DE7721363U1

DE7721363U1 - Brennkraftmaschine mit einer vorrichtung zur reduzierung des abgasdrucks

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Publication number: DE7721363U1
Application number: DE19777721363U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1979-12-06
Also published as: IT1071240B; GB1522930A; FR2357734B1; DE2730769A1; FR2357734A1; DE2730769C3; DE2730769B2; JPS5311220A

Description

Durch die DD-PS 96 753 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, bei dem die Verbrennungsluft gänzlich oder teilweise ausserhalb des Arbeitsraumes verdichtet wird und bei dem die gesamte Energie für die Luftaufbereitung dem Abgas entnommen wird. Hierzu wird das Abgas von einer Abgasturbine und von einer durch die Abgaswärme im Dampfkessel hervorgerufenen Wasserdampf getriebenen Dampfturbine genutzt, die einen Verdichterblock antreibt, der die Verbrennungs-

Patentanwälte

DlPL.-lNG. H. 'wEICKMAN'N, DlFL.-pHYS. Dr. K. FlNoKE

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

8 MÜNCHEN 86, DEN «g « ,Q₇₃

Aktenzeichen: G 77 21 363.9 postfach sotmo ' ^Huy' ^wa

Anmelderin; FIAT Societä per _Αζΐοη^^ΟΗ^^{ΤΚΑ55Ε 22}· ^{RUFNUMMER 98392t/22} 10, Corso Marconi
Turin, Italien

Brennkraftmaschine, deren Austritt mit einer Abgastur-

bine verbunden ist. j

Die Neuerung betrifft eine Brennkraftmaschine, deren Aus- ' tritt mit dem Eintritt einer einen Kompressor antreibenden f

i-Abgasturbine verbunden ist, wobei der Austritt der Abgas- i

i turbine über einen flüssigkeitsgekuhlten Wärmetauscher zur j Abkühlung der Abgase mit dem Eintritt des Kompressors und | dessen Austritt mit der Atmosphäre verbunden ist.

Eine Brennkraftmaschine dieser Art ist durch die US-PS 28 98 731 bekannt. Dadurch, daß die Abgase der Brennkraftmaschine auf einen unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck expandieren, wird sowohl der Wärmewirkungsgrad als auch der volumetrische Wirkungsgrad, der bekanntlich von dem Druck abhängig ist, bis zu welchem die Abgase expandieren können, gegenüber herkömmlichen Brennkraftmaschinen entscheidend verbessert. !

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luft verdichtet, wodurch die Motorleistung erhöht und der Wirkungsgrad verbessertwerden.

Der Neuerung, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art so auszubilden* daß die in dem Wärmetauscher bei der Vorkühlung der Abgase anfallende Wärme einerseits nutzbringend verwendet wird und andererseits die Wirkung dieses Wärmetauschers verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher als ein Kocher für einen Niedrigtemperatur-Rankine-Zyklus ausgebildet ist.

Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß Brennkraftmaschinen, die mit den im Schutzanspruch 1 beschriebenen Merkmalen ausgestattet sind, eine Verbesserung ihres Wirkungsgrades erfahren, die einer Verringerung des spezifischen Brennstoffverbrauches von 7% bei Dieselmotoren und 8% bei Otto-Motoren entspricht. Im folgenden wird die Neuerung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Neuerung bzw. eine Diagramm des Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, deren Auspuffrohr 2 mit dem Eintritt einer Turbine 4 verbunden ist. Der Austritt dieser Turbine 4 ist über eine Leitung 5 mit einem Wärmetauscher 10 verbunden, durch den die Abgase der Turbine 4 hindurchgeleitet werden.

Der Wärmetauscher 10 arbeitet als Kocher für eine Flüssigkeit, beispielsweise für eine Mischung von Wasser und Trifluoräthanol, und ist Bestandteil einer Vorrichtung zur Durchführung eines Niedrigtemperatur-Rankine-Zyklus. Zu diesem Zweck ist der Austritt 50 des Wärmetauschers 10 mit

dem Eintritt einer Turbine 52 verbunden, deren Austritt mit dem Eintritt 56 des Wärmetauschers 10 über einen Kondensor 60 und eine Extraktionspumpe 62 verbunden ist. Auf der Welle der Turbine 62 ist eine Belastung 64 angebracht, die durch die Turbine 52 angetrieben wird.

Das flüssige Kühlmittel, das den Wärmetauscher 10 verläßt, kann in der Turbine 52 expandieren und wird im Kondensor 60 kondensiert. Dann wird es dem Wärmetauscher 10 über die j Pumpe 62 wieder zugeführt.

Eine Leitung 16 verbindet den Gasaustritt des Wärmetauschers 10 mit dem Eintritt eines Kompressors 20, der auf gemeinsamer Achse mit der Turbine 4 angeordnet ist und mit dieser eine Turbo-Kompressoreinheit bildet. Am Austritt des Kompressors 20 ist eine Leitung 22 vorgesehen, die die Abgase der Brennkraftmaschine in die Atmosphäre abgibt.

Im folgenden sei die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels unter Berücksichtigung von Fig. 2 näher erläutert. Fig. 2 zeigt graphisch die Folge von Expansion und Kompression der Abgase der Brennkraftmaschine. Auf der Abszisse ist das spezifische Volumen V der Abgase und auf der Ordinate der Druck ρ der Abgase aufgetragen.

Die Abgase treten in die Turbine 4 aus demAuspuffrohr 2 ' ein. Der Punkt 1 in Fig. 2 gibt die entsprechenden Werte für das spezifische Volumen und den Druck an. In der Turbine 4 expandieren die Abgase adiabatisch, so daß dann der Punkt 2 der in Fig. 2 gezeigten Kurve erreicht wird. j In dem Wärmetauscher 4 erfahren die Abgase eine theoretisch isobare Vorkühlung, in der Praxis fällt der Gasdruck jedoch leicht gemäß der Linie 2-3 ab, da ein Gasverlust auftritt. Die Gase werden schließlich im Kompressor 20 komprimiert, was der Linie 3-4 in Fig. 2 entspricht,

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I wobei sie einen Druck erreichen, der gleich dem Atmosphä-

I rendruck ist, so daß sie durch die Leitung 22 in die

;| Atmosphäre austreten können.

I Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist

I ferner ein System zur Wiedergewinnung von Schmieröl aus

I der Turbine 4 vorgesehen. Das Schmieröl wird der TurbOT

I Kompressoreinheit über eine Leitung 18 von einem zentra-

8 len Schmiersystem zugeführt, das auch zur Schmierung der

ji Brennkraftmaschine 1 dient. Dieses Öl kann durch die aus

■': der Turbine 4 austretenden Abgase mitgenommen werden und

dann mit diesen Gasen zirkulieren. Um einen solchen Öl- f. verlust aus der Turbine 4 zu vermeiden, ist eine Ölsam-

: ' melleitung 28 an einen Punkt 26 der Leitung 16 angeschlos-■ sen, an dem die Gase ihren minimalen Druck erreichen. Die

- Leitung 28 führt in eine Kammer 30, die als Behälter dient

■■ und auf einem niedrigen Druck gehalten wird, der gleich

dem in der Leitung 16 herrschenden Druck ist. Der Boden I dieser Kammer 30 ist wiederum über eine Leitung 32 mit

\i, dem Ölsumpf der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Eine Ölpumpe 34 ist in die Leitung 32 eingefügt und führt das öl '^: aus der Kammer 30 wieder der Brennkraftmaschine 1 zu. Eine

Leitung 19 für Schmieröl führt von dem Wellengehäuse der Turbo-Kompressoreinheit zu der Niederdrucksammeikammer Dies ermöglicht eine Wiedergewinnung von Schmieröl aus * . der Turbine. Das Öl wird aus der Sammelkammer 30 wiederum

dem Sumpf der Brennkraftmaschine 1 über die Pumpe 34 und ,' ' die Leitung 32 zugeführt.

Bei der vorangehend beschriebenen Brennkraftmaschine wird infolge der regelmäßigen Strömung der Abgase durch die i Turbine - verglichen mit der turbulenten Strömung freier

Abgase, das Auspuffgeräusch so stark reduziert, daß der Einsatz von Schalldämpfern in vielen Fällen überlüssig ist.

:. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beim Betrieb Fest-

Stoffteilchen gesammelt werden, die in einem Aerosol-Zustand in den Abgasen vorhanden sind. Dies ist auf die in dem Wärmetauscher 10 durchgeführte Vorkühlung zurückzuführen, die die Kondensation der Teilchen und ihre nachfolgende Zentrifugierung im Kompressor der Turbo-Kompres soreinheit bewirkt.

Claims

Schutzansprüche

1. Brennkraftmaschine, deren Austritt mit dem Eintritt einer einen Kompressor antreibenden Abgasturbine verbunden ist, wobei der Austritt der Abgasturbine über einen flüssigkeitsgekühlten Wärmetauscher zur Abkühlung der Abgase mit dem Eintritt des Kompressors und dessen Austritt mit der Atmosphäre verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) als ein Kocher für einen Niedrigtemperatur-Rankine-Zyklus ausgebildet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt (50) des Wärmetauschers (10) mit dem Eintritt einer Turbine (52) verbunden ist, deren Austritt über einen Kondensor (60) und eine Extraktionspumpe (6 2) mit dem Eintritt (56) des Wärmetauschers (10) verbunden ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung (16) zwischen dem Wärmetauscher (10) und dem Kompressor (20) an einer Stelle minimalen Gasdruckes ein Anschluß (26) für eine Ölsammelleitung (28) eingefügt ist, daß die ölsammelleitung (28) mit einer auf dem gleichen minimalen Gasdruck gehaltenen Kammer (30) verbunden ist und daß am Boden

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der Kammer (30) ein Austritt vorgesehen ist, der durch eine über eine ölpumpe (34) führende Leitung (32) mit dem Ölsumpf der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.