DE521925C - Treibmittelerzeugungsanlage fuer Verbrennungsgase mit nachgeordneter Kraftmaschine - Google Patents

Description

• Treibmittelerzeugungsanlage für Verbrennungsgase mit nachgeordneter Kraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen, in denen in einer Verbrennungseinheit ein gasförmiges Treibmittel hohen Druckes und hoher Temperatur erzeugt wird, das einer Kraftmaschine zugeleitet wird, um dort äußere Arbeit zu leisten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Ausgestaltung und AnordnungdesAuspuffventils der Verbrennungseinheit. Es ist für derartige Anlagen kennzeichnend, daß der Druck, bei dem das Gas aus den Zylindern ausströmt, größer ist als deren Saug- oderEinlaßdruck, selbst wenn sie mit erheblich über Atmosphärendruck liegendem Ladungsdruck arbeiten.
• Bei Anlagen dieser Art muß das als Tellerventil auszubildende Auspuffventil. das seinen Hub nach der Innenseite des Verbrennungszylinders ausführt, belastet werden, damit es sich nicht bei Sinken des Druckes im Zylinder unter dein Auspuffdruck öffnet; bei den hohen Temperaturen und Drücken sind die üblichen Federbelastungen nicht ohne weiteres ver-,vendbar.
• Durch Kühlen der Ventile mit gewöhnlichenKühlmaßna'hmen allein sind die Schwierigkeiten nicht zu beseitigen, weil vermieden werden muß, daß Wärmeenergie des Treibmittels verlorengeht. Die Rücksichten auf die Kühlung machen auch die Verwendung an sich bekannter, unmittelbar von Auspuffgasen beeinflußter Ausgleichkolben praktisch unmöglich.
• Die Erfindung will diese Schwierigkeiten dadurch beseitigen, daß zwischen Ausgleichkolben und Ventil ein Strom kühler Luft unter einem Drucke fließt, der dem Auspuffdruck annähernd entspricht und der der Erhitzung des Kolbens entgegenarbeitet. Diesen Strom von Kühlluft mischt man dann den Auspuffgasen bei oder macht die aufgenommene Wärmeenergie in anderer Weise nutzbar. Den Raum an der anderen Seite des Ausgleichkolbens verbindet man zu der Zeit, in der der Druck im Verbrennungszylinder geringer ist als der Auspuffdruck, mit einem Raum von solchem Druck, daß eine Kraft verbleibt, die im Sinne der Schließung des Ventils wirkt und größer ist als die sich aus den auf beiden Seiten des Tellerventils wirkenden Drücken ergebende Kraft. Für die Zeit, in welcher das Ventil geöffnet sein soll, wird der Druck auf beiden Seiten des Ausgleichkolbens ausgeglichen. Die öffnung kann infolgedessen ohne Schwierigkeit erfolgen.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und zwar in zwei Längsschnitten durch zwei verschiedene Ausführungsformen.
• Bei der Anordnung nach Abb. i ist ein Auspufftellerventil i in einer Ventilkammer 2 angebracht, die auf den Wandungen 3 des Verbrennungszylinders (in strichpunktierten Linien angedeutet) angeordnet ist, und zwar derart, daß sich das Ventil nach derInnenseite des Zylinders öffnet. Die Ventilspindel 7 ragt in einen zylindrischen Teil q. des Ventilgehäuses und wird darin durch eine Führung 7' geführt, die gleichzeitig eine Trennwand zwischen dem Zylinderteil q. und der übrigen Ventilkammer bildet. Zu-beiden Seiten eines auf der Ventilspindel befestigten Belastungskolbens 5, der in dem Zylinder q. zu gleiten vermag, der Belastungszylinder heißen möge, sind die Zylinderräume 18 und ig gebildet, zu denen die Kanäle 2o und 21 führen.
• Die Ventilkammer 2 weist einen inneren zylindrischen Rohr- oder Muffenteil 17 auf, durch dessen Inneres die aus dem Verbrennungszylinder ausströmenden Gase zur Auspuffleitung oder dem Aufnehmer fließen, von wo sie später dem Kraftmaschinenteil zuströmen. Durch einen Einla3 22 wird Kühlluft von einem Druck, der etwas über dem Druck der Auspuffgase liegt, in die Ventilkammer eingelassen, umfließt die Außenseite der Muffe 17 und strömt durch öffnungen 16 in ihr Inneres. Dadurch kühlt sie das Ventil i und mischt sich mit den Auspuffgasen.
• Bei der Anordnung nach der Erfindung steht der Zylinderraum 1g in Verbindung mit der Quelle des für die Kühlung verwendeten Preßgases, und zwar entweder unmittelbar durch die Einlaßkanäle 21 oder gegebenenfalls durch die punktiert eingezeichneten Öffnungen 23 in der Führung 7'; in diesem Falle kann entweder der Einlaßkana121 oder der Eimaß 22 in Fortfall kommen. Der Zylinderraum 18 wird in Verbindung mit einer Quelle niederen Druckes, beispielsweise derSaugluftzuführung für denVerbrennungszyiinder, verbunden.
• Die Räume 18 und 19 können z. B. vorteilhaft von der ersten und zweiten Stufe eines zweistufigen, von der Anlage betriebenen Verdichters gespeist werden.
• Es ist ersichtlich, daß durch diese Anordnung der das Ventil i auf seinem Sitz niederhaltende Druck leicht durch den Unterschied in der Pressung der Druckmittel in den Räumen 18 und ig geliefert wird, während gleichzeitig Ventil und Nachbarteile gekühlt werden. Ein derartiges Ventil kann durch das übliche Ventilgetriebe ohne Schwierigkeiten beeinflußt werden.
• Bei der Ausführung nach Abb.2 wird Kühlluft, deren Pressung im wesentlichen gleich dem Auspuffdruck ist, dem Ventilraum durch eine Leitung 8 zugeführt, und der Belastungskolben 5 wird an der einen Seite dem Druck des Gases im Ventilraum 2 unmittelbar ausgesetzt, das zum Teil aus Kühlluft und zum Teil aus Auspuffgas besteht. Auf der vom Ventil i entfernten Seite ist das geschlossene Ende des Zylinders q. mit zwei Kanälen versehen, die durch Hilfsventile 24 und 25 abgeschlossen sind. Die durch das Ventil 24 beherrschte öffnung steht unmittelbar in Verbindung mit dem Raum zwischen Ventilkammer 2 und dem Futter 17, zwischen welchen die Kühlluft fließt, während die durch das Ventil 25 beherrschte Öffnung in Verbindung mit einer Leitung 26 steht, die zu einer Quelle niederen Gasdruckes führt, beispielsweise mit der Saugluftleitung für den Verbrennungsteil.
• Bei dieser Anordnung wird beim öffnen des Ventils 25 das Ventil i belastet, da der Kolben 5 an einer Seite dem Hochdruck im Ventilraum 2 ausgesetzt ist und auf der anderen Seite dem Niederdruck in der Leitung 26. Wenn aber das Ventil i geöffnet werden soll, so wird zuerst das Hilfsventil -25 geschlossen und 2q. geöffnet und dadurch der Druck auf beiden Kolbenseiten vor öffnen des Ventils ausgeglichen. Das Ventilantrie#bsgetriebe wird somit im wesentlichen entlastet, und es werden alle Teile des Ventils und der Ventilkammer wirksam gekühlt.
• Um den Durchtritt von Gas von der Hochdruck- zur Niederdruckquelle herabzusetzen, der eintritt, wenn Hilfsventile der oben beschriebenen Art verwendet werden, können die Räume zwischen den Enden des Zylinders q. und der Fläche des Kolbens 5 an der Seite der Hilfsventile auf sehr geringe Abmessungen gebracht werden, wobei Aussparungen 27 im Kolben 5 angebracht sind, in die die Hilfsventile im geöffneten Zustande einspringen. Auch können die Ventile in ähnlichen Aussparungen in der Zylinderstirnwand liegen. Die wirksame Fläche des Kolbens 5 an der Niederdruckseite kann durch Anordnung einer kräftigen Ventilstange 28 in der in Abb. 2 dargestellten Weise verringert werden.
• Eine solche Hilfsventileinrichtung kann durch die gleiche Nockensteuerung beeinflußt werden, die auf die Hauptventile einwirkt, und gegebenenfalls können die Hilfsventile selbst wieder mit Belastungskolben ausgestattet sein, genau wie es oben bezüglich des Hauptventils i geschildert wurde. Auch kann ,ein Einzelventil von Kolben- oder Rohrschieberbauart statt der dargestellten Tellerventile für die Hilfsventile verwendet werden.
• Andere Anordnungen von Hilfsventilen, die zur geeigneten Zeit die auf den Belastungskolben wirkenden Drücke ändern, ergeben sich nach obigem von selbst.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Treibmittelerzeugungsanlage, bei der das in Verbrennungszylindern einer Verbrennungseinheit erzeugte Treibmittel einer Kraftmaschineneinheit zugeleitet wird und der Auspuffdruck der Verbrennungszylinder größer ist als der Saugdruck und bei der der Auspuff durch sich nach der Innenseite der Verbrennungszvlinder öffnende und mit einem Ausgleichkolben ausgerüstete Tellerventile gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom kühler Luft unter einem Druck nahezu gleich dem Auspuffdruck zwischen Auspuffventil und Ausgleichkolben an letzterem vorbeigeführt wird, der denKolben kühlt und schließlich mit den Auspuffgasen gemischt oder zur Ausnutzung der aufgenommenen Wärme als Treibmittel benutzt wird, wobei der Raum auf der Rückseite des Ausgleichkolbens zu der Zeit, in der das Auspuffventil geschlossen sein soll, d. h. während des Saughubes oder immer dann, wenn der Druck im Zylinder geringer ist als der Auspuffdruck, mit einem Luft- oder Gasraum solchen Druckes in Verbindung steht, daß die auf Ventilschließung wirkende, sich aus den Drücken zu beiden Seiten des Ausgleichkolbens ergebendeKraft größer ist als diejenige, welche sich aus den auf Öffnung des Ventils wirkenden Drücken auf die beiden Ventiltellerseiten ergibt, während der Druck zu beiden Seiten des Kolbens ausgeglichen wird, wenn das Ventil geöffnet werden soll, z. B. während des Auspuffhubes.
2. 2. Anlage nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsventileinrichtungen (2.a., 25) zur Regelung derEinwirkung einer Mehrzahl von Quellen verschiedener Pressung auf die gleiche Seite des Belastungskolbens einwirken, derart, daß das Ventil durch den Kolben während eines Teiles der Zeit, in der es geschlossen ist, stärker belastet werden kann als im geöffneten Zustande.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen die eine Seite des Belastungskolbens wechselnd entweder mit der Luftdruckquelle oder einer sonstigen Druckmittelquelle erhöhten Druckes oder mit einer Quelle niederen Druckes verbinden, während die andere Seite des Belastungskolbens dauernd dem Auspuffdruck ausgesetzt ist. q... Anlage nach Anspruch r oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Verbindung einer Seite des Belastungskolbens mit der 7_ufuhrleitung von Saugluft zum Verbrennungszylinder vorgesehen sind.