DEP0000597DA - Zusatzantrieb bei Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Bei Verbrennungskraftmaschinen, z.B. beim Ottomotor oder Dieselmotor, ist es bekanntlich nicht möglich, die gesamte, in dem Brennstoff enthaltene Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Ein wesentlicher Teil der Verbrennungsenergie geht vielmehr in den Auspuffgasen verloren, teils dadurch, dass die Auspuffgase eine hohe Temperatur, das heisst einen grossen thermischen Energieinhalt besitzen, teils dadurch, dass sich in den Auspuffgasen der Motoren nach diesem Prinzip noch ein nicht unbeträchtlicher Anteil an unvollkommen verbranntem Brennstoff befindet, da die in dem Zylinder erreichbaren Temperaturen zur vollkommenen Verbrennung nicht ausreichen. Es wurde schon früher vorgeschlagen, diese bei den bekannten Verbrennungskraftmaschinen verloren gehende Energie auszunutzen, bisher haben aber alle derartigen Versuche noch zu keinem brauchbaren Ergebnis geführt.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Ausnutzung der in den Auspuffgasen enthaltenen Energie dadurch erreicht, dass die Auspuffgase einer nochmaligen Verbrennung unterzogen werden und auf eine Verbrennungsturbine einwirken. Diese Verbrennungsturbinen sind in den letzten Jahren, insbesondere im Flugzeugbau, bekannt geworden. Sie haben aber keine grosse Lebensdauer und nicht die für Kraftfahrzeuge erforderliche Betriebssicherheit, um sie allgemein im Verkehrswesen anwenden zu können. Insbesondere arbeiten diese Turbinen bei verminderter Leistung nicht mehr sicher und wirtschaftlich. Wird dagegen eine vereinfachte Verbrennungsturbine mit einer nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeitenden Kraftmaschine kombiniert, so kommen diese Nachteile in Wegfall und es ist mit dieser Kombination möglich, den Brennstoff besser auszunützen, als mit einem Otto- oder Dieselmotor allein und doch die Betriebssicherheit und Anpassungsfähigkeit zu erreichen, die für das Verkehrswesen unerlässlich, mit einer Verbrennungsturbine allein jedoch nicht erreichbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Die Auspuffgase verlassen den Otto- oder Dieselmotor, im folgenden als primäre Kraftmaschine 1 bezeichnet, durch das Auspuffsammelrohr 2. Durch den aus Laufrädern 3 und Leitkränzen 4 bestehenden Vorverdichter werden die Auspuffgase abgesaugt und auf einen höheren Druck verdichtet. Die Zahl der erforderlichen Vorverdichterstufen richtet sich dabei nach der zu verdichtenden Gasmenge und dem erforderlichen Enddruck. Vor dem Vorverdichter wird den Auspuffgasen bei 5 Frischluft zugeführt, damit wieder ein Gemisch entsteht, das den für die zweite Verbrennung erforderlichen Sauerstoff enthält. Die im Vorverdichter verdichteten

Auspuffgase gelangen nunmehr durch Oeffnungen 6 in die Brennkammern 7, in denen das Gemisch durch Zündkerzen 8 zur Entzündung gebracht wird. Um die Zündung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, dem Gemisch von unvollkommen verbrannten Auspuffgasen und Sauerstoff nocht etwas frischen Brennstoff zuzuführen, was durch Einspritzen von Brennstoff durch die Düsen 9 geschehen kann. Die durch die Verbrennung in den Brennkammern 7 entstehenden Verbrennungsgase treten unter hohem Druck durch die Oeffnungen 10 aus den Brennkammern aus und treffen auf das Turbinenrad 11, das dadurch in Umdrehung versetzt wird. Ist die Verbrennung in den Brennkammern 7 einmal in Gang, so steigert sich die Temperatur soweit, dass es keiner Zündung durch Zündkerzen mehr bedarf, sondern fortlaufende Selbstzündung eintritt. Vorteilhaft werden die primäre Kraftmaschine 1 und die aus Vorverdichter, Brennkammern und Turbine bestehende sekundäre Kraftmaschine auf einer gemeinsamen Achse angebracht, es kann aber die Achse der sekundären Kraftmaschine auch in irgend einer geeigneten Weise mit der Achse der primären Maschine gekuppelt sein.

Durch die erfindungsgemässe Kombination wird nicht nur der Brennstoff besser ausgenützt als in der primären Maschine allein möglich wäre, es wird auch die Leistung der primären Maschine selbst erhöht, da durch den auf der Auspuffseite erzeugten Unterdruck die Zylinder der primären Maschine schneller und vollkommener von den Auspuffgasen entleert werden als dies ohne Druckminderung möglich ist.

Die Brennkammern 7 müssen so beschaffen sein, dass sich der hohe Explosionsdruck nicht nach der Seite des Vorverdichters auswirken kann. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Oeffnungen 6 einen kleineren Querschnitt aufweisen als die Oeffnungen 10, wobei das Verhältnis etwa 1 : 3 bis 1 : 4 sein kann, das die Oeffnungen 6 sich nach der Seite des Vorverdichters trichterförmig erweitern oder dass in den Brennkammern 7 vor den Oeffnungen 6 Schirme 12 angebracht sind.

Die Anwendung der erfindungsgemässen Kombination ermöglicht nicht nur eine bessere Ausnutzung des Brennstoffes. Bei gleicher Gesamtleistung kann vielmehr die primäre Kraftmaschine verkleinert werden, wobei an Gewicht mehr gespart wird als das Gewicht der sekundären Kraftmaschine ausmacht. Die sekundäre Kraftmaschine kann auch in fertige Fahrzeuge eingebaut werden, bzw. können neue Fahrzeuge mit nur geringen konstruktiven Aenderungen mit dem erfindungsgemässen Antrieb versehen werden. Vorteilhaft wird dabei die sekundäre Kraftmaschine hinter der primären in der Mitte des Fahrgestelles angebracht, das Gehäuse wird durch Querverstrebungen mit dem Rahmen verbunden und Vorverdichter und Turbinenrad sind starr mit der Kardanwelle verbunden. Getriebe und Kupplung befinden sich zwischen der sekundären Maschine und der Antriebsachse.

Eine Verbesserung der Leistung der sekundären Maschine lässt sich dadurch erzielen, dass in die Brennkammern 7 eine geringe Menge Wasser eingespritzt wird. Durch die Verdampfung im Innern der Brennkammern kommt es dabei einerseits zu Drucksteigerung, anderseits wird eine Kühlung des Turbinenrades erreicht.

Claims (8)

1) Zusatzantrieb bei Verbrennungsmotoren zur Ausnutzung der in den Auspuffgasen enthaltenen Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffgase eine Verbrennungsturbine antreiben.

2) Zusatzantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffgase nach Frischluftzusatz nochmals verbrannt werden.

3) Zusatzantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nochmalige Verbrennung der Auspuffgase durch einen Zusatz von frischem Brennstoff gefördert wird.

4) Zusatzantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffgase durch einen Vorverdichter auf höheren Druck gebracht werden.

5) Zusatzantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdichter an der Auspuffseite des primären Motors einen Unterdruck erzeugt.

6) Zusatzantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorverdichteten Auspuffgase nach Frischluftzusatz in Brennkammern zur Entzündung gebracht werden und die in den Brennkammern erzeugten hochgespannten Gase auf das Turbinenrad einwirken.

7) Zusatzantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Brennstoff in die Brennkammern eingespritzt wird.

8) Zusatzantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Auspuffgasen eine geringe Menge Wasser zugesetzt wird.