DE3143605A1 - "adiabatischer motor" - Google Patents

"adiabatischer motor"

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DE3143605A1
DE3143605A1 DE19813143605 DE3143605A DE3143605A1 DE 3143605 A1 DE3143605 A1 DE 3143605A1 DE 19813143605 DE19813143605 DE 19813143605 DE 3143605 A DE3143605 A DE 3143605A DE 3143605 A1 DE3143605 A1 DE 3143605A1
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Germany
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adiabatic
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injection
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English (en)
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Axel 8047 Karlsfeld Rossmann
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MTU Aero Engines GmbH
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MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/02—Steam engine plants not otherwise provided for with steam-generation in engine-cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087—Ceramic materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
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Description

= 3 ■»
hk/ba/fr
MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
München, 27„ Oktober 1981
Adiaba ti sch er Motor
Die Erfindung betrifft einen adiabatischen Motor mit einem Kraftstoffeinspritzsystem.
15
Um einen möglichst maximalen Wirkungsgrad zu erzielen., finden nach dem Stand der Technik sowohl Dieselmotoren als auch Benzinmotoren in "adiabatischer" Version" „■ d. h". ohne nennenswerte Kühlung, Verwendung. Dadurch soll zu·= mindest ein Teil der sonst durch die Kühlung abgeführten Wärme als Arbeitsenergie gewonnen werden. Häufig wird der Motor noch wärmeisoliert. Solche Motoren heizen sich verständlicherweise stark auf. Dies kann z. B. zur Rotglut von der Hitze ausgesetzten Teilen wie Kolben,, Ventile, Zylinderkopf und Dichtungssystemen führen. Diesen Temperaturen sind die üblichen metallischen Merkstoffe und Gleitsysteme sowie Schmierstoffe nicht mehr gewachsen. Aus diesem Grund kommen Sonderkeramiken und neue Gleitsysteme wie Luftlagerung oder Trockenschmierung zum Einsatz. Ein weiteres Problem ist die schlechte "Füllung" der Zylinder durch die angesaugte Luft, da sich diese an den Heißteilen stark aufheizt. Darüber hinaus führt das sehr heiße Abgas unter Umständen einen
beträchtlichen Teil (mehr als bei weniger heißen 35
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konventionellen Motoren) der Kraftstoffenergie nutzlos ab. Aus diesem Grund werden bei "adiabatischen" Motoren üblicherweise Turbolader nachgeschaltet, die einen Teil der Abgasenergie zur besseren Füllung der Zylinder nutzen. Die hohe Abgasenergie macht es darüber hinaus erforderlich, den Lader über e.in Getriebe auf die Abtriebswelle arbeiten zu lassen, da der Verdichter nicht so viel Leistung benötigt. Diese komplizierte Energierückgewinnung verhindert insbesondere bei kleineren Motoren eine Nutzung des "adiabatischen Prinzips".
Ausgehend von der Problematik des vorgenannten Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen adiabatischen Motor, insbesondere Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau einen wirkungsvollen Betrieb gestattet und eine vergleichsweise niedrige Betriebstemperatur aufweist.
Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch, daß neben dem Kraftstoffeinspritzsystem ein weiteres Einspritzsystem zum Einspritzen von Wasser vorgesehen ist, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem und das Wassereinspritzsystem wechselweise betätigbar sind. Bei einem Betrieb des einen Einspritzsystems steht das andere still und umgekehrt.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die beiden Einspritzsysteme nach einer vorgegebenen Uubfolge des Motorkol-
bens betätigbar sind.
30
Die beiden Einspritzsysteme können intermittierend betätigbar sein. Der Motor arbeitet dann abwechselnd als Verbrennungsmotor und als Dampfmotor. Dies ist sowohl nach dem Zweitakt- als auch nach dem Viertakt-Prinziρ ^5 möglich.
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27.10.1981
3H3605
-D-
Die Steuerung der Wassereinspritzung bezüglich Häufigkeit, Zeitablauf und Menge kann insbesondere elektronisch erfolgen.
Als Steuergröße der Steuerung der Wassereinspritzung findet zweckmäßigerweise eine vorgegebene Leistungsabnahme des Motors Verwendung,
Auch kann alternativ die Steuergröße der Wassereinspritzsteuerung eine vorgegebene Bauteil temperatur sein.
Eine Vorwärmung des Wassers im Bereich des Gasaustritts zur weiteren Wärmerückgewinnung ist zweckmäßig»
Auch ist es von Vorteil, zwecks erneuter Einspritzung eine Rückgewinnung des eingespritzten kondensierten Wassers im Bereich der Abgasanlage vorzusehen. Das Wasser wird hierbei in der Auspuffanlage aufgefangen und gefiltert.
Das Wasser des Wassereinspritzsystems wird bevorzugt
zur Schmierung des Motors verwendet, oder es ist eine
Schmierung mit wasserverträglichem Schmiermittel vorgesehen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist gegeben, wenn der Brennraum des Motorkolbens und/oder des Zylindertopfes eine große Oberfläche für einen optimalen Wärmeaustausch aufweist.
Erfindungsgemäß wird demnach ein adiabatischer Motor, vorzugsweise ein Dieselmotor mit zwei Einspritzsystemen vorgeschlagen. Ein Einspritzsystem arbeitet konventionell
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mit Kraftstoff, das andere mit Wasser. Bei verschiedenen Hüben, vorzugsweise abwechselnd wird nun Kraftstoff verbrannt oder nur Wasser eingespritzt. Das Wasser verdampft an den Heißteilen und erzeugt über einen Druckanstieg einen Arbeitshub. Der Motor arbeitet dann intermittierend als Verbrennungsmotor und Dampfmotor. Die Steuerung der Wassereinspritzung erfolgt elektronisch und richtet sich z. ß. nach der Leistungsabnahme und nach Bauteile-Temperaturen. Eine besondere Abgasanlage zur Wasserrückgewinnung und -aufheizung ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen. Ein derartiger Motor besitzt einen guten Wirkungsgrad und im Vergleich zu einem konventionellen adiabatischen Motor eine niedrige Betriebstemperatur (niedrige Bauteil-Temperaturen), da das kalte oder vorgewärmte eingespritzte Wasser in benachbarten Bauteilen im Brennraum Wärme für einen Verdampfungsvorgang entzieht, die während eines vorangegangenen Kraftstoffei η spritz-VerbrennungsVorgangs im Motor erzeugt worden ist. Mit Vorteil ergibt sich bei einem erfindungsgemäßen adiabatischen Motor eine gute "Füllung" der Zylinder, da sich die angesaugte Luft an den Heißteilen nur mäßig aufheizt. Aufgrund der niedrigen Betriebstemperatur und der geringen abgeführten Wärme im Abgas ist es nicht erforderlich, einen Turbolader wie nach dem Stand der Technik nachzuschalten. Besonderer Vorteil der Erfindung ist die gute Abgaszusammensetzung, da NO durch den Wasserdampf im Abgas gebunden wird. Die Bauteile des Motors bestehen vorzugsweise aus Keramik, um Korrosions- und Warmfestigkeit sowie gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften zu schaffen.
T-672
27.10.1981

Claims (10)

  1. hk/ba/fr
    MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÖNCHEN GMBH
    München, 27. Oktober 1981
    Patentansprüche
    (1. Adiabatischer Motor mit einem Kraftstoffeinspritz- ^" system, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Einspritzsystem zum Einspritzen von Wasser vorgesehen ist, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem und das Wassereinspritzsystem wechselweise betätigbar sind.
  2. 2. Adiabatischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einspritzsysteme nach einer vorgegebenen Hubfolge des Motorkolbens betätigbar sind.
  3. 3. Adiabatischer Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einspritzsysteme intermittierend betätigbar sind.
  4. 4. Adiabatischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisch gesteuertes Wassereinspritzsystem vorgesehen ist.
  5. 5. Adiabatischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße der Steuerung
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    'Z-
    der Wassereinspritzung eine vorgegebene Leistungsabnahme des Motors ist.
  6. 6. Adiabatischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 4, da-
    durch gekennzeichnet, daß die Steuergröße der Steuerung der Wassereinspritzung eine vorgegebene Bauteil temperatur ist.
  7. 7. Adiabatischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorwärmung des einzu spritzenden Wassers im Bereich des Abgasaustritts des Motors vorgesehen ist.
  8. 8. Adiabatischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückgewinnung des ein gespritzten kondensierten Wassers im Bereich der Abgasanlage vorgesehen ist.
  9. 9. Adiabatischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasserschmierung oder eine Schmierung mit wasserverträglichem Schmiermittel vorgesehen ist.
  10. 10. Adiabatischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum des Motorkolbens und/oder des Zylindertopfes eine große Oberfläche aufweist.
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DE19813143605 1981-11-03 1981-11-03 "adiabatischer motor" Withdrawn DE3143605A1 (de)

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IT23034/82A IT1155056B (it) 1981-11-03 1982-08-30 Motore adiabatico
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