DE3009170A1

DE3009170A1 - Verbrennungskraftmaschine fuer mobile bzw. stationaere antriebe

Info

Publication number: DE3009170A1
Application number: DE19803009170
Authority: DE
Inventors: Karl-Georg 4100 Duisburg Starker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-03-10
Filing date: 1980-03-10
Publication date: 1981-09-17

Description

Verbrennungskraftmaschine für mobile bzw. stationäre Antriebe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für mobile bzw. stationäre Antriebe mit einem Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Arbeitszylindern bzw. Arbeitskamraern.

Aufgrund der zunehmenden Verknappung und damit einhergehenden Verteuerung des Erdöls gewinnt der Kraftstoffverbrauch von Verbrennungskraftmaschinen immer mehr an Bedeutung. Man will diesen soweit wie möglich absenken, ohne dadurch eine übermäßige Leistungseinbuße in Kauf nehmen zu müssen. Naturgemäß spielt hier die Hubraumreduzierung eine primäre Rolle. Es ist jedoch bereits auch eine Reihe von anderen Vorschlägen zur besseren Ausnutzung der im Kraftstoff stekkenden Energie unterbreitet worden, beispielsweise der Einsatz von elektronischen Steuerungen für das Zündsystem der Verbrennungskraftmaschine, das Zu- und Abschalten von einzelnen Arbeitszylindern, so daß die Verbrennungskraftmaschine bei geringer Last nur mit einer reduzierten Arbeitezylinderzahl arbeitet, etc. Durch den letztgenannten Vorschlag läßt sich aufgrund der damit einhergehenden

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Hubraumreduzierung ein günstiger Kraftatoffverbrauch erreichen. Ea ist jedoch damit auch eine entsprechende Leistungseinbufie verbunden, wenn die Verbrennungskraftmaschine nicht mit der vollen Zahl der vorgesehenen Arbeitszylinder arbeitet.

Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine für mobile bzw. stationäre Antriebe zu schaffen, die gegenüber herkömmlich ausgebildeten Verbrennungsmotoren einen geringeren Kraftstoffverbrauch aufweist, jedoch eine höhere Leistung besitzt als vergleichbare Verbrennungsmotoren, die bei bestimmten Arbeitsbedingungen nur einen Teil des zur Verfügung stehenden Hub- bzw. Brennraumes nutzen.

Diese Aufgabe wird erfindungagemäB bei einer eingangs beschriebenen Verbrennungekraftmaschine dadurch gelöst, daß der Verbrennungsmotor neben mindestens einem Verbrennungs-Arbeitszylinder bzw. einer Verbrennungs-Arbeitskammer mindestens einen dampfbetriebenen Arbeitszylinder bzw. eine dampfbetriebene Arbeitskammer aowie eine Einrichtung zur Dampferzeugung aufweist, die durch die vom laufenden Verbrennungsmotor abgegebene Wärmeenergie und/oder die heißen Auspuffgase desselben betreibbar ist.

Dampfmotoren sind als solche grundsätzlich bekannt. Beispielsweise seien in diesem Zusammenhang die Sentinel-Dampfmotoren erwähnt, die

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für mobile Antriebe, beispielsweise Lastkraftwagen, Verwendung fanden. Diese Dampfmotoren wiesen eine große Ähnlichkeit mit Otto- bzw. Dieselmotoren auf. Beispielsweise leistete ein ventilgesteuerter (natürlich im Zweitakt arbeitender] Vierzylinder mit 9 1 Hubraura mit einem Kesseldruck von 15 bis 18 atü und 450°C Dampftemperatur Θ0 PS schon bei 800 U/min. Offensichtlich handelt es sich hierbei jedoch um reine Dampfmotoren, die nicht im Verbund mit anderen Motorarten, insbesondere Verbrennungsmotoren, betrieben wurden. Darüber hinaus mußte die zur Erzeugung des Dampfes erforderliche Wärmeenergie aus der Verbrennung von flüssigen bzw. festen Brennstoffen gewonnen werden, wodurch derartige Motoren, wenn sie ölgefeuerte Dampfkessel aufweisen, keine Lösung der vorstehend angedeuteten Probleme darstellen, oder wenn sie rait kohlegefeuerten Dampfkesseln versehen sind, für mobile Antriebe infolge des erforderlichen großen Speicherraumes für die Mitführung von Brennstoff wenig geeignet sind.

Statt dessen schlägt die vorliegende Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine vor, die einen echten Verbundmotor aufweist, der neben mindestens einem Verbrennungs-Arbeitszylinder bzw. einer

einen

Verbrennungs-Arbeitskamraer mindestens/dampfbetriebenen Arbeitszylinder bzw. eine dampfbetriebene Arbeitskammer besitzt. Für die Erzeugung des Dampfes, der zum Betrieb des dampfbetriebenen Arbeitszylinders bzw. der dampfbetriebenen Arbeitskammer erforderlich

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ist, macht sich die Erfindung die vom laufenden Verbrennungsmotor abgegebene Wärmeenergie und/oder die heißen Auspuffgase desselben zunutze. Die erfindungsgemäß ausgebildete Verbrennungskraftmaschine weist eine Einrichtung zur Dampferzeugung auf, der im Kreislauf Speisewasser zugeführt wird, das beispielsweise bei wassergekühlten Verbrennungemotoren ohnehin im Kühlkreislauf des Motors vorhanden ist. Mit dem dort erzeugten Trocken- bzw. Heißdampfwird der in dem entsprechenden Arbeitszylinder befindliche Hubkolben bzw. der in der entsprechenden Arbeitskammer angeordnete Rotationskolben beaufschlagt, wodurch Arbeit geleistet wird. Diese kann in herkömmlicher Weise über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle oder über den Rotationskolben direkt auf eine Motorwelle übertragen werden. Der vom dampfbetriebenen Arbeitszylinder ausgestoßene nasse Abdampf wird vorzugsweise wieder in das Umlaufsystem zurückgeführt, wobei er nach entsprechender Kondensation und entsprechender Vorerhitzung erneut als Speisewasser in die Einrichtung zur Dampferzeugung eingeführt wird.

Offensichtlich wird somit bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine nur sin Teil des zur Verfügung stehenden Arbeitsraumes in herkömmlicher Weise als Verbrennungsmotor nutzbar gemacht, während der übrige Teil als Dampfmotor arbeitet. Zweifellos weist ein derartiger Verbundmotor einen geringeren Kraftstoffverbrauch auf als ein Verbrennungsmotor, bei dem auch der hier als "Dampfteil" benutzte Arbeitsraum zur Kraftstoffverbrennung eingesetzt

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wird. Andererseits weist die erfindungsgemäB ausgebildete Maschine eine höhers Leistung auf als ein Verbrennungsmotor, bei dem der hier als "Dampfteil¹¹ genutzte Arbeitsraum stilliegen würde. Zum Betrieb des "Dampfteils" muß von außen keine zusätzliche Energie in das System eingeführt werden, da die von dem laufenden Verbrennungsmotor abgegebene Wärmeenergie und/oder die heißen Auspuffgase desselben für den "Dampfteil" nutzbar gemacht werden.

Es ist offensichtlich, daß beim Anlaufen der erfindungsgemäB ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine der "Dampfteil" noch keine Arbeit leistet, da der "Verbrennungsteil" des Motors noch nicht genügend Wärmeenergie zur Verfugung stellt, die zur Dampferzeugung benötigt wird. Beim Starten der Maschine und im kalten Zustand derselben findet somit immer eine gewisse Zeitverschiebung zwischen dem Arbeitsbeginn des "Verbrennungateils" und des "Dampfteila" statt. ErfindungsgemäB ist jedoch Vorsorge dafür getragen (beispielsweise durch eine geeignete Isolierung des Motors), daß die benötigte Wärmeenergie sehr rasch zur Verfügung gestellt wird, so daß der ^MDampfteil" alsbald zu arbeiten beginnt. Der "Dampfteil" kann über eine entsprechende temperaturabhängige Steuerung dem "Verbrennungsteil" zugeschaltet oder wieder von diesem abgeschaltet werden. Die Schaltung kann manuell vorgenommen werden oder automatisch erfolgen.

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Die Funktionsprinzipisn eines Dampfmotors sind hinreichend bekannt, so daß sie an dieser Stelle nicht mehr im einzelnen erläutert werden müssen. Von Bedeutung ist, daß sich der erfindungsgemäß ausgebildete Verbundmotor sowohl als völlige Neukonstruktion verwirklichen läßt als auch durch Umbau von herkömmlich ausgebildeten Verbrennungsmotoren Anwendung finden kann· Die Art des eingesetzten Verbrennungsmotors spielt für die Erfindung keine entscheidende Bolle; grundsätzlich können sowohl Hubkolbenmotoren als auch Rotationskolbenmotoren Anwendung finden. Die Abstimmung des "Dampfteils" auf den "Verbrennungsteil" wird sich im wesentlichen danach richten, ob der Verbundmotor als Neukonstruktion gestaltet oder durch Umbau eines herkömmlichen Verbrennungsmotors gewannen wird. Im letztgenannten Fall finden für mobile Antriebe insbesondere Viertakt-Ottomotoren bzw. Viertakt-Dieselmotoren Anwendung, wobei der dampfbetriebene Arbeitszylinder vorzugsweise so abgestimmt wird, daß er im Zweitakt arbeitet. Grundsätzlich ist die Anzahl der Arbeitszylinder keinen erfindungsgemäßen Begrenzungen ausgesetzt, wobei naturgemäß die bei Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge üblichen Zylinderzahlen (vier, sechs, acht) bevorzugt Verwendung finden. Auch die Anordnung der Zylinder spielt für die Erfindung keine entscheidende Rolle; denkbar sind Boxer-, Reihen- und V-Motoren. Beispiels-

einen weise wäre die Erfindung auf/Sechszylinder V-Motor anwendbar, wobei dieser Motor durch entsprechenden Umbau zwei dampfbetriebene Arbeitszylinder erhalten könnte. Natürlich kann der "Verbrennungsteil" auch

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als Zweitaktmotor ausgebildet sein; oder die Erfindung kann auch bei Rotatianakolbenmotoren Anwendung finden« Derartige Ausführungsfarmen sind jedoch vorzugswiese bei Neukonstruktionen denkbar. Erwähnt sei ferner, daß bei Neukonstruktionen auch die bei Umbauten naturgemäß vorhandenen Begrenzungen bezüglich der Abstimmung der Ventilsteuerung zwischen dem "Verbrennungsteil" und dem "Dampfteil" entfallen, so daß für derartige Anwendungsfälle auch doppelt wirkende dampfbetriebene Arbeitszylinder zur Anwendung kommen können.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemMß ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor mit zugehörigem Kühlkreislauf zeichnet sich dadurch aus, daß die Einrichtung zur Dampferzeugung durch das vom Verbrennungsmotor abgegebene erhitzte Kühlwasser speisbar ist. Wie erwähnt, ist der Motor zweckraäBigerweise mit einer entsprechenden Wärmeisolierung versehen, so daß das von Motor abgegebene Kühlwasser sehr stark erhitzt ist und als Siedewasser in die Einrichtung zur Dampferzeugung eingeführt wird. Diese Einrichtung umfaßt einen Dampfkessel, in dem Speisewasser durch Wärmeaustausch mit den Auspuffgasen des Verbrennungsmotars in Dampf überführbar ist. Als Speisewasser wird zweckmäßigerweise das vom Motor abgeführte siedende Kühlwasser benutzt, so daß die zur Überführung in Dampf noch benötigte Wärmeenergie relativ gering ist und ohne weiteres im Wärmeaustausch aus den heißen Auspuffgasen des Verbrennungsmotors gewonnen werden

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kann· Der Dampfkessel 1st hierzu vorzugsweise als Wärmetauscher ausgebildet und weist eine von den heißen Auspuffgasen des Verbrennungsmotors durchströmte Heizschlange für das Speisewasser auf. Naturgemäß sind auch andere AusfQhrungsformen für den Wärmetauscher denkbar. Beispielsweise könnte dieser ein Rahrschlangensystem aufweisen, das von dem Speisewasser durchströmt wird, während die heissen Auspuffgase das Rohrschlangensystem umströmen. Derartige Aueführungsformen sind Jedenfalls dem Fachmann hinreichend bekannt.

Grundsätzlich schlägt die Erfindung daher vor, den bei wassergekühlten Verbrennungsmotoren vorhandenen Kühlkreislauf derart umzugestalten, daß das Kühlwasser gleichzeitig als Speisewasser für die Einrichtung zur Dampferzeugung verwendet und dort in Dampf umgewandelt wird, mit dem die entsprechenden dampfbetriebenen Arbeitszylinder beaufschlagt werden. Um dies zu verwirklichen, weist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine daher einen geschlossenen Speisewasser-Dampf-Kreislauf mit einem Pumpaggregat, Leitungseinrichtungen vom Motorblock zum Dampfkessel, Leitungseinrichtungen vom Dampfkessel zum dampfbetriebenen Arbeitszylinder, einen Wassertank, Leitungseinrichtungen vom Wassertank zum Motorblock und Leitungseinrichtungen vom dampfbetriebenen Arbeitszylinder zum Wassertank auf. Hierbei wird der vom dampfbetriebenen Arbeitszylinder auegestoßene nasse Abdampf zum Wassertank zurückgeführt, wo er kondensiert und im flüssigen Zustand erneut dem Motorblock zugeführt

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wird, um die von diesem abgegebene Wärmeenergie aufzunehmen und schließlich als Siedewasser in den Dampfkessel einzutreten. Naturgemäß ist der Kreislauf mit den darin befindlichen Einrichtungen mit entsprechenden Steuerungseinrichtungen und Ventilen versehen, um die Speisewasser- bzw. Dampfumwälzung in geeigneter Weise temperatur- bzw. druckabhängig steuern zu können. Derartige Einzelheiten sind dem Fachmann bekannt und werden an dieser Stelle nicht gesondert erläutert. Bei einem derartigen geschlossenen Kreislauf ist der Wasserbedarf relativ gering und kann durch gelegentliches Nachtanken ergänzt werden. Es sei noch erwähnt, daß der hier beschriebene Kreislauf naturgemäß auf die Kühlerfordernisse des Motors abgestimmt werden muß, um eine zu starke Erhitzung desselben zu vermeiden. Dadurch, daß das Kühlgebläse des Motors entfallen kann kann weitere Energie eingespart werden, die zum Betrieb des erforderlichen Pumpaggregates (Hochdruck) eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Verbrennungskraftmaschine kann des weiteren mit einer Einrichtung zum Vorerhitzen des im Wassertank befindlichen Speisewassers durch die aus dem Wärmetauscher herausgeführten Auepuffgase versehen sein. Bei dieser Ausführungsform wird somit die in den Auspuffgasen verbleibende Restwärme nochmals nutzbar gemacht, ehe die Auspuffgase in die Atmosphäre abgegeben werden. Es empfiehlt sich, die aus dem Dampfkessel austretenden Auspuffgase durch eine im Wassertank angeordnete Heizschlange zu leiten. Bei

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dieser Ausführungsfarm gelangt somit das Wasser bereits im vorgewärmten Zustand zum Motorblock. Naturgemäß kann auf eine derartige Vorerhitzung verzichtet werden, falls dies mit den Kühlerforderniasen des Motors nicht in Einklang zu bringen ist, oder die Vorerhitzung kann nur zu bestimmten Betriebszeiten des Motors nutzbar gemacht werden.

Der im Speisewasser-Dampf-Kreislauf anfallende Dampf (Abdampf, Niederdruckdampf) kann, falls dies, erwünscht sein sollte, zum Betreiben bzw. zum unterstützenden Antrieb von Nebenaggregaten der Verbrennungskraftmaschine nutzbar gemacht werden. So kann der Verbrennungsmotor beispielsweise einen Lader für den Verbrennungs-Arbeitszylinder bzw. die Verbrennungs-Arbeitskammer aufweisen, der von dem Abdampf des dampfbetriebenen Arbeitszylinder bzw. der dampfbetriebenen Arbeitskammer betreibbar ist. Dadurch läflt sich eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Verbundmotors erzielen. Des weiteren wäre eine Abführung von Niederdruckdampf aus dem Kreislauf vor dem Dampfkessel möglich, der beispielsweise zum Betreiben der Lichtmaschine eingesetzt werden kann, wodurch sich eine weitere Leistungeverbesserung erzielen läflt.

Wie bereite erwähnt, kann die erfindungsgemäfl ausgebildete Verbrennungskraftmaschine in einfacher Weise durch Umbau eines herkömmlichen Verbrennungsmotors odur als Neukonstruktion hergestellt werden. Wenn der Verbrennungsmotor als Viertakt-Ottomotor ausgebildet

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ist, ist es dabei insbesondere für den erstgenannten Fall besonders zweckmäßig, wenn der Verbrennunge-Arbeitszylinder und der dampfbetriebene Arbeitszylinder eine gemeinsame Ventilsteuerung aufweisen. Die gemeinsame Ventilsteuerung erfolgt dabei über eine Nockenwelle, die derart ausgebildet ist, daß der dampfbetriebene Arbeitszylinder im Zweitakt arbeitet. Somit muß bei einem herkömmlich ausgebildeten Motor die Nockenwelle umgearbeitet werden, damit mindestens ein Arbeitezylinder auf Dampfbetrieb umgestellt werden kann. Vorzugsweise ist die Ventilsteuerung so ausgeführt, daß einem Arbeitstakt des dampfbetriebenen Arbeitszylinders (geöffnetes Einlaßventil) ein Verdichtunge- oder Ausstoßtakt des Verbrennungs-Arbeitszylinders unc einem Ausstoßtakt (geöffnetes Auslaßventil) des dampfbetriebenen Arbeitszylinders ein Arbeite- oder Ansaugtakt des Verbrennungs-Arbeits zylinders zugeordnet ist. Mit anderen Worten, bei dieser Ventilsteuerung bewegen sich die Kolben des Verbrennungs—Arbeitszylinders und des dampfbetriebenen Arbeitszylinders gegenläufig zueinander, d.h. wenn der Kolben des Verbrennungs-Arbeitszylinders eine Abwärtsbewegung durchführt, bewegt sich der Kolben des dampfbetriebenen Arbeitszylinders nach oben und umgekehrt. Der dampfbetriebene Arbeitszylinder benötigt hierbei zwei Takte für einen Arbeitstakt, während der Verbrennungs-Arbeitszylinder vier Takte für einen Arbeit leistenden Takt braucht. Bei einem ViBrzylinder-Reihenmotor wird man beispielsweise zwei Zylinder im Dampfbetrieb laufen lassen, und zwar im wesentlichen parallel zueinander, während die restlichen beiden

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Zylinder im Verbrennungsbetrieb arbeiten, wobei deren Kolben in der vorstehend beschriebenen Weise gegenläufig zu den Kalben der dampfbetriebenen Zylinder arbeiten. Untereinander wird man die Verbrennungs-Arbeitszylinder so abstimmen, daß einem Arbeitstakt des einen Zylinders ein Ansaugtakt des anderen Zylinders zugeordnet ist etc. Wesentlich ist jedenfalls, daß die Abstimmung so vorgenommen werden sollte, daß der Motor eine möglichst gute Laufruhe erlangt. Diese steigt naturgemäß mit der Zahl der zur Verfügung stehenden Zylinder an.

Bei einem derartigen Vierzylinder-Viertakt-Reihenmotor ist es besonders zweckmäßig, die beiden außen liegenden Zylinder als dampfbetriebene Arbeitszylinder auszubilden, da hierdurch die Kraftstoffzuführung zu den beiden innen liegenden Verbrennungs-Arbeitszylindern vereinfacht und unproblematischer wird.

Bei Neukonstruktionen kann bei dem dampfbetriebenen Arbeitszylinder bzw. der dampfbetriebenen Arbeitskammer auf Ventile verzichtet werden. Statt dessen kann der Zylinder bzw. die Kammer Schlitze für den Dampfeintritt und -austritt aufweisen. Insbesondere können kolbsngesteuerte Schlitze, wie sie in herkömmlichen Zweitaktmotoren Anwendung finden, vorgesehen werden.

Grundsätzlich kann die Erfindung auch bei luftgekühlten Verbrennungsmotoren Anwendung finden. Da hierbei der Kühlwasserkreislauf entfällt,

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muß der zur Beaufschlagung des entsprechenden Arbeitszylinders bzw. der entsprechenden Arbeitskammer dienende Dampf in anderer Weise als vorstehend beschrieben erzeugt werden. Bei einer geeigneten Ausführungsform umfaßt die Einrichtung zur Dampferzeugung eine den Motorblock beaufschlagende Wassersprüheinrichtung. Durch die vom Motorblock abgegebene Wärmeenergie wird das aufgesprühte Wasser unmittelbar in Dampf umgewandelt, der dann in entsprechender Weise weiterbehandelt, ggf. durch die heißen Auspuffgase des Verbrennungsmotors weiter erhitzt werden kann.

Es versteht sich von selbst, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Verbrennungskraftmaschine mit geeigneten Steuereinrichtungen versehen ist, die die erwünschte sichere Funktion der Maschine garantieren. Die Maschine weist vorzugsweise insbesondere eine Steuereinrichtung auf, mittels der dampfbetriebene Arbeitszylinder bzw. die dampfbetriebene Arbeitskammer dem laufenden Verbrennungs-Arbeitszylinder bzw. der Verbrennungs-Arbeitskammer zuschaltbar oder von diesem bzw. dieser wieder abschaltbar ist. Die Steuereinrichtung besitzt geeignete Temperatur— und/oder Drucksensoren im Speisewasser-Dampf-Kreislauf, die entsprechende Steuersignale zur Betätigung von im Kreislauf angeordneten Ventilen abgeben. Bei luftgekühlten Motoren wird die Einrichtung zur Dampferzeugung in entsprechender Weise gesteuert.

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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist der Verbrennungsmotor als Zweischeiben-Kreiskolbenmotor ausgebildet und weist eine Verbrennungs-Arbeit skammer sowie eine dampfbetriebene Arbeitskammer auf. Zweischeiben—Kreiskolbenmotoren mit zwei Verbrennungs—Arbeitskammern sind bekannt und befinden sich bereits seit einigen Jahren für mobile Antriebe im Einsatz. Es ist daher auch bei diesen Motoren möglich, durch geeignete Umbauten die eine Verbrennungs-Arbeitskammer auf "Dampfbetrieb" umzustellen. Naturgemäß sind auch hier wie bei den vorstehend beschriebenen Ottomotoren weitere Kombinationsmöglichkeiten zwischen Vsrbrennungs-Arbeitskammern und dampfbetriebenen Arbeitskammern möglich.

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Dis Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeiSeni

Fig. 1 eine Schemazeichnung, die den Aufbau einer erfindungsgemäB ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine verdeutlicht; und

Fig. 2 ein Arbeitsdiagramm, das die einzelnen Takte des in Fig. 1 dargestellten Motors zeigt.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgeraäß ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 1 schematisch dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine ist mit einem herkömmlich ausgebildeten Verbrennungsmotor 2 versehen, bei dem es sich um einen Viertakt-Ottomotor mit vier in Reihe angeordneten Zylindern 5,7,B,6 handelt. Ein derartiger Motor kann durch relativ einfache Umbauten zu einer erfindungsgemäB ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine umgestaltet werden, so daß daher die Erfindung anhand eines derartigen Motors verdeutlicht werden soll. Natürlich sind vollständige Neukonstruktionen denkbar, auf die sich jedoch das vorliegende Ausführungsbeispiel nicht bezieht.

Der Verbrennungsmotor 2 weist in üblicher Weise einen Kraftstofftank 3 auf, von dem Kraftstoff einem Vergaser 4 zugeführt werden

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kann. Das im Vergaser gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird über entsprechende Ansaugkrümmer in die einzelnen Arbeitszylinder eingeführt. Dieser herkömmlich ausgestaltete Motor ist nun in erfindungsgemäßer Weise derart modifiziert worden, daß nur die beiden inneren Zylinder 7,8 als herkömmliche Verbrennungs-Arbeitszylinder betrieben werden, während die beiden außenliegenden Zylinder 5,6 als Dampf-Arbeitszylinder genutzt werden. Somit werden auch nur die beiden innenliegenden Zylinder 7,8 mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch beaufschlagt .

Bei dem Verbrennungsmotor 2 handelt es sich um einen wassergekühlten Motor, dessen Kühlsystem ebenfalls für die Zwecke der Erfindung nutzbar gemacht worden ist. Bei der erfindungsgemäBen Ausführungsform kommt das Kühlgebläse in Fortfall, urd der Motor wird mit einer geeigneten Wärmeisolierung versehen. Das Kuhlwasser tritt in die entsprechenden Kühlräume 17 im Motorblock ein und nimmt dabei die von dem Motor 2 abgegebene Wärmeenergie, wenn sich die beiden Verbrennungs-Arbeitszylinder 7,8 in Betrieb befinden, auf. Das erhitzte Kühlwasser wird von einer Hochdruckpumpe 18 vom Motorblock abgepumpt und über ein Drosselventil 19 und eine Leitung 21 in einen Dampfkessel 10 eingeführt. Durch das Drosselventil 19 wird ggf. Niederdruckdampf abgegeben, der in geeigneter Weise nutzbar gemacht wer-

20 den kann, beispielsweise zum Betreiben der Lichtmaschine /des Motors. Das vom Motorblock kommende siedende Wasser wird über die Leitung 21 als Speisewasser in den Dampfkessel 10 eingeführt. Der Dampfkessel

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funktioniert als Wärmetauscher und weist eine als Heizschlange ausgebildete Rohrschlange 11 auf, durch die die von den Verbrennungs-Arbeitszylindern 7,6 über ein Leitungssystem 9 abgegebenen heißen Auspuffgase geführt werden. Durch den zwischen der Heizschlange 11 und dem diese umgebenden Siedewasser durchgeführten Wärmetausch wird das Siedewasser in Trockendampf bzw. Heißdarapf überführt und über ein Leitungssystem 22 den dampfbetriebenen Arbeitszylindarn 5,6 zugeführt. Einzelheiten bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise des aus den dampfbetriebenen Arbeitszylindern 5,6 und den Verbrennungs-Arbeitszylindern 7,8 bestehenden Verbundmotors werden in Verbindung mit Fig. erläutert· Der in die Zylinder 5,6 eingeführte Dampf expandiert dort und treibt einen Kolben nach unten, wodurch Arbeit geleistet wird. Der entspannte Dampf wird über ein Leitungssystem 23 in einen Wassertank zurückgeführt. Dabei findet eine Kondensation des nassen Abdampfes stat Im Wassertank 13 ist eine weitere Heizschlange 14 angeordnet, der die vom Dampfkessel 10 abgegebenen Auspuffgase des Verbrennungsmotors über ein Leitungssystem 12 zugeführt werden. Die nunmehr abgekühlten Auspuffgase, die jedoch immer noch relativ warm sind, werden durch die Heizschlange 14 geführt und erwärmen dabei das im Wassertank 13 befindliche Wasser. Schließlich werden die Auspuffgase über einen ge-

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eigneten Auspuff/des Fahrzeugs an die Atmosphäre abgegeben.

Je nach den Kühlerfordernissen des Motors 2 wird diesem entweder bereits in der vorstehend beschriebenen Weise vorgewärmtes oder kaltes

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Wasser Über ein Leitungssystem 16 zugeführt. Dieses tritt in die Kühlräume 17 des Motorblocks ein, so daß der Kreislauf geschlossen ist. Bei der hier beschriebenen Dampf-Speisewasser-Führung wird relativ wenig Wasser verbraucht, so daß eine gelegentliche Ergänzung des Wasservorrates im Wassertank 13 ausreichend ist. Es versteht sich von selbst, daß der Speisewasser-Dampf-Kreislauf mit den entsprechenden Leitungssystemen sowie darin angeordneten Einrichtungen aus korrosionssicheren Material bestehen muß, um der bei den hier auftretenden erhöhten Temperaturen und Drucken vorhandenen verstärkten Korrosion begegnen zu können. Für den Betrieb des "Darapfteils" der erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine dürften etwa folgende Richtwerte gelten: Dampftemperatur ca. 400 C und darüber, Dampfkesseldruck 10 atü und darüber.

Es versteht sich des weiteren, daß der vorstehend beschriebene Speieewasser-Dampf-Kreislauf mit entsprechenden Druck- und/oder Temperatursensoren ausgestattet ist, über dia entsprechende Ventile im Kreislauf gesteuert werden, um eine einwandfreie Funktion der Maschine zu sichern* Diese Steuereinrichtungen sollen insbesondere die automatische Zuschaltung des "Dampfteils" zum "Verbrennungsteil" des Motors gewährleisten, wenn im Dampfkessel ein für den Betrieb des "Dampfteils" geeigneter Dampf zur Verfügung steht. Derartige Einzelheiten sind in der stark vereinfacht dargestellten Fig. 1 nicht angedeutet.

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Es sei noch erwähnt, daß der von den dampfbetriebenen Zylindern 5,6 abgeführte nasse Abdampf zum Betreiben eines Laders für den "Verbrennungeteil'' des Motors eingesetzt werden kann, falls dies erwünsc sein sollte. In diesem Fall wird der Abdampf nicht unmittelbar in dei Wassertank 13 zurückgeführt,bzw. es wird nur ein Teil desselben zurückgeführt.

In Fig. 2 ist die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Verbundmotors 2 in schematischer Weise anhand eines Arbeitsdiagrammes gezeigt. Es sind jeweils die vier Zylinder 5,7,8,6 in ihrer Taktfolge dargestellt, wobei, wie erwähnt, die beiden dampfbetriebenen Arbeitszylinder 5,6 die äußeren Zylinder bilden. Alle Zylinder sind mit herkömmlichen Einlaß- und Auslaßventilen versehen, die über eine gemeinsame Nockenwelle (nicht gezeigt) gesteuert werden. Da die beiden damp betriebenen Arbeitszylinder 5,6 im Zweitakt arbeiten, muß zwangsläufi die für einen Viertakt-Vierzylinder-Ottomotar geeignete Nockenwelle modifiziert werden, um eine für einen Zweitaktbetrieb der dampfbetriebenen Arbeitszylinder geeignete Ventilsteuerung zu erhalten. Dies kann durch einfaches Umarbeiten der Nocken für die Ventilsteuerung der Arbeitszylinder 5,6 erreicht werden.

Die Ventilsteuerung ist so modifiziert worden, daß die beiden Kolben 31,32 der dampfbetriebenen Arbeitszylinder 5,6 etwa parallel zueinander laufen, während dazu die Kolben 30,33 der beiden Verbrennungs-Arbeitszylinder 7,8 gegenläufige Bewegungen ausführen. Untereinander

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laufen die beiden Kolben 30,33 der Verbrennungs-Arbeitszylinder 7,θ jedoch im wesentlichen parallel zueinander. Wie man Fig. 2a entnehmen kann, befindet sich der Verbrennungs-Arbeitszylinder 7 im Arbeitstakt (geschlossene Ventile), während sich der Verbrennungs-Arbeitszylinder im Ansaugtakt befindet (geöffnetes Einlaßventil). Beide dampfbetriebenen Arbeitszylinder 5,6 befinden sich im Ausstoßtakt (geöffnetes Auslaßventil), so daß ihre Kolben 31,32 eine aufwärts gerichtete Bewegung durchführen. In Fig. 2b werden die Kolben 31,32 der beiden dampfbetriebenen Arbeitszylinder 5,6 mit Trockendampf beaufschlagt (geöffnetes Einlaßventil) und leisten somit Arbeit. Der Kolben 3D des Verbrennungs-Arbeitszylinders 7 führt hierbei den Ausstoßtakt durch, während sich der Kolben 33 des Arbeitszylinders B im Verdichtungstakt befindet. In den Fig. 2c und 2d sind die restlichen Takte der hier beschriebenen Funktionsweise verdeutlicht. Es ist offensichtlich, daß die dampfbetriebenen Arbeitszylinder von je zwei Arbeitstakten bei einem Takt Arbeit leisten, während die Verbrennungs-Arbeitszylinder nur bei jBdem vierten Takt Arbeit leisten. Natürlich ist die Erfindung nicht auf den hier beschriebenen Viertaktmotor beschränkt, sondern

beispielsweise der "Verbrennungsteil" kann/ebenfalls wie der "Dampfteil" im Zweitakt arbeiten. Derartige Ausführungsfarmen bieten sich insbesondere für Neukonstruktionen an.

Es ist bekannt, daß Dampfmotoren im niedrigeren Drehzahlbereich eine höhere Leistung erbringen als vergleichbare Verbrennungsmotoren.

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Darüber hinaus weisen Dampfmotoren ein sehr elastisches Laufverhalten auf. Diese Vorteile des Dampfmotors macht sich die Erfindung zunutze.

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Patentansprüche

1.) Verbrennungskraftmaschine für mobile bzw. stationäre Antriebe mit einem Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Arbeitszylindern bzw. Arbeitskammern, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (2) neben mindestens einem Verbrennungs-Arbeitszylinder (7,6) bzw. einer Verbrennungs-Arbeitskammer mindestens einen dampfbetriebenen Arbeitszylinder (5,6) bzw. eine dampfbetriebene Arbeitskammer sowie eine Einrichtung zur Dampferzeugung aufweist, die durch die vom laufenden Verbrennungsmotor (2) abgegebene Wärmeenergie und/oder die heißen Auspuffgase desselben betreibbar ist.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor mit zugehörigem Kühlkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Dampferzeugung durch das vom Verbrennungsmotor (2) abgegebene erhitzte Kühlwasser speisbar ist.

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3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Dampferzeugung einen Dampfkessel (10} umfaßt, in dem Speisewasser durch Wärmeaustausch mit den Auspuffgasen des Verbrennungsmotors (2) in Dampf überführbar ist.

4a Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne daß der Dampfkessel (10) als Wärmetauscher ausgebildet ist und eine von den heißen Auspuffgasen des Verbrennungsmotors durchströmte Heizschlange (11) für das Speisewasser aufweist.

Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sie einen geschlossenen Speisewasser Dampf—Kreislauf mit einem Pumpaggregat (18), Leitungseinrichtungen (21) vom Motorblock zum Dampfkessel, Leitungseinrichtungen (22) vom Dampfkessel (1O) zum dampfbetriebenen Arbeitszylinder (5,6), einen Wassertank (13), Leitungseinrichtungen (16) vom Wassertank zum Motorblock und Leitungseinrichtungen vom dampfbetriBbenen Arbeitszylinder (5,6) zum Wassertank (13) aufweist.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne daß sie eine Einrichtung (14) zum Vorerhitzen des im Wassertank (13) befindlichen Speisewassers durch die aus dem Wärmetauscher herausgeführten Auspuffgase aufweist.

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7. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (2) einen Lader für den Vsrbrennungs-Arbeitszylinder (7,B) bzw. die Verbrennunga-Arbeitskammer aufweist, der von dem Abdampf des dampfbetriebenen Arbeitszylinder (5,6) bzw. der dampfbetriebenen Arbeitskammer betreibbar ist.

Θ. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Viertakt-Ottomotor als Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungs-Arbeitszylinder (7,8) und der dampfbetriebene Arbeitszylinder (5,6) eine gemeinsame Ventilsteuerung aufweisen.

9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geraeinsame Ventilsteuerung über eine Nockenwelle erfolgt, die derart ausgebildet ist, daß der dampfbetriebene Arbeitszylinder (5,6) im Zweitakt arbeitet.

10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuerung so ausgeführt ist, daß einem Arbeitstakt des dampfbetriebenen Arbeitszylinders (5,6) (geöffnetes Einlaßventil) ein Verdichtung»- oder Ausstoßtakt des Verbrennungs-Arbeitszylinders (7,8) und einem Ausstoßtakt (geöffnetes Auslaßventil) des dampfbetriebenen Arbeitszylinder ein Arbeite- oder Ansaugtakt des Verbrennungs-Arbeitezylinders zugeordnet ist.

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11. Verbrennungskraftmaschine mit einem Vierzylinder-Viertakt-Reihenmotor nach einem der Ansprüche θ bis 10, dadurch gekennzeichnet daß die beiden auBenliegenden Zylinder als dampfbetriebene Arbeitszylinder (5,6) ausgebildet sind.

12. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dampfbetriebene Arbeitszylinder (5,6) bzw. die dampfbetriebene Arbeitskammer Schlitze für den Dampfeintritt und -austritt aufweisen.

13. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (2) eine geeignete Wärmeisolierung aufweist.

14. Verbrennungskraftmaschine noch Anspruch 1 mit einem luftgekühltei Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Dampferzeugung eine den Motorblock beaufschlagende Wassersprüheinrichtung umfaßt.

15. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuereinrichtung aufweist, mittels der der dampfbetriebene Arbeitszylinder (5,6) bzw. die dampfbetriebene Arbeitskammer dem laufenden Verbrennungs-Arbeitszylinder (7,8) bzw. der Verbrennungs-Arbeitskammer zuschaltbar oder von diesem bzw. dieser wieder abschaltbar ist.

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16. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauereinrichtung geeignete Temperatur- und/oder Drucksensoren im Speisewaeser-Dampf-Kreislauf aufweist, die entsprechende Steuersignale zur Betätigung von im Kreislauf angeordneten Ventilen (19} abgeben■

17. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß dar Verbrennungsmotor als Zweischeiben-Kreiskolbenmotor ausgebildet ist und eine Verbrennungs-Arbeitskammer sowie eine dampfbetriebene Arbeitskammer aufweist.

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