DE707952C

DE707952C - Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen mit Dampferzeugung und Zusetzung dieses Dampfes zur Zylinderladung

Info

Publication number: DE707952C
Application number: DEH147677D
Authority: DE
Original assignee: E H PAUL HEYLANDT DR ING
Current assignee: E H PAUL HEYLANDT DR ING
Priority date: 1936-05-23
Filing date: 1936-05-23
Publication date: 1941-07-08

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen, bei denen die bei der Zylinderkühlung und in den Abgasen anfallende Abwärme zur Dampferzeugung benutzt und der aus einem an der Verbrennung nicht teilnehmenden Mittel, beispielsweise Wasser, erzeugte Dampf der Zylinderladung der Brennkraftmaschine zugesetzt und zusammen mit dieser entspannt wird.

Es ist schon bekannt, bei ein- und mehrstufigen Brennkraftmaschinen, die eine besondere Brennkammer besitzen, in diese zwecks Kühlung der Brennkammer Wasser

oder feuchten Dampf-einzuführen, der mittels Abwärme erzeugt wurde, wobei dieser Dampf dann gemeinsam mit den Verbrennungsgasen unter Arbeitsleistung entspannt wurde. Ferner sind auch einstufige Maschinen bekanntgeworden, bei denen der mittels der Abwärme erzeugte Dampf getrennt von den Verbrennungsgasen in besonderen Arbeits räumen entspannt wurde bzw. bei denen dieser Dampf gegen Ende des Ansaugens oder Beginn des Verdichtens zugefüllt wurde.

Es ist auch bei einer zweistufigen Gasdampfmaschine bekanntgeworden, nach beendetem Arbeitshub der Brennkraftstufe einen Teil der teilentspannten Verbrennungsgase

'in den durch Verdampfung gekühlten Zylinderkopf zu leiten, während der andere Teil direkt in die Entspannungsstufe tritt, wobei dann im Verlauf des anschließenden Hubes die nun mit Dampf gemischten Verbrennungsgase wieder aus dem Zylinderkopf heraus- strömen und in die Entspannungsstufe treten. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Betreiben von Brennkraftmaschinen dadurch weiter ausgestaltet, daß der durch Abwärme erzeugte überhitzte Dampf nach Schluß des Saugventils im Verdichtungshub in den Arbeitszylinder einer ersten Stufe der Brennkraftmaschine eingeführt, mit der Ladung zusammen verdichtet und nach der Verbrennung des Brenngasgemisches mit den Verbrennungsgasen unter Leistung äußerer Arbeit zweistufig bis auf Außendruck entspannt wird, wobei die dem Zylinder zu entziehende Wärme und die im Auspuff bis auf 150 bis 200° C ausnutzibare Wärme zur Ver- 50 dampfung und Überhitzung des Verdampf ungsmittels, z. B. Wasser bzw. Wasserdampf, benutzt wird. Der überhitzte Dampf, der während des Verdichtungshubes in den Arbeitszylinder eingeblasen wird, bewirkt, daß die Verdichtungstemperatur und der Verdichtungsdruck steigen, während die Anfangstemperatur des Arbeitshubes etwa die gleiche bleibt. Da das Verhältnis von Verdichtungstemperatur zur Ansaugtemperatur wesentlich fio größer als ohne Einführen des zu verdampfenden Mittels ist, so ist dementsprechend das Verhältnis von Anfangstemperatur zu Endtemperatur beim Arbeit-shub in gleicherweise größer, d. h. einmal, die geleistete Arbeit hat einen größeren Wert und andererseits, die

Endtemperatur der Teilentspannung liegt tiefer, während der Enddruck höher ist. Dadurch aber, daß die Temperatur nach beendetem Arbeitshub der Brennkraftstufe um.. 200 bis 300⁰ unter der der jetzt bekannten¹ Verfahren und Maschinen liegt, während der Entspannungsenddruck höher ist, wird es erst wirtschaftlich und technisch möglich, einen zweiten Arbeitsraum dem Zylinder nachzuschalten, in welchem die Entspannung bis auf Außendruck erfolgt, so daß die Arbeitsleistung erheblich größer ist als bei den bisher bekannten Verfahren. Dabei kann dieser Arbeitsraum als Drehkolbenmaschine ausgebildet sein, um die Volumina mit höherem Wirkungsgrad zu bewältigen. Hierbei ist es auch möglich, mehrere Kolbenmaschinen bzw. Zylinder auf eine Drehkolbenmaschine arbeiten zu lassen.

Die Entspannung in dem nachgeschalteten Arbeitsraum kann nun auch so erfolgen, daß bei dem Enddruck der Teilentspannung der Brennkraftstufe ausgeschoben und dann nach beendetem Ausschub im zweiten Arbeitsraum entspannt wird. In diesem Fall ist der Restinhalt des Verdichtungsraumes des ersten Arbeitsraumes in den Auspuff der zweiten Stufe mittels eines besonderen, gesteuerten Ventils zu entspannen, um neues Gemisch ansaugen zu können, oder aber es ist mit besonderem Verdichter vorverdichtetes Gemisch in den ersten Arbeitsraum einzuführen.

Es kann aber auch die Entspannung in der Art erfolgen, daß der Druck beim Ausschub aus dem ersten Arbeitsraum in den zweiten Arbeitsraum bis zum Hubende auf der etwa ι ata fällt, so daß also Ausschub aus dem ersten Zylinder und Arbeitsleistung im zweiten gleichzeitig bei freier Verbindung beider Räume erfolgt (Verbundanordnung).

Vorliegendes Verfahren läßt sich sowohl bei Brennkraftmaschinen des Otto-Verfahrens, also bei Verdichten eines Brennstoffluftgemisches, als auch bei luftverdichtenden Brennkraftmaschinen des Diesel-Verfahrens, also bei Einspritzen bzw. Einblasen des Brennstoffes nach beendetem Verdichtungshub, verwenden.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel zur näheren Erläuterung des Verfahrens beschrieben werden.

In Fig. ι ist die Seitenansicht eines Motors mit vier Brennkraftzylindern a, also erste Stufe, und einer Drehkolbenmaschine b, dargestellt.

In der perspektivischen Darstellung Fig. 2 bedeutet /; den Vergaser, / die Brennstoffleitung, c einen Aufnehmer für das Verbrennungsgas der Brennkraftzylinder, e die Auspuffleitung, e' den Auspuffdampferzeuger, / die Dampfleitung des in e' erzeugten Damp-

fes und g des in den Kühlmänteln der Zylinder erzeugten Dampfes zum Dampfsammler h, wobei sämtliche dampfführenden Räume ;.isoliert sind; d sind die Zuleitungen zu den ^e^n^elnen Dampfzusatzventilen, m ist die Speisewasserpumpe. In Fig. 3 sind S die Saugventile, 0 die Überströmventile von der Brennkraftstufe zur Entspannungsstufe und D die Dampfzusatzventile.

In Fig. 4 ist ein Arbeitsdiagramm dargestellt. Hierin bedeutet:

1-2 Ansaugen der Brennkraftstufe, 2-2' Dampfzusatz,

2'"3 Verdichtung,

3-4 Gleichraumverbrennung,

4-5 Entspannung in der Brennkraftstufe,

5-6 Ausschub aus der Brennkraftstufe bei gleichbleibendem . Gegendruck,

6-7 Entspannung in der zweiten Stufe,

6"-i Rückentspannung in der Brennstufe.

85 Die Fläche 2~5'-6'-o stellt die auf den Hub

der Brennkraftstufe umgezeichnete Arbeitsfläche der Entspannungsstufe dar. In Fig. 5 ist ein über dem Nockenkreis der Brennkraftstufe aufgetragenes Steuerdiagramm _go dargestellt. In diesem bedeutet:

Th unterer Totpunkt der Brennkraftstufe,

To oberer Totpunkt der Brennkraftstufe,

D Dampfzusatzventil der Brennkraftstufe,

.S" Saugventil der Brennkraftstufe, Ü Überströmventil,

der Index 1 Ventil öffnet, der Index 2 Ventil schließt.

In Fig. 6 ist das Steuerdiagramm dargestellt für den Fall, daß die bei Aufschub mit gleichbleibendem Gegendruck in dem Verdichtungsraum der Brennkraftstufe verbleibenden Gase mittels besonderen Auslaßventiles in den Auspuff der zweiten Stufe entspannt werden. In diesem Steuerdiagramm bedeutet:

Tu unterer Totpunkt der Brennkraftstufe,

To oberer Totpunkt der Brennkraftstufe,

.V Saugventil der Brennkraftstufe, 11s

D Dampfzusatzventil der Brennkraftstufe,

K Entlastungsventil der Brennkraftstufe,

Ü Überströmventil, iao

der Index 1 Ventil öffnet, der Index 2 Ventil schließt.

Claims

In Fig. 7 ist das zugehörige Aribeitsdiagramm dargestellt. Hierin bedeutet:

1-2 Ansaugen des Gemisches,
2-2' Zusatzdampf,
2'-3 Verdichten,

3-4 Gleichraumverbrennung,
4-5 Entspannung in der Brennkraftstufe,

5-6 Ausschub aus der Brennkraftstufe bei gleichbleibendem Gegen

druck,

6-7 Entspannen in der nachgeschalteten Stufe,

6"-o Entlastung des Verdichtungsraumes der Brennkraftstufe.

Die Fläche o-2-s'-6'-6" stellt die auf den Hub der Brennkraftstufe umgezeichnete Arbeitsfläche der Entspannungsstufe dar.

PA TIiNTA N SPRÜCHE:

i. Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen, bei denen die bei der Zylinderkühlung und in den Abgasen anfallende Wärme zur Dampferzeugung benutzt und der aus einem an der Verbrennung nicht teilnehmenden Mittel, beispielsweise Wasser, erzeugte Dampf der Zylinderladung der Brennkraftmaschine zugesetzt und zusammen mit dieser entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf in überhitztem Zustand im Verdichtungshub, also nach Schluß des Saugventils, in den Arbeitszylinder einer ersten Stufe der Brennkraftmaschine eingeführt, mit der Ladung zusammen ver-. dichtet und nach der Verbrennung des Brenngasgemisches zusammen mit den Verbrennungsgasen unter Leistung äußerer Arbeit zweistufig bis auf Außendruck entspannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Stufe (Brennkraftstufe) teilentspannte Dampf -Verbrennungsgasgemisch mit Gegendruck von annähernd Höhe des Enddruckes des Arbeitshubes der Brennkraftstufe ausgeschoben und erst nach beendetem Ausschub und nach Eintritt in die -zweite Entspannungsstufe unter Arbeitsleistung entspannt wird.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch Anordnung eines besonderen, gesteuerten und in den Auspuff der zweiten Stufe öffnenden Auslaßventiles (R) am Arbeitsraum der ersten Stufe, das gegen Ende des Arbeitshubes der Brennkraftstufe nach beendetem Ausschub und Schließen des Überströmventiles (Ü) zwischen der Brennkraftstufe und der zweiten Entspannungsstufe geöffnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen