DE412889C

DE412889C - Verfahren zum Betrieb von im Viertakt arbeitenden Brennkraftmaschinen nebst Maschine

Info

Publication number: DE412889C
Application number: DEW63624D
Authority: DE
Original assignee: Waggon und Maschinenbau AG WUMAG
Current assignee: Waggon und Maschinenbau AG WUMAG
Publication date: 1925-04-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für im Viertakt arbeitende Brennkraftmaschinen, bei denen die Verbrennungsgase nach Beendigung des Arbeitshubes im Arbeitszylinder wiederverdichtet werden. Ein solches Betriebsverfahren ist zur Herstellung von sogenannten Schutzgasen für die feuer- und explosionssichere Einlagerung von feuergefährlichen Flüssigkeiten bekannt, wobei die ίο Verbrennungsgase, die als Schutzgase Verwendung finden, im Arbeitszylinder eines Explosionsmotors auf einen um etwa ι Atm., höheren Druck wiederverdichtet werden, als der höchste Verdichtungsdruck des verdichteten brennbaren Gasgemisches, um dann in einen Sammelbehälter gefördert zu werden.

Demgegenüber bezweckt das. neue Betriebsverfahren, welches gleicherweise für Gleichdruck- (Diesel-) wie für Verpuffungsinaschinen geeignet ist, weitgehendste Ausnutzung der Leistung der Brennkraftmaschine und deren Abwärme.

Dementsprechend wird gemäß der Erfindung die Wiederverdichtung der Verbrennungsgase im Arbeitszylinder so weit getrieben, daß die restliche Leistung der Brennkraftmaschine ausreicht, sie im Betriebe zu erhalten, und die erhaltenen Druckgase werden in einer Expansionsmaschine ausgenutzt. Bei diesem Arbeitsvorgange im Arbeitszylinder wird das hohe, schmale Diagramm der Brennkraftmaschine mit seinen hohen Druck- und Temperaturdifferenzen in ein niedriges, breites Diagramm umgewandelt, das dem Diagramm einer Dampfmaschine ähnelt.

In den Abb. 1 und 2 der Zeichnung sind die Arbeitsdiagramme dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 dasjenige einer GleichdruckfDiesel-), Abb. 2 dasjenige einer Verpuffungsmaschine. In beiden Fällen hat im Punkte 1 der Arbeitskolben Frischluft oder Gemisch angesaugt, und der Arbeitszylinder ist damit gefüllt. Es folgt der Verdichtungshub. Die 1 Verdichtung steigt bis Punkt 2. Darauf folgt i der Arbeitshub mit der Verbrennung (bis Punkt 3 und der Expansion der Verbrennungsgase bis Punkt 4. Nun beginnt bei nach der Erfindung geschlossenen Ventilen der Arbeitskolben rückläufig mit dem Wiederverdichten der Verbrennungsgase. Die Wiederverdichtung wird so hoch getrieben, daß die restlichje Leistung der Brennkraftmaschine gerade ausreicht, um sie in Betrieb zu erhalten, also beispielsweise bis Punkt 5. Dann werden die wieder gespannten Gase in die zu einer Expansionsmaschine führende Verbrauchsleitung ausgeschoben, um zur Arbeitsleistung zu gelangen. In der Totpunktlage bei 6 schließt sich das Ventil der Verbrauchsleitung, und es, wird nunmehr ein. Auspuffventil geöffnet, um die im schädlichen Raum zurückgebliebenen Restgase zu entfernen, die anderenfalls durch Rückexpansion das Gewicht der neuen Luftladung bei dem nachfolgenden Saughub vermindern würden. Die ins. Freie entweichenden Restgase helfen durch das bei Punkt 7 des Diagrammes geöffnete Einsaugventil die frische Ladung in den Zylinder saugen. Das Auspuffventil schließt dann sofort, während das Einsaugeventil während der Saugperiode bis Punkt 1 geöffnet bleibt.

Das neue Verfahren eignet sich insbesondere für Lokomotivantrieb. Es bietet hierbei Vorteile gegenüber dem bisher bekannten Ver- " fahren, wonach die Brennkraftmaschine einen Verdichter antreibt, der Preßluft für die Expansionsmaschine liefert. Gegenüber diesem bekannten Verfahren kann nach der Erfindung in der Expansionsmaschine eine größere Leistung der Brennkraftmaschine nutzbar gemacht werden, so daß also an sich schon,,, gleiche Gesamtleistung vorausgesetzt, die Maschinenanlage kleiner ausgeführt werden kann, abgesehen davon, daß der bisher notwendige Verdichter entfällt und Raum und Gewicht für -ihn gespart werden.

Eine Ausführungsform der Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens in solcher Weise stellt Abb.3 der Zeichnung schematisch dar. Es ist hier α ein normaler Viertaktmotor mit zweckmäßig wenigstens 2 Zylindern. Er besitzt außer dem Einsaugventil b, dem Brennstoffventil c und dem Auspuffventil d noch ein viertes gesteuertes Ventil e zum Abschluß der an ihn angeschlossenen Verbrauchsleitung / für die wiederverdichteteni Verbrennungsgase, die zur Steuerung des Expansionsmaschinenzylinders g führt, dessen Kolben auf die Lokomotivtreibräder h wirkt. Die Steuerung des AuspuffVentils und diejenige des Ventils e der Verbrauchsleitung» erfolgen derart, daß das letztgenannte Ventil beim Rückgange des Kolbens nach dem Arbeitshub erst nach Erreichen des vorbestimmten Druckes geöffnet und bei Hubende wieder geschlossen wird, während gleichzeitig das Auspuffventil sich, wie schon oben erwähnt, öffnet, um die Restgase entweichen zu lassen. Die Zylinder der Brennkraftma;-schine und die Verbrauchsleitung sind mit

Kühlmänteln i und k umgeben. Die Verbrauchsleitung kann auch durch eine geeignete Kühlvorrichtung geführt werden oder ungekühlt bleiben. Das Kühlmittel tritt zweckmäßig in den Kühlmantel des Zylinders bei / ein, um dann durch Leitung m in die Kühlvorrichtung /·; für die Verbrauchsleitung zu gelangen und diese bei η zu verlassen.

Das Wärmegefälle in der Verbrauchsleitung

ίο ist infolge der Rückverdichtung der Verbrennungsgase erheblich höher als bei Auspuffgasen. Es ist deshalb eine gute Ausnutzung der Abwärme möglich, insbesondere, wenn statt Wasser ein niedriger siedendes Kühlmittel, wie schweflige Säure, Ammoniak, Verwendung findet. Das Kühlmittel kann dann in den Kühlmänteln und Kühlvorrichtungen verdampft und der Dampf in einer Dampfmaschine ausgenutzt werden. Diese kann von der übrigen Anlage örtlich getrennt sein;. Man kann aber auch, namentlich bei ortsfesten Anlagen, die Brennkraftmaschine, die Expansionsmaschine und die Dampfmaschine auf dieselbe Kurbelwelle wirken lassen.

Eine solche Ausführungsform der Anlage ist beispielsweise in Abb. 4 dargestellt. Hier besitzt die Brennkraftmaschine beispielsweise 2 Zylinder a, a', deren Kolben auf die Kurbelwelle w wirken, die bei Dieselmotoren die Luftpumpe c antreibt. Diese und die Arbeitszylinder a, a' der Brennkraftmaschine besitzen Kühlmäntel /. Die wiederverdichteten Verbrennungsgase gelangen durch Leitungen /', /'' in die Verbrauchsleitung /, die in den Arbeitszylinder g der hier einfach wirkenden Expansionsmaschine führt. Die Leitungen /,/',/" besitzen einen Kühlmantel k, in den das Kühlmittel aus den Kühlmänteln/ durch eine Leitung m übertritt. Das verdampfte Kühlmittel gelangt durch die mit einem gesteuerten Einlaßventil ρ für den Arbeitszylinder q der hier ebenfalls einfach wirkenden Dampfmaschine versehene Leitung r in die Dampfmaschine, um diese durch ein ebenfalls gesteuertes Auslaßventil s zu verlassen und durch Leitung t nach Kondensation, gegebenenfalls durch eine Pumpe gefördert, in den Kühlmantel i der Luftpumpe c zurückzukehren und den Kreislauf von neuem zu beginnen. Der Doppelkolben der Expansions- und Dampfmaschine arbeitet ebenfalls auf die allen Zylindern gemeinsame Kurbelwelle w.

Abb. 5 zeigt in der Draufsicht schematisch die Anordnung der Ventile b, C, d und e; •1 ist die Saugleitung, / die Preßgas- oder Verbrauchsleitung und ν die Auspuffleitung. Die Anlaßluftleitung ist mit x, das Anlaßventil mit y bezeichnet. Die Steuerung aller Ventile erfolgt von der Nockenwelle / aus mit Hilfe der Nocken z^h, z^L\ z^J, z^e und z^y in der bereits beschriebenen Weise. Beim Anlassen der Brennkraftmaschine darf so lange keine Förderung in die Verbrauchsleitung eintreten, bis der Motor im Gang ist. Für diesen Fall des Leerlaufes wird das Ventil e, dessen Antriebshebel bei e' exzentrisch lagert, als Auspuffventil während des ganzen Hubes verwendet. Der Hebel ti beeinflußt dabei ein nicht dargestelltes Entlüftungsventil in der Verbrauchsleitung /, durch das die Auspuffgase ins Freie entweichen können. ''Beim Umstellen auf Fördern schließt sich dieses Entlüftungsventil, und das Förderventil e öffnet erst wieder bei Punkt 5 (Abb. 1).

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Betriebe von im Viertakt arbeitenden Brennkraftmaschinen, bei denen die Verbrennungsgase nach Beendigung des. Arbeitshubes im Arbeitszylinder wiederverdichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederverdichtung der Verbrennungsgase so weit getrieben wird, daß die restliche Leistung der Brennkraftmaschine ausreicht, sie in Betrieb zu erhalten und die erhaltenen Druckgase in einer Expansionsmaschine ausgenutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, 9« dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Kühlung der erhaltenen Druckgase als Kühlmittel ein solches von niedrigem Siedepunkt benutzt und das verdampfte Kühlmittel in einer Dampfmaschine ausge- 9S nutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,. dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteldampf nach Kondensation in den Kühlprozeß zurückgeleitet wird. iac

4. Maschine zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine, die Expansionsmaschine und die Dampfmaschine auf dieselbe Kurbelwelle i<?5 wirken.

5. Maschine zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Ventils

(e) der Brennkraftmaschine für die dann mit einem Entlüftungsventil versehene, zur Expansionsmaschine führende Verbrauchsleitung (/) derart umstellbar ist, daß beim Anlassen und Leerlauf der Brennkraftmaschine das Ventil {e) mit früherer Eröffnung ebenfalls als Auspuffventil dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.