DE705628C - Im Viertakt arbeitende Brennkraftkolbenmaschinenanlage mit Einspritzung von Wasser - Google Patents

Im Viertakt arbeitende Brennkraftkolbenmaschinenanlage mit Einspritzung von Wasser

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DE705628C
DE705628C DEG97147D DEG0097147D DE705628C DE 705628 C DE705628 C DE 705628C DE G97147 D DEG97147 D DE G97147D DE G0097147 D DEG0097147 D DE G0097147D DE 705628 C DE705628 C DE 705628C
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Germany
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stage
stroke
internal combustion
piston engine
combustion gases
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DEG97147D
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English (en)
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Dr-Ing E H Gustav De Grahl
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E H GUSTAV DE GRAHL DR ING
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E H GUSTAV DE GRAHL DR ING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02Profiting from waste heat of exhaust gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Description

  • Im Viertakt arbeitende Brennkraftkolbenmaschinenanlage mit Einspritzung von Wasser Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, einen Abwärmemotor für Flugzeugviertaktmotoren zu schaffen, der den Aktionsradius des Flugzeuges durch Einschränkung des Treibstoffverbrauchs vergrößern soll. Sie bezieht sich auf eine im Viertakt arbeitende Brennkraftkolbenmaschinenanla ge mit Einspritzung von Wasser in die in einer Bersten Stufe entspannten, sodann einer weiteren Kolbenmaschinenstufe zugeführten und in dieser verdichteten Verbrennungsgase am Ende dieser Verdichtung und mit weiterer Arbeitsleistung des gebildeten Gas-Darripf-Gemisches in der zweiten Stufe.
  • Die hohen Abgangstemperaturen der Viertaktmotoren haben die Erfinder veranlaßt, die Verbrennungsgase zur Dampfbildung zu verwerten. Die Wege, die hierbei eingeschlagen werden, sind mannigfaltig; entweder wurde fein zerstäubtes Wasser in die ausgestoßenen Verbrennungsgase eingespritzt und der auf diese Weise erzeugte Dampf in einer Abdampfturbine zur Arbeitsleistung herangezogen, oder man spritzte das Wasser am Ende der Entspannung in den Brennkraftzylinder oder mischte es mit dessen Verbrennungsgasen, um die der Zylinderwand und den Abgasen entzogene Wärme zur Dampfbildung für einen Niederdruckzylinder zu benutzen, oder man zweigte die den Zylinder verlassenden Verbrennungsgase zum Teil in einen den Zylinderdeckel bildenden Dampfbehälter ab; zum Teil leitete man die Abgase unmittelbar in den Niederdruckzylinder, wo sie mit dem im Dampfbehälter erzeugten Dampf zusammentrafen.
  • Da die hohen thermischen Wirkungsgrade bei der Kolbendampfmaschine in der Hochdruckstufe liegen, bei der Abdampf- bzw. Niederdruckdampfturbine dagegen in der Niederdruckstufe zu suchen sind, weil die Turbine das Druckgefälle vom Atmosphärendruck bis auf die Kondensatorspannung auszunutzen vermag, begegnen alle Versuche, die Leistung von Flugzeugmotoren durch Erzeugung von Niederdruckdampf zu erhöhen, infolge der erforderlichen Größe der Luftpumpe, des unzulässig hohen Gewichtes der gesamten Einrichtung, der Platzfrage und letzten Endes der geringen wirklich gewonnenen Mehrleistung großen Schwierigkeiten bei der praktischen Ausführung.
  • Wenn Wasser zudem in den Brennkraftzylinder in bekannter Weise eingespritzt wird, so wird durch Nachverdampfung des Wassers nicht nur ein Gegendruck erzeugt, der keine positive Arbeit darstellt, sondern auch das angesaugte Gas-Luft-Gemisch verwässert, d. h. in seiner Heizkraft herabgesetzt.
  • Bei einer anderen bekannten Brennkraftkolbenmaschinenanlage werden die in einer ersten Stufe entspannten Verbrennungsgase einer weiteren Kolbenmaschinenstufe zugeführt und das Wasser in die in dieser zweiten Stufe verdichteten Verbrennungsgase eingespritzt. Die erste Stufe kann hierbei im Zweitakt- oder Viertaktverfahren arbeiten, während für die zweite Stufe ein Zweitaktzylinder vorgesehen ist. Die Kolben der beiden Zylinder der ersten und zweiten Stufe laufen im Gleichtakt, d. h. sie :erreichen zu gleicher Zeit ihre Totpunkte. Beide Kolben verdichten daher auch zu gleicher Zeit. Sofern die erste Stufe im Viertakt läuft, arbeiten jeweils zwei Zylinder dieser Stufe mit einem einzigen Zweitaktzylinder der zweiten Stufe zusammen. Auch in diesem Falle laufen die Kolben im Gleichtakt, und zwar die beiden Kolben der ersten Stufe und der Kolben der zweiten Stufe. Wird bei dieser bekannten Anlage z. B. zwecks höherer Leistungsabgabe der Druck in der ersten Stufe durch Drosselung des Auspuffquerschnittes erhöht, so kann die zweite Stufe die anfallenden Verbrennungsgase nur zum Teil aufnehmen, so daß im Dieselmotor ein Rest von Verbrennungsgasen zurückbleibt. Es wird dadurch in ihm nicht allein ein Gegendruck erzeugt, sondern auch der thermische Wirkungsgrad durch die Vermischung der Verbrennungsluft mit inerten Gasen herabgesetzt. Die zweite Stufe kann sich also den durch die wechselnde Beanspruchung verursachten Leistungsschwankungen der ersten Stufe in keiner Weise anpassen.
  • Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Verbrennungsgase des Hauptmotors, d. h. der ersten Stufe während des Ausschubhubes dieser Stufe von der zweiten ebenfalls im Viertakt arbeitenden, jedoch gegenläufig zur ersten Stufe laufenden Stufe (Abwärmemotor) angesaugt werden und die zweite Stufe gegenüber der ersten voreilt. Da mit dem öffnen des Auslasses am Hauptmotor gleichzeitig auch der Eimaß am Abn-ärmemotor geöffnet wird, strömen die Verbrennungsgase vom Hauptmotor in Anbetracht des durch die Voreilung gegenüber dem Hauptmotor im Abwärmemotor bereits vorhandenen Unterdrucks mit großer Geschwindigkeit in den Zylinder des Abwärmemotors ein. Ein Zurückbleiben von Verbrennungsgasen im Hauptmotor ist daher nicht zu befürchten. Durch die Gegenläufigkeit von Haupt- und Abwärmemotor verteilt sich die Arbeitsabgabe erheblich günstiger als bei den bekannten Anlagen. Die Anlage nach der Erfindung arbeitet infolgedessen gleichmäßiger und ist auch leichter anzulassen.
  • Der Arbeitszylinder des Abwärmemotors kann am Ende seines Saughubes mit der Außenluft in Verbindung gebracht werden. Diese Maßnahme hat den Zweck, die anfallenden Abgasmengen dem Fassungsraum des Abwärmemotors anzupassen. Hierbei sind drei Fälle zu unterscheiden i. Die Abgasmengen des Hauptmotors sind größer als der Fassungsraum des Abwärmemotors, 2. die Abgasmengen sind kleiner, 3. die Abgasmengen gleichen dem Fassungsraum des Abwärmemotors.
  • Im Fall i können die überschüssigen Abgasmengen ins Freie austreten; im Fall e tritt Außenluft durch den Kanal in den Zylinder; im Fall 3 herrscht Gleichgewicht. In jedem Fall handelt es sich bei dem jetzt folgenden Hub des Abwärmemotorkolbens um die Verdichtung einer gleichbleibenden Verbrennungsgasmenge auf ein gleiches Verdichtungsverhältnis, nur daß diese Gasmenge verschiedene Temperaturen aufweist. Bei Höchstleistung des Hauptmotors stehen Verbrennungsgase mit höherer Temperatur, bei geringer Leistung solche mit niedrigerer Temperatur zur Verfügung; denn je höher z. B. die Beanspruchung des Hauptmotors ist, desto höher sind auch die Temperaturen der in den Zylinder des Abwärmemotors gelangenden Verbrennungsgase, die nach der Verdichtung ebenfalls höhere Temperaturen und Spannungen zur Erzielung größerer Leistungen nach sich ziehen.
  • Das Gas-Dampf-Gemisch entweicht nach Arheitsleistung während eines weiteren Hubes. Abb. i zeigt die Stellung des Kolbens der ersten Stufe (Brennkraftstufe) P nach bereits geleisteter Arbeit beim Ausschubhube, wobei das Auslaßventil i geöffnet ist. Die Verbrennungsgase werden nach dem Zylinder der zweiten Stufe des Abwärmemotors A ausgestoßen. Dieser hat während dieses Vorgangs seinen Ansaugehub (Pfeil b) noch nicht beendet und einen hohen Unterdruck bei zunächst geschlossenem Ventil 2 im Innern seines Arbeitszylinders erzeugt, so daß bei gleichzeitigem Öffnen der Ventile i und 2 die Verbrennungsgase mit großer Geschwindigkeit nach der zweiten Stufe überströmen; der Kolben der Brennkraftmaschine leistet wegen der plötzlichen Entlastung bei seinem Ausschubhube (Pfeilrichtung a) Nutzarbeit.
  • Der Erfindungsgegenstand ist an einem zeichnerischen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Gemäß Abb.2 vollendet der Kolben der zweiten Stufe seinen Hub, mit dessen Erreichung Kana13 freigegeben wird, um überschüssige Verbrennungsgase herauszulassen bzw., falls noch geringer Unterdruck vorhanden sein sollte, Luft von außen eintreten zu lassen. Beim darauffolgenden Hube (Pfeilrichtung c) schließt sich etwa biei q. Ventil e, und es erfolgt von hier an die Verdichtung der in der zweiten Stufe befindlichen Verbrennungsgase.
  • In Abb.3 hat der Kolben der zweiten Stufe die innere Totpunktlage erreicht; in den Verdichtungsraum 6 wird fein zerstäubtes Wasser eingespritzt (vgl. Pfeil 5), das unter gleichzeitiger Spannungserhöhung die Temperatur der verdichteten Verbrennungsgase herabdrückt. Inzwischen hat der Kolben der Brennkraftmaschine bei seinem Ansaugehub d durch das geöffnete Ventil 7 Frisch-Gas-Luft-Gemisch angesaugt, das nach dem Viertaktverfahren verdichtet wird und nach der Zündung Arbeit leistet, um letzten Endes die Verbrennungsgase zu weiterer Kraftleistung wieder in den Abwärmemotor der zweiten Stufe übertreten zu lassen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Im Viertakt arbeitende Brennkraftkolbenmaschinenanlage mit Einspritzung von Wasser in die in einer ersten Stufe entspannten, sodann einer weiteren Kolbenmaschinenstufe_ zugeführten und in dieser verdichteten Verbrennungsgase am Ende dieser Verdichtung und mit weiterer Arbeitsleistung des gebildeten Gas-Dampf-Gemisches in der zweiten Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase der ersten Stufe während des Ausschubhubes dieser Stufe von der zweiten ebenfalls im Viertakt arbeitenden, jedoch gegenläufig zur ersten Stufe laufenden Stufe angesaugt werden und die zweite Stufe gegenüber der ersten voreilt. z. Brennkraftkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder der zweiten Stufe am Ende seines Saughubes mit der Außenluft in Verbindung gebracht wird.
DEG97147D 1938-02-01 1938-02-01 Im Viertakt arbeitende Brennkraftkolbenmaschinenanlage mit Einspritzung von Wasser Expired DE705628C (de)

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