DE446829C - Arbeitsverfahren fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Arbeitsverfahren für Brennkraftmaschinen. Die Erfindung besteht darin, Druckluft oder Druckgas, welche in gewissen Prozessen als Nebenerzeugnis abfallen, z. B. Druckstickstoff bei der Lufttrennung, durch Einführung in einen Explosionsmotor nutzbar zu machen. Für die Durchführung dieses Arbeitsverfahrens ist es gleichgültig, nach welchem der bekannten Verfahren die Brennkraftmaschine arbeitet, ob im Viertakt oder Zweitakt oder auch bei Verbrennung unter konstantem Druck oder nach dem Arbeitsschema der Großgasmaschinen.
• Um jedoch das vorliegende Verfahren durchführen zu können, soll der Arbeitsgang in der Weise durchgeführt werden, daß das aus anderen Prozessen abfallende Druckgas, welches fast durchweg nur eine Spannung von etwa q. bis 9 Atmosphären absolut besitzt, entweder kurz vor oder auch nach dem Beginn eines 1e= desmaligen Arbeitshubs der Gasmaschine, und zwar an einer Stelle gleichen oder niedrigeren Druckes, als das Druckgas selbst besitzt, in den Gasmaschinenzylinder eingepreßt werden. Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, daß der mittlere Druck im Arbeitszylinder steigt, die mittlere Temperatur dagegen sinkt. Dies hat aber zur Folge, daß die Leistung steigt, gleichzeitig aber auch die mittlere Temperatur und damit die Kühlverluste sinken.
• Die zur Zeit wichtigste Verwendung des vorliegenden Arbeitsverfahrens ist die Ausnutzung des in Lufttrennungsanlagen als Nebenprodukt gewonnenen Druckstickstoffs von etwa q. bis 9 Atmosphären Spannung. Bei dem in Abb. i veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß aus einer Lufttrennungsanlage Druckstickstoff von 9 Atmosphären verfügbar ist, welcher eine Temperatur von etwa + 5 bis io ° C besitzt. Derselbe wird in die in Viertakt oder Zweitakt arbeitende Gasmaschine durch eine besonders gesteuerte Zuleitung a eingeführt. Der Unterschied gegenüber den üblichen Maschinen besteht in baulicher Hinsicht lediglich in der Anordnung dieser dritten Zuleitung.
• In Abb. i und 2 ist das Arbeitsdiagramm einer Viertaktgasmaschine dargestellt, bei welcher während des Arbeitshubs nach Sinken des Arbeitsdrucks auf 9 Atmosphären absolut aus einer Lufttrennungsanlage Druckstickstoff von 9 Atmosphären Spannung unter gleichbleibendem Druck auf der Diagrammstrecke c-d in den Zylinder eingeführt, dann die Zufuhr des Druckstickstoffs abgesperrt wird. Auf der Strecke d-e erfolgt dann wieder wie von b bis c adiabatische Expansion. Alsdann erfolgt von e bis zum Kolbenhubende das Ausstoßen der Arbeitsgase und hierauf beim Rückgang des Kolbens bis zur Stelle f Ansaugen frischen Gasgemischs, das beim Weitergehen des Kolbens bis zur Stelle e auf Unterdruck sich entspannt, das beim Verdichtungshub bis f auf Atmosphärenspannung sich wieder verdichtet und darauf erst bis zum Totpunkt des Kolbens bei a auf Eintrittsspannung verdichtet wird. Hierauf erfolgt von a bis b die Verbrennungsperiode, und zwar erfolgt bei Abb. i die Verbrennung von a bis b mit steigendem Druck, dagegen bei Abb. 2 unter gleichem Druck von a bis b.
• Die in Abb. i angegebenen Wärmeeinheiten beziehen sich auf den Arbeitshub einer Gichtgasmaschine, bei welcher die Verdichtungswärme beim Verdichtungshub einer Verdich= tungsarbeit von 45 Wärmeeinheiten, die Arbeitsleistung des Expansionshubs ohne Einführung von Abfallgas 138 Wärmeeinheiten und mit Einführung von Abfallgas eine Arbeitsenergie von 259 Wärmeeinheiten ergibt.
• In Abb. 2 ist dieselbe Voraussetzung gemacht. Der Unterschied besteht nur darin, daß im zweiten Falle nach dem Dieselverfahren gearbeitet werden soll.
• Aus den beiden Diagrammen in Abb. = und 2 kann man ersehen, daß gemäß Abb. i die Zusatzleistung bei dem Viertaktverfahren mit der Verbrennung unter steigendem Druck infolge der höheren Temperaturen im Zylinder während des Arbeitshubs verhältnismäßig beträchtlich größer ist als gemäß Abb. 2 bei dem Verfahren mit Verbrennung unter gleichbleibendem Druck. Man wird daher bei der Ausnutzung des Druckstickstoffs von Lufttrennungsanlagen Viertaktmaschinen oder Gasmaschinen mit hoher Verbrennungstemperatur, wie z. B. Dieselmotoren usw., aus wirtschaftlichen Gründen vorziehen. Indessen wird man, wie Versuche ergeben haben, zweckmäßig bei letzteren, ebenso wie beim Zweitaktverfahren, den Druckstickstoff vor dem Beginn des Arbeitshubs einführen.
• Der wirtschaftliche Vorteil des vorliegenden Verfahrens der Gasmaschine zusammen mit der Verwendung des aus einer Lufttrennungsanlage abfallenden Druckstickstoffs beruht vor allen Dingen darin, daß die Lufttrennung unter Druck keinen merklichen Mehraufwand an Energie erfordert, als dies beispielsweise beim Zweistufenverfahren der Fall ist, das bekanntlich entspannten Stickstoff liefert und für vorliegendes Verfahren ungeeignet ist.
• Die vorliegende Erfindung findet sachgemäße Anwendung insbesondere auf die bisherigen Gasmaschinen und andere Brennkraftmaschinen, z. B. Dieselmotoren usw., worauf die Abgase derselben dann noch anderweitig ausgenutzt werden können. Beim Arbeiten mit Brennkraftmaschinen wird das Zusatzdruckgas, welches meist eine geringere Spannung als die Höchstspannung der Kraftmaschine hat, an geeigneter Stelle vor oder nach dem Totpunkt, d. h. vor Entstehung oder nach dem Sinken des Höchstdrucks, in den Arbeitszylinder eingeführt. Hierdurch erhält man die Möglichkeit, bei den großen Gasmaschinen auf den Hüttenwerken nicht nur die Verbrennungswärme der Gichtgase, der Kohlengase usw., sondern auch gleichzeitig durch Vorwärmen des Druckgases der Druckluft die Gaswärme der heißen Abgase der Hochöfen, der Siemens-Martinöfen usw. in Großgasmaschinen ausnutzen zu können, ohne zu besonderen Maschinenanlagen für den Arbeitshub gezwungen zu sein. Die so zu erhaltende zusätzliche Energie kann etwa bis auf die Leistung der normalen Gasmaschine gesteigert werden.
• Die Abb.3 veranschaulicht die Kolbenstellungen für die einzelnen Arbeitsperioden einer Viertaktmaschine beim Einführen des Druckstickstoffs von 9 Atmosphären Spannung nach dem Beginn des Kolbenhubs, und zwar zuerst Kolbenstellung nach beendigtem Saughub. Das ganze Zylindervolumen hat sich durch das geöffnete Saugventil hindurch mit Gemisch aus Gas und Luft gefüllt.
• Alsdann folgt Verdichtung und Entzündung des Gemischs, an dritter Stelle Eintritt des Druckstickstoffs und Absperrung seiner Zuleitung, an vierter Stelle Entspannung von 9 Atmosphären auf Endspannung, an fünfter Stelle Kolbenrückgang und Auspuff, an sechster Stelle Beendigung des Auspuffs.
• Die eingezeichneten Pfeile zeigen die jeweilige Kolbenhubrichtung an. Wie ersichtlich ist, sind drei Steuerungen für Eintritt des Gemischs, für Zusatzdruckstickstoff und für den Auspuff erforderlich.
• Soll der Eintritt des Druckstickstoffs vor Beginn des Arbeitshubs erfolgen, so muß das Ventil für den Druckstickstoff schon in der zweiten Stellung geöffnet werden, also in der dritten Stellung schon geschlossen sein.
• Steht Druckluft und Druckstickstoff von q. Atmosphären zur Verfügung, so arbeitet man ähnlich wie beim Ochelhäuser-Motor mit Gaspumpe für q Atmosphären und läßt beim Beginn des Saughubs erst Druckstickstoff und dann bis zum Ende des Saughubs Gemisch ansaugen und arbeitet dann im normalenViertakt weiter.
• Eine Abänderung des Verfahrens besteht auch darin, daß anderweitig gewonnene Druckgase, wie z. B. Druckstickstoff, bei der Absorption von Kohlensäure aus einem Gemisch aus Kohlensäure und Stickstoff unter Druck usw. in den Zylinder einer Brennkraftmaschine eingeführt werden.

Claims (3)

1. PATE NTANSPizüCi1i.:: i. Arbeitsverfahren für. Brennkraftmaschinen, insbesondere für Gasmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß Druckluft oder Druckgas, welche in gewissen Prozessen als Nebenerzeugnis abfallen, z. B. Druckstickstoff bei der Lufttrennung, in eine Brennkraftmaschine eingeführt und dadurch zur Erzeugung von Nutzarbeit nutzbar gemacht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das aus anderen Prozessen abfallende Druckgas, welches fast durchweg nur eine Spannung von etwa q. bis 9 Atmosphären absolut besitzt, entweder kurz vor oder auch nach dem Beginn eines jedesmaligen Arbeitshubs, und zwar an einer Stelle gleichen oder niedrigen Drucks als das Druckgas selbst besitzt, in den Kraftzylinder eingeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei vorhandenem Druckluftnetz aus diesem geeignete Druckluftmengen in den jedesmaligen Arbeitshub hineinpreßt, insbesondere zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Großgasmaschinen und zur Erniedrigung der Auspuff- und der mittleren Zylindertemperatur. q.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anderweitig gewonnene Druckgase, wie z. B. Druckstickstoff, bei derAbsorption von Kohlensäure aus einem Gemisch von Kohlensäure und Stickstoff unter Druck usw. in den Zylinder einerBrennkraftmaschine eingeführt werden.