DE3111799A1

DE3111799A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3111799A1
Application number: DE19813111799
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr. 1000 Berlin Griepentrog
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1982-10-14

Description

Es ist bekannt, das Aufladegebläse einer Verbrennungs-
kraftmaschine durch eine Abgasturbine anzutreiben. Auf diese Weise läßt sich aber das Potential zur Verringerung des spezifischen Bauvolumens bei gleichzeitiger Wirkungsgradverbesserung nicht vollständig nutzen, da bei niedrigen Motordrehzahlen die Druckerhöhung zu niedrig ist, während bei hoher Drehzahl ein beträchtlicher Anteil der Wärme des Abgases nicht benutzt werden kann. Verbunden mit der üblicherweise praktizierten Absenkung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine führt das bei niedrigen Drehzahlen zu Schwierigkeiten bei der Verbrennung; der Wirkungsgrad fällt beträchtlich ab.
Auch vermindert der von der Abgasturbine erzeugte Gegendruck den Wirkungsgrad.
Die mechanische Kopplung des Aufladegebläses mit der Kurbelwelle führt immer zur Wirkungsgradminderung.
Auch ist schon bekannt (OS 2729998), die Aufladegebläse nur bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine an eine Rankine-Kreislaufmaschine zu kuppeln, die mit der Motorwärme betrieben wird. Damit fällt aber notwendigerweise die abzugebende Leistung des Gesamtaggregates um den Betrag der zusätzlich an das Aufladegebläse abgegebenen Leistung. Auch steht die mechanische Kupplung einer anzustrebenden Einfachheit der Maschinenanlage entgegen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die spezifische Leistung -Leistung wie Hub- oder Bauvolumen- einer Verbrennungskraftmaschine bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades zu erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Ausgestaltungen ergeben sich aus den UnteransprUchen.
Die Erfindung treibt, wie sich aus dem Anspruch 1 ergibt, das Aufladegebläse ausschließlich über den Rankineprozeß an. Sie geht dabei davon aus, daß die in Kühlmitteln der Brennkraftmaschine (Wasser und 01) und im Kreislaufmedium des Rankine-Prozesses gespeicherte WSrmeeinergie sich mit der Drehzahl und BelRtne der Brennkraftmaschine nur sehr träge verändert. Damit steht auch bei niedrigen Drehzahlen des Motors genügend Antriebsenergie für das Aufladegebläse zur Verfügung, um die Brennluft mit dem benötigten Druck und in benötigter Menge zu liefern.
Die Erfindung soll nachstehend an den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden, wobei die Fig. 1 ein Fließschema und die Fig 2 - 6 abgewandelte Teilfließschemen zeigen.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung soll beispielhaft für diesen Vorschlag gelten. Die Brennluft wird von einem (1) oder mehreren (2,...) AufladegeblEsen mit Zwischenkühlern (3) über einen Nachkühler (4) dem Motor (5) zugefuhrt. Diese Aufladegebläse werden von den Turbinen (6) und (7) angetrieben, die in einen Rankine-Prozeß eingebunden sind. Als Kreislallfmlttel wird lm Rankine-Prozeß z.B. ein Kältemittel benutzt. Dieses Kreislaufmittel wird in den Wärmetauschern (8), (9) und (10) vom Motorenöl (11), vom Kühlwasser (12), vom Abgas (13) und im Nachkühler (4) und bei mehrstufiger Verdichtung auch im Zwischenkühler (5) erhitzt. Dabei können die wärmetauschenden Apperate entweder in Serie oder parallel geschaltet sein. Das Kreislaufmittel entspannt sich in den Turbinen (6) und (7) und wird im Kondensator (14) verflüssigt, wobei die nicht umgewandelte Abwärme der Brennkraftmaschine an die Umgebung abgeführt wird. Das verflüssigte Kreislaufmittel wird mit der Pumpe (15) in die Wärmetauscher gefördert, die entweder direkt von den Turbinen (6), (7) oder fremd angetrieben wird.
Wärmespeicher (16), (17) und (18) im 01- (11) und Mühlmittelkreislauf (12) und im Abgas (13) erhöhen die bei niedrigen Drehzahlen zur Verfügung stehende Wärmemenge für die RankinetMaschine und tragen somit zur Vermeidung von Schwankungen in der für das Aufladegebläse vorhandenen Antriebsleistung bei (Fig. 2).
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Trägheit der Antriebsmaschine für das Aufladegebläse ist die Auskupplung der Abwärme aus dem Kühlwasser, 01 und Abgas in einen Wärmeölkreislauf (19), der mit der Pumpe (20) in Umlauf gehalten wird (Fig. 3). In diesen Ölkreislauf kann zusätzlich ein Wärmespeicher (21) eingeschaltet sein. An die Rankinemaschine wird die Wärmeenergie im Wärmetauscher (22) überführt.
Zur Regelung der Anlage wird vorgeschlagen, daß die AufladegeblSse auf konstanten Enddruck gefahren werden und die überschüssige Luftmenge abgeblasen wird. Dazu strömt die verdichtete Brennluft (Fig. 4) in einen Raum (23), der entweder vor oder hinter der Mengenmessung (24) angeordnet sein kann. Ebenfalls wird der Druck (25) im Behälter (23) gemessen. Druck- und Mengenmessung wirken auf das Abblaseventil (26).
Für die Startphase oder in Betriebszuständen, bei denen nicht genügend Abwärme zur VerfUgung steht, um die benötigte Leistung des Aufladegebläses zu decken, ist eine Erhitzung des Kreislaufmittels des Rankine-Prozesses in einem separaten Erhitzer (Fig. 6) oder durch einen Brenner, der in einen der Wärmetauscher (8,9) eingebaut ist (Fig.5), vorgesehen. Diese Vorrichtungen werden mit dem gleichen Kraftstoff betrieben, der für die Brennkraftmaschine (5) benutzt wird. In Fig. 5 wird gezeigt, wie in die Wärmetauscher (8) und (9) Brenner (27) eingesetzt sind. Die Kraftstoffzufuhr (28) wird vom Druck- (25) oder Mengensignal (24) des AufladegeblSses gesteuert. Bei einem separaten Erhitzer (29) in Fig. 6 wird das Kreislaufmedium ebenfalls soweit erhitzt, daß das Aufladegebläse die benötigte Antriebsleistung erhält, um der Brennkraftmaschine (5) den Druck (25) und die Menge (24) zuzuffihren.
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Claims

Verbrennungskraftmaschine Patentanspriiche: 1. Verbrennungskraftmaschine, der über ein Aufladegeblase hoch verdichtete Brennluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Aufladegeblåse (1;2) verbundene Turbine (6;7) ausschließlich über einen Rankineprozeß antreibbar ist, wobei in bekannter Weise die Prozeßwärme über Wärmetauscher eingebracht wird, die an den Motorölkreislauf, den Kilhlwasserkreislauf und an den Abgasauslaß angeschlossen sind.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rankineprozeß mehrere Aufladegebläse eingeschaltet sind.
3. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungswärme der Aufladegeblase über Warmetauschen (4) zusHtzlich in den Rankineprozeß-eingebracht wird.
4. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rankineprozeß eine separate Wärmequelle eingeschaltet ist.