fluctuating speed is the order of Fluid flow machines (fluid flow devices, gas turbines) for the charge and cylinder cooling air problematic, as the pressure levels generated or processed are highly dependent on the speed are.

Bei niedriger Drehzahl geht dann die Aufladung der Årbeitszylinder stark zurück, wodurch das IBotordrehmoment stark absinkt. When the engine speed is low, the working cylinders are charged sharply back, as a result of which the motor torque drops sharply.

Hier ist es vorteilhaft, auch für das Entspannungsaggregat der Zylinderkühlluft und Motorabgase ein ein- oder Mehrstufige Schraugbenspindel-Entspannungsgerät oder ein aubkolbengerät oder ein Vielzellen-Drehkolbengerät vorzusehen.Here it is advantageous also for the expansion unit of the cylinder cooling air and engine exhaust a single- or multi-stage inclined spindle expansion device or a piston unit or a multi-cell rotary piston unit must be provided.

bei einem Benzinmotor mit Aufladung ist es zur Erreichung eines hohen Gesantexpaisionsverhltnisses und zur Vermeidung von FrühzLindungen zweckmäßig, die Ladeluft vor Eintritt in die Arbeitszylinder wie beim Dieselmotor durch einen Ladeluftkühler zu kühlen. Während beim Dieselmotor die Kühlung der Ladeluft aber dem Zwecke dient, bei einem Ansaugehub ein möglichst großes Luftgewicht in einen Zylinder von gegebenen Abmessungen einzusaugen, geschieht dies beim Benzinmotor erfindungsgemäß zu dem Zwecke, auch bei hohem Verdicntungsverhältnis ( 1 : 15 bis 1 ; 2C ) eine niedrige Verdichtungsendtemperatur zu erreichen, was Frühzündungen vermeidet. Durch die weiters erreichte Senkung der Abgastemperatur ist es auch bei Benzinmotoren möglich, ähnlich niedrige spezifische Ireibstoffverbräuche zu erreichen wie. bei Dieselmotoren. in the case of a gasoline engine with supercharging, it is necessary to achieve a high Overall expansion ratio and to avoid premature births expediently, the Charge air before entering the working cylinder, as in the diesel engine, through a charge air cooler to cool. While the cooling of the charge air in the diesel engine serves the purpose of given the greatest possible air weight in a cylinder of during an intake stroke Suck in dimensions, this happens in the gasoline engine according to the invention to the Purposes, even with a high dilution ratio (1: 15 to 1; 2C), a low one To reach the final compression temperature, which avoids pre-ignition. Through the further achieved lowering of the exhaust gas temperature is also possible with gasoline engines, similarly to achieve low specific fuel consumption such as. in diesel engines.

ist der Verbrennungsmotor als Kreiskolbenmotor (Wankelmotor) ausgebildet, so ist es vorteilhaft, auch dessen BTxzenterwelle mittels komprimierter Zylinderkühlluft zu kühlen und dessen hühlwärme teilweise in mechanische Energie zu verwandeln. the internal combustion engine is designed as a rotary piston engine (Wankel engine), so it is advantageous to also use its BTccentric shaft by means of compressed cylinder cooling air to cool and to partially convert its heat into mechanical energy.

Auch beim hreiskolbenmotor sind das Entspannungsaggregat und/ oder das Verdichtungsaggregat der Zylinderkühlluft zweckmäßig an dessen Exzenterwelle angeordnet, vorzugsweise angekuppelt.In the case of the three-piston engine, too, the expansion unit and / or the compression unit of the cylinder cooling air expediently on its eccentric shaft arranged, preferably coupled.

In den Zeichnungen sind drei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes beispielhaft dargestellt. In the drawings are three embodiments of the subject invention shown as an example.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Benzinmotor mit Einrichtungen zur teilweisen Rückgewinnung der iviotorkühlwärme und der Abgaswärme, mit selbständiger Aufladegruppe und einer Brennkammer für zusätzliche Treibstoffverbrennung. Fig. 1 shows a schematic representation of a gasoline engine with devices for partial recovery of the iviotor cooling heat and the exhaust gas heat, with independent Charging group and a combustion chamber for additional fuel combustion.

Fig. 2 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung einen Dieselmotor, bei dem die Zylinderkühlluft und die Ladeluft in einem gemeinsamen, mehrstufigen Verdichteraggregat komprimiert und bei dem die Zylinderkühlluft und die Abgase der Arbeitszylinder in einem gemeinsamen, mehrstufigen Jntspannungsaggregat expandiert werden. Fig. 2 also shows a schematic representation of a diesel engine, in which the cylinder cooling air and the charge air in a common, multi-stage Compressor unit compressed and in which the cylinder cooling air and the exhaust gases of the Working cylinder expanded in a common, multi-stage relaxation unit will.

Fig. 3 zeigt eine besonders einfache Ausfdhrungsform des Erfindungsgegenstandes als Benzinmotor' bei der die Zylinderkühlluft und die Ladeluft auf gleich hohen Druck verdichtet werden. 3 shows a particularly simple embodiment of the subject matter of the invention as a petrol engine 'in which the cylinder cooling air and the charge air are at the same level Pressure to be compressed.

Bei dem Benzinmotor nach Fig. 1 besteht der Arbeitszylinder (Hubkolbenzylinder) 1 aus dem eigentlichen Arbeitszylinder 1a und dem Zylinderkopf ib mit dem Einlaßventil 2 und dem Auslaßventil 3 sowie der Zündkerze 4. Der Arbeitszylinder 1 ist außen mit Wärmeisolierung lc verkleidet. Im eigentlichen ArbeSszylinder la ist die Laufbüchse 5 mit schraubenförmlgen Kühlrippen 5a angeordnet. Zwischen den Kühlrippen 5a befinden sich die ebenfalls schraubenförmigen Rühlluftkanäle 6. Der Kolben 7 überträgt seine Kraft über die Pleuelstange 8 auf die Kurbelwelle 9. In the gasoline engine according to Fig. 1, the working cylinder (reciprocating piston cylinder) 1 from the actual working cylinder 1a and the cylinder head ib with the inlet valve 2 and the exhaust valve 3 and the spark plug 4. The working cylinder 1 is outside clad with thermal insulation lc. In the actual working cylinder la is the liner 5 arranged with helical cooling fins 5a. Located between the cooling fins 5a the likewise helical Rühlluftkanäle 6. The piston 7 transmits its Force via the connecting rod 8 on the crankshaft 9.

Der Oberteil der Laufbüchse 5, die Unterseite des Zylinderkopfes ib und die Oberseite des Kolbens 7 sind mit innerer Quarzglasisolierung 10 abgekleidet, wn den Verbrennungsgasen im Arbeitszylinder 1 weniger Wärme zu entziehen. The top of the liner 5, the bottom of the cylinder head ib and the top of the bulb 7 are lined with inner quartz glass insulation 10, To extract less heat from the combustion gases in the working cylinder 1.

Über das Getriebe 11 ist an der Kurbelwelle 9 eine Welle 12 mechanisch angelenkt, die das Verdichteraggregat 13, das Entspannungsaggregat 14 (als Gasturbine ausgebildet) sowie den gühlluftventilator 15 trägt. Das Verdichteraggregat 13 besteht aus zwei zylinderkühlluftseitig hintereinander geschalteten Schraubenspindelverdichtern 13a, 13b, zwischen denen ein Zwischenktihler 16 für die Zylinderkühlluft angeordnet ist. Der Zwischenkühler 16 wird vom Kühlluftventilator 15 mit Kühlluft beaufschlagt. A shaft 12 is mechanically connected to the crankshaft 9 via the transmission 11 articulated, which the compressor unit 13, the expansion unit 14 (as a gas turbine formed) as well as the Gühlluftventilator 15 carries. The compressor unit 13 consists from two screw spindle compressors connected in series on the cylinder cooling air side 13a, 13b, between which an intermediate cooler 16 is arranged for the cylinder cooling air is. Of the Intercooler 16 is from the cooling air fan 15 with cooling air applied.

Die Zylinderkühlluft tritt aus dem Verdichteraggragat 13 aus, strömt über die Verbindungsleitung 17a in den Arbeitszylinder 1, durch dessen Kühlluftkanäle 6 in den Zylinderkopf ib und von diesem durch die Verbindungsleitung 17b zum Wärmetauscher 18, in dem sie durch die Motorabgase weiter aufgewärmt wird. besitzen die Abgase aus dem Arbeitszylinder 1 eine tiefe Abgastemperatur, so kann der Wärmetauscher 18 auch entfallen. The cylinder cooling air exits from the compressor unit 13 and flows via the connecting line 17a into the working cylinder 1, through its cooling air ducts 6 into the cylinder head ib and from this through the connecting line 17b to the heat exchanger 18, in which it is further warmed up by the engine exhaust gases. own the exhaust gases a low exhaust gas temperature from the working cylinder 1, so the heat exchanger 18 also omitted.

Vom Wärmetauscher 18 gelangt die Zylinderkühlluft über die Verbindungsleitung 17c zur Brennkammer 19, wo sie im Bedarfsfalle weiter erhitzt wird. Von der Brennkammer 19 geit die Zylinderkihlluft über die Verbindlngsleitung 17d zum Entspannungsaggregat 14 (Gasturbine).The cylinder cooling air passes from the heat exchanger 18 via the connecting line 17c to the combustion chamber 19, where it is further heated if necessary. From the combustion chamber 19 the cylinder cooling air passes through the connecting line 17d to the expansion unit 14 (gas turbine).

Der Benzinmotor gemäß Fig. 1 besitzt eine selbständige Aufladegruppe 20, die aus der Abgasturbine 20a und dem Ladeluftverdichter 20b mit Verbindungswelle 20c besteht. Dem Ladeluft verdichter 20b ist ein Ladeluftkühler 21 nachgeschaltet, Qer vom Kühllulftventilator 15 mit Kür1lluft versorgt wird. Der Sühlluftventilator 15 könnete gegebenenfalls auch auf der Welle 20c der selbständigen Aufladegruppe 20 angeordnet sein. The gasoline engine according to FIG. 1 has an independent charging group 20, which consist of the exhaust gas turbine 20a and the charge air compressor 20b with a connecting shaft 20c exists. The charge air compressor 20b is followed by a charge air cooler 21, Qer is supplied with cooling air by the cooling fan 15. The Sühlluftventilator 15 could possibly also be on the shaft 20c of the independent charging group 20 be arranged.

In der Verbindungsleitung zwischen Ladeluftkühler 21 und dem Einlaßventil 2 des wrbeitszylinders 1 ist in bekannter Weise eine Benzineinspritzdüse 22 angeordnet. In the connecting line between the charge air cooler 21 and the inlet valve 2 of the working cylinder 1, a gasoline injection nozzle 22 is arranged in a known manner.

Um die abgasseitige Verbindungsleitung zwischen dem tiärmetauscher 18 und der Abgasturbine 20a der selbständigen Aufladegruppe 20 ist ein Druckspeicherkessel 23 angeordnet, der von der Verbindungsleitung 17c der Zylinderkühlluft über eine Drosselblende 24 angespeist wird und ein motorbetätigtes Entleerungsventil 25 besitzt. To the connection line between the exhaust gas side and the primary exchanger 18 and the exhaust gas turbine 20a of the independent supercharging group 20 is a pressure storage tank 23 arranged, of the connecting line 17c of the cylinder cooling air via a Throttle orifice 24 is fed and a motor-operated drain valve 25 has.

Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Dieselmotor besitzt keine selbständige AufladegrupFe 20 und keine Brennkammer 19 für die zusätzliche Aufheizung der Zylinderkühlluft. The diesel engine shown schematically in Fig. 2 has none Independent charging group 20 and no combustion chamber 19 for additional heating the cylinder cooling air.

Vielmehr komprimiert hier das Verdichteraggregat 13, das aus zwei hintereinander geschalteten Schraubenspindelverdichtern 13a und 13b besteht, sowohl die Zylinderkühlluft als auch die Ladeluft für denArbeitszylinder 1. Die Laueluft wird bereits nach dem Zwischenkühler 16 zum Arbeitszylinder 1 abgezweigt. Rather, here compresses the compressor unit 13, which consists of two serially connected screw screw compressors 13a and 13b, both the cylinder cooling air as well as the Charge air for the working cylinder 1. The flow air is branched off to the working cylinder 1 after the intercooler 16.

Die Zylinderkühlluft wird im Schraubenspindelverdichter 13b auf höheren Druck gebracht als ihn die Ladeluft besitzt.The cylinder cooling air is in the screw compressor 13b at higher Pressure brought when the charge air has it.

Im Entspannungsaggregat 14, das als Gasturbine ausgebildet ist, werden die Zylinderkühlluft und die Abgase des Arbeitszylinders 1 expandiert. Die Abgase des Arbeitszylinders 1 werden dabei in eine weiter hinten liegende Lauiradstufc des Entspannungsaggregates 14 eingeschleust. In the expansion unit 14, which is designed as a gas turbine, are the cylinder cooling air and the exhaust gases of the working cylinder 1 expands. The exhaust gases of the working cylinder 1 are in a Lauiradstufc further back of the relaxation unit 14 introduced.

Auch hier ist ein Druckspeicherkessel 23 mit Entleerungsventil 25 um die Verbindungsleitung zwischen Wärmetauscher 18 und Entspannungsaggregat 14 angeordnet, der vom Rohrnetz der Zylinderkühlluft über eine Drosselblende 24 angespeist wird. Here, too, there is a pressure storage tank 23 with a drain valve 25 around the connecting line between heat exchanger 18 and expansion unit 14 arranged, which is fed from the pipe network of the cylinder cooling air via a throttle screen 24 will.

Im Zylinderkopf ib ist eine BrennstoffeinsyAritLdüse 4a angeordnet. A fuel injector nozzle 4a is arranged in the cylinder head 1b.

Im übrigen sina für dieselben aggregate in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dieselben Bezugsnummern eingetragen. Otherwise sina for the same units in Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 entered the same reference numbers.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten renzinmotor werden die Zylinderkühlluft und die Ladeluft auf gleich hohen Druck (3 -4 bar) verdichtet. In the gasoline engine shown in Fig. 3, the cylinder cooling air and the charge air is compressed to the same pressure (3 -4 bar).

Ein Zwischenkühler ist bei dem einstufigen Schraubenspindel-Verdichteraggregat 13 nicht vorhanden, wohl aber ein Ladeluftkühler 21. An intercooler is in the single-stage screw-spindle compressor unit 13 does not exist, but an intercooler 21.

Ein Wärmetauscher ist ebenfalls nicht vorhanden. Vielmehr werden die Zylinderkühlluft und die Abgase des Arbeitszylinders vor Eintritt in das Entpannungsaggregat 14 zusammengemischt, u. zw. in einem Druckausgleichsbehälter 26. Das Entspannungsaggregat 14 ist als einstufiges Schraubenspindel-rntspannungsgerät konzipiert, wodurch die Druckverhltnisse im rotor auch bei stark schwankender Motordrehzahl annähernd konstant bleiben. There is also no heat exchanger. Rather be the cylinder cooling air and the exhaust gases from the working cylinder before entering the expansion unit 14 mixed together, and between a pressure equalization tank 26. The expansion unit 14 is designed as a single-stage screw tensioning device, whereby the Pressure conditions in the rotor almost constant even with strongly fluctuating engine speeds stay.

Anstelle eines Schraubenspindel-Enspannungsgerätes kann auch ein Hubkolbengerät oder ein Vielzellen-Drehkolbengert angeordnet werden.Instead of a screw spindle relaxation device, a reciprocating piston device can also be used or a multi-cell rotary piston unit can be arranged.

Eine Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 3 gibt einen besonders einfachen Aufbau des Motors. --- L e e r s e i t e An embodiment of the invention according to FIG. 3 is a particularly simple one Structure of the engine. --- L e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Combustion engine (diesel, Otto. Recuperative motor), characterized in that the cooling of the working cylinder (1) or the working cylinder (reciprocating piston cylinder, rotary piston cylinder by pre-compressed @@@@ d @ cooling air of at least 1.5 bar, but preferably of 3 to 15 bar pressure takes place, and that this cylinder cooling air after absorption of the cooling heat in at least one expansion unit (gas turbine, reciprocating piston cylinder, rotary piston cylinder i.a.) (14) expands with the release of mechanical work.

2. Internal combustion engine nadh claim 1, characterized in that When the engine is designed as a reciprocating engine, the expansion unit (14) for the Cylinder cooling air is mechanically coupled to the crankshaft (9) of the engine, what optionally with the interposition of a gear (11).

3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that.

that when the engine is designed as a reciprocating piston engine, the cylinder cooling air first the cooling chambers (cooling ducts 6) around the liner (5) and then the cylinder head (1b) flows through each working cylinder (1).

4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the compressed cylinder cooling air after flowing around the or the working cylinder ( s) (1) and before entering the expansion unit (14) at least one heat exchanger (1b) flows through, in which it continues through exhaust gases of the working cylinder (s) (1) is heated.

5. Internal combustion engine according to claim 1 and claim 4, characterized in that that the heat exchanger (18) is traversed by the exhaust gases of the working cylinder (1), before this in the expansion unit (14) of the cylinder cooling air and exhaust gases or enters the exhaust gas turbine (20a) of the supercharging group (20).

6. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the compressed cylinder cooling air after flowing around the working cylinder (s) (1) and optionally after flowing through one or more exhaust-gas-heated Heat exchanger (10) and entry into the expansion unit (14) in itself is further heated in a known manner in at least one combustion chamber (19).

7. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in the case of a @@@@ benmotor the @@@ ufsocket (s) (5) on their outer side (s) it is or are provided with cooling fins (5a), which are preferably single or multi-thread Screw ribs or ribs are formed parallel to the longitudinal axis of the liner.

8. Internal combustion engine according to claim 1 and claim 7, characterized in that that the cooling fins (5a) of the liner (s) (5) for the purpose of forming cooling channels (6) tightly on the inner surface (s) of the actual working cylinder (1a) or almost tight.

9. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the engine in the well-known quiet with at least one independent charging group (20) is equipped.

10. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the units (20a, 20b) of the charging group (20) with the compression unit (13) and the expansion unit (14) for the cylinder cooling air on one joint Shaft (12) are arranged.

11. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the pressure of the cylinder cooling air at nominal load of the engine by at least 0.5 bar, preferably but is 2 to 10 bar higher than the pressure of the engine exhaust before it enters the Exhaust gas turbine (20a) of the supercharging group (20).

12. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that that the exhaust gas turbine (2Ca) of the supercharging group (2e) at least one, with a .tleerungsventil (25) provided pressure storage tank (23), which from the pipe network (17) of the cylinder cooling air is charged via a throttle orifice (24).

13. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the engine has at least one compressor unit (13) that supplies both the cylinder cooling air as well as the charge air for the working cylinder or the working cylinder (1), wherein this compressor unit (13) can also be designed with internal stages.

14. Internal combustion engine according to claim 1 and claim 13, characterized in that that the cylinder cooling air from the highest stage (13b) of the compressor unit (13), but the charge air is supplied by one of its lower compressor stages (13a) will.

15. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the engine has at least one relaxation unit (14) in which both 'le Cylinder cooling air as well as the exhaust gases from the working cylinder or the working cylinder (1) expanded, this relaxation unit 14) also being designed in several stages can be.

16. Internal combustion engine according to claim ma claim 15, characterized in that that the joint expansion unit (14) for cylinder cooling air and exhaust gases at least has a pressure storage tank (23) provided with a drain valve (25), which is charged from the pipe network (17) of the cylinder cooling air via a throttle screen (24) will.

17. Internal combustion engine according to, axspruch 1, claim 13 and claim 15, characterized in that the compressor unit (13) for the cylinder cooling air and the charge air and the expansion unit (14) for the cylinder cooling air and the exhaust gases of the working cylinder (1) in a known per se on a common Shaft (12) are arranged.

18.burn.ctor according to claim 1 and claim 17, characterized in that that on the shaft (12) of the compressor expansion units (13, 14) at least one Eühlluftventilator (15) is arranged, which supplies the intercooler (16) and charge air cooler (21) with cooling air.

19. Internal combustion engine according to claim 1 and claim 9, characterized in that that on the shaft (20c) of the independent charging group (20) at least one cooling air fan (15) is arranged, the intercooler (21) and the intercooler (s) (16) the cylinder cooling air is supplied with cooling air.

20. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that if the expansion unit (14) is designed as a reciprocating piston cylinder, the same is also true is surrounded by compressed cylinder cooling air.

21. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the expansion unit (14) for the cylinder cooling air or for the cylinder cooling air and the engine exhaust gases in a manner known per se as a single or multi-stage screw spindle expansion device, is designed as a multi-cell rotary piston expansion device or as a reciprocating piston device.

22. Internal combustion engine, characterized in that there is training the same as a gasoline engine and charging of the working cylinder (1) by means of charge air, for the same at least one charge air cooler (21) arranged in a manner known per se is.

23. Internal combustion engine according to claim 1 and claim 15, characterized in that that the cylinder cooling air escapes from the working cylinder (1) or the working cylinders and the exhaust gases emerging from the working cylinder (1) or the working cylinders before entering the common expansion unit (14) in a pressure equalization tank (26) are mixed together.

24. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the working cylinder (1) individually or in blocks in a manner known per se from one Thermal insulation (1c) are surrounded.

25. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that if it is designed as a rotary piston engine (Wankel engine), its eccentric shaft is also used is flowed through by compressed cylinder cooling air.

26. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that when it is designed as a rotary piston engine (Wankel engine), the expansion unit (14) and / or the compression unit (15) of the cylinder cooling air on its eccentric shaft is arranged, preferably coupled.