EP2462319A2 - Axialkolbenmotor, verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors sowie verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers eines axialkolbenmotors - Google Patents

Axialkolbenmotor, verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors sowie verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers eines axialkolbenmotors

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Publication number
EP2462319A2
EP2462319A2 EP10754665A EP10754665A EP2462319A2 EP 2462319 A2 EP2462319 A2 EP 2462319A2 EP 10754665 A EP10754665 A EP 10754665A EP 10754665 A EP10754665 A EP 10754665A EP 2462319 A2 EP2462319 A2 EP 2462319A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial piston
heat exchanger
heat
fuel
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10754665A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Voigt
Ulrich Rohs
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GETAS Gesellschaft fuer Themodynamische Antriebssysteme mbH
Original Assignee
GETAS Gesellschaft fuer Themodynamische Antriebssysteme mbH
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Filing date
Publication date
Application filed by GETAS Gesellschaft fuer Themodynamische Antriebssysteme mbH filed Critical GETAS Gesellschaft fuer Themodynamische Antriebssysteme mbH
Priority to EP16152946.6A priority Critical patent/EP3048244B1/de
Publication of EP2462319A2 publication Critical patent/EP2462319A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0005—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having two or more sets of cylinders or pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B75/26—Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/06—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air
    • F02M31/08—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air the gases being exhaust gases
    • F02M31/087—Heat-exchange arrangements between the air intake and exhaust gas passages, e.g. by means of contact between the passages
    • F02M31/093—Air intake passage surrounding the exhaust gas passage; Exhaust gas passage surrounding the air intake passage
    • Y—GENERAL 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
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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    • Y—GENERAL 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
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making

Definitions

  • the invention relates to an axial piston motor.
  • the invention likewise relates to a method for operating an axial piston motor and to a method for producing a heat exchanger of an axial piston motor.
  • Axial piston engines are well known in the art and are characterized as energy converting machines, which provide on the output side mechanical rotational energy with the aid of at least one piston, wherein the piston performs a linear oscillating motion, their orientation substantially coaxial with the axis of rotation of the rotational energy is aligned.
  • combustion medium can be multicomponent, for example made of a fuel and of air, wherein the components are fed together or separately to one or more combustion chambers.
  • fuel means any material that participates in the combustion or is carried along with the components participating in the combustion and flows through the axial piston engine
  • fuel in the present context describes any fuel which exothermally reacts via a chemical or other reaction, in particular via a redox reaction.
  • the fuel also may contain components, such as air, which provide materials for the reaction of the fuel ,
  • axial piston motors can also be operated under the principle of continuous internal combustion (ikV), according to which fuel, ie, for example Fuel and air, continuously fed to a combustion chamber or multiple combustion chambers.
  • fuel ie, for example Fuel and air
  • Axial piston motors can also work on the one hand with rotating pistons, and correspondingly rotating cylinders, which are successively guided past a combustion chamber.
  • axial piston motors can have stationary cylinders, the working medium then being distributed successively to the cylinders according to the desired load order.
  • EP 1 035 310 A2 disclosing an axial-piston engine in which the fuel supply and the exhaust gas discharge are heat-transferring with one another are coupled.
  • the axial piston engines disclosed in EP 1 035 310 A2 and WO 2009/062473 A2 moreover have a separation between working cylinders and the corresponding working pistons and compressor cylinders and the corresponding compressor pistons, the compressor cylinders being on the side of the axial piston motor facing away from the working cylinders are provided.
  • such axial piston motors can be assigned to a compressor and a working side.
  • the heat exchangers are arranged substantially axially, the term "axially" in the present context designating a direction parallel to the main axis of rotation of the axial piston motor or parallel to the axis of rotation of the rotational energy, which enables a particularly compact and thus energy-saving construction, which is especially true applies when only a heat exchanger, but especially when an insulated heat exchanger, as described and claimed below, is used.
  • the axial-piston engine has at least four pistons, it is advantageous if the exhaust gases of at least two adjacent pistons are directed into a respective heat exchanger. In this way, the paths between the piston and heat exchanger for the exhaust gases can be minimized, so that losses in the form of waste heat, which can not be recovered via the heat exchanger can be reduced to a minimum.
  • the axial piston engine comprises at least two pistons, wherein the exhaust gases of each piston are passed in each case a heat exchanger.
  • each piston it may - depending on the specific implementation of the present invention - be advantageous if each piston a heat exchanger is provided.
  • the heat exchanger can each be smaller, and thus structurally possibly simpler, be formed, whereby the axial piston motor builds overall more compact and thus burdened with lower losses.
  • a heat exchanger is provided, if necessary - the respective heat exchanger can be integrated into the gusset between two pistons, whereby the entire axial piston can be made correspondingly compact.
  • the object of the present invention is, cumulative or alternatively to the other features of the present invention, by an axial piston motor with a fuel supply and an exhaust gas discharge, which are coupled heat transferring, solved, which is characterized by at least one heat exchanger insulation. In this way it can be ensured that as much heat energy remains in the axial piston motor and is transmitted via the heat exchanger to the fuel again.
  • the heat exchanger insulation does not necessarily completely surround the heat exchanger, since possibly some waste heat can be used advantageously elsewhere in the axial piston motor. In particular, however, to the outside, the heat exchanger insulation should be provided.
  • the heat exchanger insulation is preferably designed such that it leaves a maximum temperature gradient of 400 ° C., in particular of at least 380 ° C., between the heat exchanger and the surroundings of the axial piston motor. In particular, with the progress of heat transfer, ie towards the compressor side, the temperature gradient can then be significantly reduced quickly.
  • the heat exchanger insulation can preferably be designed such that the outside temperature of the axial piston motor in the region of the heat exchanger insulation does not exceed 500 ° C. or 480 ° C. In this way, it is ensured that the amount of energy lost by heat radiation and heat conduction is reduced to a minimum, since the losses increase disproportionately at even higher temperatures or temperature gradients.
  • the heat exchanger insulation preferably comprises at least one component made of a material deviating from the heat exchanger.
  • This material can then be optimally designed for its task as insulation and comprise, for example, asbestos, asbestos substitute, water, waste gas or air, the heat exchanger insulation, in particular in order to minimize heat dissipation by material movement, should have a housing in fluidic insulation materials, while solid Insulation materials may be provided a housing for stabilization or protection.
  • the housing may in particular be formed from the same material as the jacket material of the heat exchanger.
  • the input listed object is also achieved by a method for producing a heat exchanger of an axial piston engine having a compressor stage comprising at least one cylinder, an expander stage comprising at least one cylinder and at least one combustion chamber between the compressor stage and the expander stage, wherein the heat-absorbing member the heat exchanger is arranged between the compressor stage and the combustion chamber and the heat-emitting part of the heat exchanger between the Expanderwear and an environment is arranged, wherein the heat exchanger comprises at least one the heat-emitting part of the heat-absorbing part of the heat exchanger delimiting wall of a tube for separating two streams and wherein the manufacturing method is characterized in that the tube is arranged in at least one of a material corresponding to the tube die and cohesively and / or positively connected with this template.
  • solder used or other means used for mounting or mounting the heat exchanger can be made of a different material, in particular, if it is not to areas with a high thermal stress or with a high requirement for tightness , It is also conceivable to use two or more materials with the same coefficient of thermal expansion, which can be countered in a similar manner, the occurrence of thermal stresses in the material.
  • a process for the production of a heat exchanger is further proposed, which is characterized in that the substance is done between the pipe and the die by welding or soldering.
  • the tightness of a heat transfer is ensured in a simple manner and particularly advantageous.
  • the adhesion between the tube and the die can alternatively or cumulatively be done by shrinking. This in turn has the advantage that thermal stresses between the tube and the die can be prevented by the use of a material different from the material of the tube or the die material, for example in a cohesive connection, is avoided. Also, the corresponding connection can then be provided quickly and reliably.
  • the object of the invention is also solved by an axial piston motor with at least one compressor cylinder, with at least one working cylinder and at least one pressure line through which compressed fuel from the compressor cylinder to the working cylinder, which is characterized by a Brennstoff Items, in which compacted medium can be cached.
  • the fuel stored in the fuel storage can be used, for example, for starting operations of the axial piston engine.
  • the fuel storage between the compressor cylinder and a heat exchanger is provided so that the fuel, in particular for combustion air, cold or even without the heat exchanger to have withdrawn energy stored in the fuel storage.
  • this has a positive effect on the energy balance of the axial piston engine.
  • a valve is arranged between the compressor cylinder and the combustion agent reservoir and / or between the combustion agent reservoir and the working cylinder. In this way, the risk of leakage can be minimized.
  • the combustion agent reservoir can be separated by means of a valve via a valve from the pressure line or from the assemblies which conduct fuel during normal operation. In this way, the fuel can be stored in the fuel storage unaffected by the other operating conditions of the axial piston motor.
  • a very advantageous embodiment provides for at least two such fuel storage, whereby different operating conditions of the axial piston motor can be regulated even more differentiated.
  • At least two combustion agent reservoirs are loaded with different pressures, operating states within the combustion chamber can be influenced particularly quickly, without, for example, delays due to a self-response behavior of control valves having to be taken into account.
  • the charging times for the memory can be minimized and, in particular, even at low pressures, fuel can already be stored, while at the same time there is still a reservoir which contains fuel under high pressure.
  • Particularly diverse and interlocking control options can accordingly be achieved if there is a pressure regulation which defines a first lower pressure limit and a first upper pressure limit for the first fuel storage and a second lower pressure limit and a second upper pressure limit for the second fuel storage Fuel tank is loaded with pressures, preferably the first upper pressure limit is below the second upper pressure limit and the first lower pressure limit is below the second lower pressure limit.
  • the fuel storage means used can be operated in different pressure intervals, whereby the energy provided by the axial piston motor in the form of fuel pressure can be used even more effectively.
  • the first upper pressure limit is less than or equal to the second lower pressure limit.
  • a particularly extensive pressure range can advantageously be provided.
  • the object of the present invention is also by an axial piston motor with at least one working cylinder, which consists of a continuously operating combustion chamber, the one Precombustion chamber and a main combustion chamber comprises, is fed and having an exhaust outlet, dissolved, wherein the axial piston motor by a Vorbrennhunttempera- turesensor for determining a temperature in the pre-combustion chamber is characterized.
  • Such a temperature sensor provides in a simple way a meaningful value with regard to the quality of the combustion or with regard to the running stability of the axial piston motor.
  • any sensor such as a resistance temperature sensor, a thermocouple, an infrared sensor or the like can be used.
  • the pre-combustion chamber temperature sensor is configured such that it determines the temperature of a flame in the pre-combustion chamber. This allows especially meaningful values.
  • the axial piston engine may in particular include a combustion chamber control, which includes the pre-combustion chamber temperature sensor as an input sensor and the combustion chamber controls such that the Vorhunttemperatur between 1000 0 C and 1500 0 C. In this way it can be ensured via a relatively simple and thus reliable and very fast control loop that the axial piston motor produces very little pollutant. In particular, the risk of soot can be reduced to a minimum.
  • an exhaust gas temperature sensor for determining the exhaust gas temperature
  • the operating state of a continuously operating combustion chamber can also be checked and regulated in a technically simple manner.
  • Such a control ensures, in particular in a simple manner, sufficient and complete combustion of fuel, so that the axial-piston engine has optimum efficiency with minimal emissions of pollutants.
  • the combustion chamber is controlled such that the exhaust gas temperature in an operating state, preferably at idle, between 850 0 C and 1200 0 C.
  • the latter can be done, for example, by the appropriate application of water and / or suitable preheating of the fuel, in particular of air, by, for example, controlling the water temperature. or the amount of preheated in a heat exchanger or not preheated air according to the aforementioned requirement is controlled.
  • an axial piston motor with a compressor stage comprising at least one cylinder, with an expander stage comprising at least one cylinder and at least one heat exchanger, wherein the heat-absorbing part heat exchanger between the compressor stage and the combustion chamber is arranged and the heat emitting part of the heat exchanger between the Expanderwear and an environment is arranged and wherein the axial piston motor is characterized in that the heat-absorbing and / or the heat-emitting part of the heat exchanger downstream and / or upstream means for discharging at least one fluid.
  • the task of a fluid in the fuel stream can contribute to an increase in the transmission capacity of the heat exchanger, for example by the task of a suitable fluid, the specific heat capacity of the fuel stream of the specific heat capacity see the exhaust gas flow are adjusted or on the specific heat capacity of the Exhaust stream can be lifted out.
  • the heat transfer from the exhaust gas flow to the fuel flow for example, which is advantageously influenced thereby, contributes to the fact that a higher amount of heat can be coupled into the fuel flow and thus into the cyclic process with a constant size of the heat exchanger, thereby increasing the thermodynamic efficiency.
  • a fluid can also be added to the exhaust gas flow.
  • the discontinued fluid can hereby be a required auxiliary for a downstream exhaust aftertreatment, which can be ideally mixed with the exhaust gas flow by a turbulent flow formed in the heat exchanger, so that a downstream exhaust aftertreatment system can be operated with maximum efficiency.
  • downstream refers to that side of the heat exchanger from which the respective fluid emerges, or that part of the exhaust line or the fuel-carrying piping, into which the fluid enters after leaving the heat exchanger.
  • upstream is the side of the heat exchanger into which the respective fluid enters or designates that part of the exhaust line or the fuel-carrying piping from which the fluid enters the heat exchanger It does not matter whether the task of the fluid takes place directly in the closer spatial environment of the heat exchanger or whether the task of the fluid takes place spatially further apart.
  • a water separator be arranged in the heat-emitting part of the heat exchanger or downstream of the heat-emitting part of the heat exchanger. Due to the existing at the heat exchanger temperature sink steam water could condense out and damage the subsequent exhaust gas line by corrosion. Damage to the exhaust line can be advantageously reduced by this measure.
  • the efficiency-increasing heat transfer from an exhaust gas stream directed into an environment to a fuel stream can be improved by increasing the specific heat capacity of the fuel stream through the introduction of a fluid and thus also increasing the heat flow to the fuel stream.
  • the feedback of an energy flow in the cycle of the axial piston motor can in this case, with suitable process control again an increase in efficiency, in particular an increase of the thermodynamic effect straight, cause.
  • the axial piston motor is advantageously operated in such a way that water and / or fuel are given up.
  • This method causes, in turn, the efficiency, in particular the efficiency of the combustion process, can be increased by ideal mixing in the heat exchanger and in front of the combustion chamber.
  • the exhaust gas flow if this is expedient, for example, for exhaust gas aftertreatment, be given up fuel, so that the exhaust gas temperature in the heat exchanger or after the heat exchanger can be further increased. Possibly. This can also be followed by an afterburning, which aftertreates the exhaust gas in an advantageous manner and minimizes pollutants.
  • a heat released in the heat-emitting part of the heat exchanger could thus also be used indirectly for further heating of the combustion medium flow, so that the efficiency of the axial-piston engine is hardly negatively influenced as a result.
  • the fluid may be added downstream and / or upstream of the heat exchanger.
  • the object of the present invention is cumulative or alternatively to the above-mentioned features of an axial piston motor with at least one compressor cylinder, with at least one working cylinder and with at least one pressure line through which compressed fuel is passed from the compressor cylinder to the working cylinder the axial piston motor is characterized in that water or water vapor is fed to the compressor cylinder during a suction stroke of a compressor piston arranged in the compressor cylinder.
  • the compression enthalpy changed by the water can be introduced uncritically into the combustion medium without the energy balance of the entire axial piston engine being adversely affected by the water application.
  • this makes it possible to approximate the compaction process to an isothermal compaction, as a result of which the energy balance during compaction can be optimized.
  • the water content can additionally be used for temperature regulation in the combustion chamber and / or for reducing pollutants via chemical or catalytic reactions of the water.
  • the task of water can, depending on the specific implementation of the present invention, be carried out for example by a metering pump.
  • a recoil valve can be dispensed with a metering pump, since then the compressor piston can suck in its suction stroke and water through the recoil valve, which then closes during compression.
  • valve for example a solenoid valve, is provided in order to prevent leaks during a motor stall.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a first axial piston motor
  • Figure 2 is a schematic plan view of the axial piston engine of Fig. 1;
  • Figure 3 is a schematic plan view of a second axial piston motor in similar
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a third axial piston motor in a similar representation as Fig. 1;
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a heat exchanger
  • Figure 6 is a schematic sectional view of another axial piston motor with a pre-burner temperature sensor and two exhaust gas temperature sensors; and
  • Figure 7 is a schematic representation of a flange for a heat exchanger with a die arranged therein for receiving tubes of a heat exchanger.
  • the axial piston motor 201 shown in FIGS. 1 and 2 has a continuously operating combustion chamber 210, from which successive working medium is supplied via working channels 215 (exemplarily numbered) to working cylinders 220 (numbered as an example).
  • working cylinders 220 each working piston 230 (exemplified figured) is arranged, which is realized via a rectilinear connecting rod 235 on the one hand with an output, which in this embodiment as a curved track 240 carrying, arranged on an output shaft 241 spacer 242, and on the other hand with a Compressor piston 250 are connected, which in each case in the manner explained in more detail below in the compressor cylinder 260 runs.
  • the working medium After the working medium has done its work in the working cylinder 220 and has loaded the working piston 230 accordingly, the working medium is expelled from the working cylinder 220 via exhaust ducts 225.
  • temperature sensors are provided which measure the temperature of the exhaust gas.
  • the exhaust channels 225 each open into heat exchanger 270 and then leave the axial piston motor 201 at corresponding outlets 227 in a conventional manner.
  • the outlets 227 can in turn be connected to an annular channel, not shown, so that the exhaust gas ultimately leaves the motor 201 only at one or two points.
  • the heat exchanger 270 may optionally be dispensed with a muffler, since the heat exchanger 270 itself already have a sound-absorbing effect.
  • the heat exchangers 270 are used to preheat the fuel, which is compressed in the compressor cylinders 260 by the compressor piston 250 and passed through a pressure line 255 to the combustion chamber 210.
  • the compression takes place in a manner known per se, by intake air via supply lines 257 (exemplified numbered) sucked by the compressor piston 250 and compressed in the compressor cylinders 260.
  • supply lines 257 (exemplified numbered) sucked by the compressor piston 250 and compressed in the compressor cylinders 260.
  • known and readily usable valve systems are used.
  • the axial piston motor 201 has two heat exchangers 270, which are each arranged axially with respect to the axial piston motor 201.
  • the paths which the exhaust gas has to pass through the exhaust ducts 225 through to the heat exchangers 270 can be considerably reduced in comparison with axial piston motors of the prior art. This has the consequence that ultimately the exhaust gas reaches the respective heat exchanger 270 at a substantially higher temperature, so that ultimately the fuel can also be preheated to suitably higher temperatures.
  • at least 20% fuel can be saved by such a configuration. It is assumed that optimized design even allows savings of up to 30% or more.
  • the heat exchangers 270 are insulated with asbestos replacement heat insulation, not shown here. This ensures that in this embodiment play the outside temperature of the axial piston motor in the heat exchanger 270 in almost all operating conditions 450 0 C does not exceed. Exceptions are only overload situations, which only occur for a short time anyway.
  • the thermal insulation is designed to make at the point of the heat exchangerrichesten a temperature gradient of 350 0 C to warranty.
  • the efficiency of the axial piston motor 201 can be increased by further measures.
  • the fuel can be used, for example, in a conventional manner for cooling or thermal insulation of the combustion chamber 210, whereby it can be further increased in its temperature before it enters the combustion chamber 210.
  • the corresponding temperature control on the one hand can be limited only to components of the fuel, as is the case in the present embodiment with respect to combustion air. It is also conceivable to give off water to the combustion air before or during the compression, but this is also possible without further ado, for example in the pressure line 255.
  • the task of water in the compressor cylinder 260 during a suction stroke of the corresponding compressor piston 250 which causes an isothermal compression or a isothermal compression as close as possible compression occurs.
  • a duty cycle of the compressor piston 250 includes a suction stroke and a compression stroke, wherein during the suction stroke, fuel enters the compressor cylinder 260, which is then compressed during the compression stroke, ie, compressed, and delivered to the pressure line 255.
  • the axial piston motor 301 shown in FIG. 3 corresponds in its construction and in its mode of operation essentially to the axial piston motor 201 according to FIGS. 1 and 2 For this reason, a detailed description is dispensed with, wherein in Figure 3 similarly acting assemblies are also provided with similar reference numerals and differ only in the first digit.
  • the axial piston motor 301 also has a central combustion chamber 310, from which working fluid in the working cylinder 320 can be guided in accordance with the sequence of operation of the axial piston motor 301 via shot channels 315 (numbered as an example).
  • the working medium is, after it has done its work, supplied via exhaust ducts 325 each heat exchangers 370.
  • the axial piston motor 301 in deviation from the axial piston motor 201 depending on a heat exchanger 370 for exactly two working cylinder 320, whereby the length of the channels 325 can be reduced to a minimum.
  • the heat exchangers 370 are partially recessed in the housing body 305 of the axial piston motor 301, resulting in an even more compact construction than the construction of the axial piston motor 201 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the extent to which the heat exchangers 370 can be let into the housing body 305 is limited by the possibility of arranging further assemblies, such as water cooling for the working cylinders 220.
  • the axial piston motor 401 shown in FIG. 4 also essentially corresponds to the axial piston motors 201 and 301 according to FIGS. 1 to 3.
  • identical or similar components are similarly numbered and differ only in the first position.
  • a detailed explanation of the mode of operation is accordingly also omitted in this embodiment, since this has already been done with respect to the axial piston motor 201 according to Figures 1 and 2.
  • the axial piston motor 401 likewise comprises a housing body 405, on which a continuously operating combustion chamber 410, six working cylinders 420 and six compressor cylinders 460 are provided.
  • the combustion chamber 410 is connected via each shot channels 415 with the working cylinders 420, so that the latter can be supplied to the working cylinders 420 according to the timing of the axial piston motor 401 working medium.
  • the working medium leaves the working cylinders 420 through exhaust ducts 425 which lead to heat exchangers 470, these heat exchangers 470 being identical to the heat exchangers 270 of the axial piston motor 201 according to FIGS. 1 and 2 (see in particular FIG. 2).
  • the working medium leaves the heat exchanger 470 through outlets 427 (numbered as an example).
  • working piston 430 and compressor piston 450 are arranged, which are connected via a rigid connecting rod 435 with each other.
  • the connecting rod 435 comprises, in a manner known per se, a cam track 440 which is provided on a spacer 424 which ultimately drives an output shaft 441.
  • combustion air is drawn in via feed lines 457 and compressed in the compressor cylinders 460 to be fed via pressure lines 455 of the combustion chamber 410, wherein the measures mentioned in the aforementioned embodiments may also be provided depending on the specific implementation.
  • the pressure lines 455 are connected to one another via an annular channel 456, as a result of which a uniform pressure in all pressure lines 455 can be ensured in a manner known per se.
  • Valves 485 are respectively provided between the annular channel 456 and the pressure lines 455, as a result of which the inflow of fuel through the pressure lines 455 can be regulated or adjusted.
  • a combustion medium reservoir 480 is connected to the annular channel 456 via a storage line 481, in which also a valve 482 is arranged.
  • the valves 482 and 485 can be opened or closed depending on the operating state of the axial piston motor 401. For example, it is conceivable to close one of the valves 485 when the axial piston motor 401 requires less fuel. Likewise, it is conceivable to partially close all valves 485 in such operating situations and to let them act as a throttle. The excess of fuel can then be supplied to the fuel storage 480 with the valve 482 open. The latter is also possible in particular when the axial piston motor 401 is running in overrun mode, ie, no fuel is needed at all, but is driven by the output shaft 44. The person involved in such a operating situation occurring movement of the compressor piston 450 conditional excess of fuel can then also be stored easily in the fuel storage 480.
  • the combustion medium stored in this way can be supplied to the axial piston motor 401 as needed, in particular during start-up or acceleration situations and for starting, so that an excess of fuel is provided without additional or faster movements of the compressor piston 450.
  • the annular channel 456 can be dispensed with, with the outlets of the compressor cylinders 460 corresponding to the number of pressure lines 455 then being combined, if necessary via an annular channel section.
  • Such a configuration requires that not all compressor piston 450 can fill the fuel storage 480 in the overrun mode.
  • sufficient combustion agent is then available for the combustion chamber 410 without further control or control measures, so that combustion can be maintained.
  • the combustion medium reservoir 480 is filled via the remaining compressor pistons 450, so that correspondingly stored fuel is available and, in particular, directly available for starting or starting or acceleration phases.
  • the axial piston motor 401 can be equipped with two combustion agent reservoirs 480 in another embodiment not explicitly shown here, wherein the two combustion agent reservoirs 480 can then be loaded with different pressures, so that with the two combustion agent reservoirs 480 in real time always can be used with different pressure intervals.
  • a pressure control is provided, which for the first fuel storage 480, a first lower pressure limit and a first upper pressure limit and for the second fuel storage (not shown here) a second pressure lower limit and a second upper pressure limit within which a Brennstofftechnisch 480 is loaded with each of the pressures, wherein the first pressure upper limit below the second pressure upper limit and the first pressure lower limit is below the second pressure lower limit.
  • the first upper pressure limit can be set smaller than or equal to the second pressure limit.
  • the heat exchanger 870 shown in Figure 5 can be used as a heat exchanger 270, 370 and 470.
  • This heat exchanger 870 has a plurality of tubes 872 arranged axially in an exhaust gas space 871 (numbered as an example), which are connected in a gas-tight manner to the exhaust gas space 871 with an inlet air space 873 and an exhaust air space 874. Via openings 875, the heat exchanger 870 can be introduced into the pressure lines 255, 455 of the aforementioned axial piston motors 201, 301, 401, so that compressed fuel can flow through the heat exchanger 870 through the tubes 872.
  • the exhaust gas chamber 871 has an exhaust gas inlet 876 and an exhaust gas outlet 877, wherein an intimate contact of the exhaust gas with the tubes 872 is conveyed via deflecting plates 878, which are arranged offset in the exhaust gas chamber and connected to a part of the tubes 872. Since the deflecting plates 878 are also appropriately temperature-controlled by the exhaust gas, the deflecting plates 878 also lead to a corresponding coupling of thermal energy into the tubes 872.
  • the exhaust gas inlet 876 is in each case connected to the exhaust gas passages 225, 325, 425 of the axial piston motors 201, 301, 401, while the exhaust gas outlet 877 represents the outlets 227, 427 of the axial piston motors 201, 301, 401. It is understood that the exhaust outlet 877 may be connected in various designs with an exhaust or other, already known per se assemblies. In addition, it is understood that depending on the specific embodiment, the axial piston motors 201, 301, 401 may also be provided with other heat exchangers.
  • the heat exchangers 870 in particular also the axial piston motors 301 and 401, even if the heat exchangers should build differently than the heat exchangers 870, can be correspondingly insulated, as described with reference to the axial piston motor 201.
  • Temperature sensors for measuring the temperature of the exhaust gas or in the combustion chamber are not shown in FIGS. 1 to 5. As such temperature sensors are all Temperature sensors in question, the reliable temperatures between 800 ° C and 1,100 0 C can measure.
  • the combustion chamber comprises a pre-combustion chamber and a main combustion chamber
  • the temperature of the pre-combustion chamber can also be measured via such temperature sensors.
  • the above-described Axialkolben- motors 201, 301 and 401 are respectively controlled by the temperature sensors such that the exhaust gas temperature leaving the working cylinder 220, 320, 420 about 900 0 C and - if any - the temperature in the pre-combustion chamber about 1,000 ° C is.
  • such temperature sensors are present in the form of an antechamber temperature sensor 592 and two exhaust gas temperature sensors 593 and are shown correspondingly schematically.
  • the antechamber temperature sensor 592 which in this embodiment can also be referred to as pre-burner temperature sensor 592 due to its proximity to a pre-burner 517 of the further axial-piston engine 501, becomes a meaningful value on the quality of the combustion or on the running stability of the further axial piston motor 501 determined.
  • a flame temperature in the preburner 517 can be measured in order to be able to regulate different operating states on the further axial piston motor 501 by means of a combustion chamber control.
  • the operating state of the combustion chamber 510 can be cumulatively checked and, if necessary, regulated, so that optimal combustion of the combustion medium is always guaranteed.
  • the construction and the operation of the other axial piston motor 501 correspond to those of the above-described axial piston motors.
  • the further axial piston motor 501 has a housing body 505, on which a continuously operating combustion chamber 510, six working cylinders 520 and six compressor cylinders 560 are provided.
  • the further axial piston motor 501 operates with a two-stage combustion, for which purpose the combustion chamber 510 has the above-mentioned pre-burner 517 and a main burner 518.
  • the pre-burner 517 and in the Main burner 518 fuel can be injected, in particular in the preburner 517 also a proportion of combustion air of the axial piston motor 501 can be introduced, which may be smaller than 15% of the total combustion air, especially in this embodiment.
  • the pre-burner 517 has a smaller diameter than the main burner 518, wherein the combustion chamber 510 has a transition region comprising a conical chamber 513 and a cylindrical chamber 514.
  • a main nozzle 511 and on the other hand a treatment nozzle 512.
  • the main nozzle 511 and the treatment nozzle 512 can fuel or fuel in the Be combusted combustion chamber 510, in this embodiment example, the injected by means of the treatment nozzle 512 combustion means are already mixed with combustion air or are.
  • the main nozzle 51 1 is aligned substantially parallel to a main combustion direction 502 of the combustion chamber 510.
  • the main nozzle 511 is aligned coaxially with an axis of symmetry 503 of the combustion chamber 510, wherein the axis of symmetry 503 is parallel to the main focal direction 502.
  • the conditioning nozzle 512 is further disposed at an angle to the main nozzle 511 (not explicitly shown here for clarity) such that a jet 516 of the main nozzle 511 and a jet 519 of the dressing nozzle 512 are at a common point of intersection within the conical chamber 513 cut.
  • the fuel in the main burner 518 already preheated and ideally can be thermally decomposed.
  • the quantity of combustion air corresponding to the quantity of fuel flowing through the main nozzle 511 is introduced into a combustion chamber 526 behind the pilot burner 517 or the main burner 518, for which purpose a separate combustion air supply 504 is provided, which opens into the combustion chamber 526.
  • the separate combustion air supply 504 is for this purpose connected to a process air supply 521, wherein from the separate combustion air supply 504, a further combustion air supply 522 can be supplied with combustion air, which in this case supplies a hole ring 523 with combustion air.
  • the hole ring 523 is assigned to the treatment nozzle 512 in this case.
  • the fuel injected with the treatment nozzle 512 can additionally be injected with process air into the pre-burner 517 or into the conical chamber 513 of the main burner 518.
  • the combustion chamber 510 in particular the combustion chamber 526, comprises a ceramic assembly 506, which is advantageously air-cooled.
  • the ceramic assembly 506 in this case comprises a ceramic combustion chamber wall 507, which in turn is surrounded by a profiled tube 508.
  • a cooling air chamber 509 To this profiled tube 508 extends a cooling air chamber 509, which is connected via a cooling air chamber 524 to the process air supply 521.
  • the known working cylinders 520 carry corresponding working pistons 530, which are each mechanically connected by means of connecting rods 535 with compressor pistons 550.
  • the connecting rods 535 in this embodiment comprise spindles 536 which run along a cam track 540 while the working pistons 530 and the compressor pistons 550 are moved.
  • an output shaft 541 is set in rotation, which is connected to the cam track 540 by means of a drive cam carrier 537.
  • compression of the process air takes place by means of the compressor pistons 550, if appropriate also including an injected water, which can optionally be used for additional cooling. If the task of water or steam during a suction stroke of the corresponding compressor piston 550, especially an isothermal compression of the fuel can be favored. An associated with the suction stroke water task can ensure a particularly uniform distribution of water within the fuel in an operationally simple manner. As a result, if appropriate, exhaust gases in one or more heat exchangers, not shown here (see FIG.
  • the exhaust gases may be supplied to the heat exchanger (s) via the aforementioned exhaust passages 525, the heat exchangers being arranged axially with respect to the further axial piston motor 501.
  • process air can be further preheated or heated by contact with further assemblies of the axial-piston engine 501, which must be cooled, as also already explained.
  • the compressed and heated in this way process air is then abandoned the combustion chamber 510 in the manner already explained, whereby the efficiency of the further axial piston motor 501 can be further increased.
  • Each of the power cylinder 520 of the axial piston motor 501 is connected via a firing channel 515 to the combustion chamber 510, so that a ignited fuel mixture or fuel-air mixture out of the combustion chamber 510 via the firing channels 515 enter the respective working cylinder 520 and as a working medium to the working piston 530 can perform work.
  • the working medium flowing out of the combustion chamber 510 can be supplied to at least two working cylinders 520 in succession, with a firing channel 515 being provided for each working cylinder 520, which can be closed and opened via a control piston 531.
  • the number of control pistons 531 of the further axial piston motor 501 is predetermined by the number of working cylinders 520.
  • the control piston 531 is driven by means of a control piston curve path 533, a spacer 534 being provided for the control piston curve path 533 to the drive shaft 541, which in particular also has a spacer thermal decoupling is used.
  • the control piston 531 can perform a substantially axially directed stroke movement 543.
  • Each of the control piston 531 is for this purpose by means of not further quantified sliding blocks, which in the Steuerkolbenkur- venbahn 533 are guided, guided, wherein the sliding blocks each have a safety cam that runs in a not further figured guide back and forth and prevents rotation in the control piston 531.
  • control piston 531 comes into contact with the hot working medium from the combustion chamber 510 in the region of the firing channel 515, it is advantageous if the control piston 531 is water-cooled.
  • the further axial piston motor 501 in particular in the region of the control piston 531, a water cooling 538, wherein the water cooling 538 inner cooling channels 545, middle cooling channels 546 and outer cooling channels 547 includes. So well cooled, the control piston 531 can be reliably moved in a corresponding control piston cylinder.
  • the shot channels 515 and the control pistons 531 can be provided structurally particularly simply if the further axial piston motor 501 has a firing channel ring 539.
  • the firing channel ring 539 in this case has a central axis about which concentric around the parts of the working cylinder 520 and the control piston cylinder are arranged.
  • a firing channel 515 is provided, wherein each firing channel 515 is spatially connected to a recess (not numbered here) of a combustion chamber bottom 548 of the combustion chamber 510.
  • the working medium can pass out of the combustion chamber 510 via the firing channels 515 into the working cylinder 520 and perform work there, by means of which the compressor pistons 550 can also be moved.
  • coatings and inserts may be provided to protect in particular the firing channel ring 539 or its material from direct contact with corrosive combustion products or at excessively high temperatures.
  • the further axial piston motor 501 can also be equipped, for example, with at least one combustion agent reservoir and corresponding valves, although this is not explicitly shown in the specific exemplary embodiment according to FIG.
  • the combustion agent reservoir can be provided in duplicate in order to produce compressed combustion media with different pressures to save.
  • the two existing combustion agent reservoirs may in this case be connected to corresponding pressure lines of the combustion chamber 510, wherein the combustion fluid reservoirs are fluidically connectable or separable via valves to the pressure lines.
  • shut-off valves or throttle valves or regulating or control valves can be provided between the working cylinders 520 or compressor cylinders 560 and the fuel storage.
  • the aforementioned valves can be opened or closed correspondingly in start-up or acceleration situations and for starting, whereby the combustion chamber 510, at least for a limited period, a fuel surplus can be provided.
  • the Brennstofftechnisches are fluidically preferably interposed between one of the compressor cylinder and one of the heat exchanger.
  • the two combustion agent reservoirs are ideally operated at different pressures in order to be able to use the energy provided by the further axial piston motor 501 in the form of pressure very well.
  • the envisaged pressure upper limit and lower pressure limit can be set on the first fuel accumulator by means of a corresponding pressure control below the upper pressure limits and lower pressure limits of the second fuel accumulator. It is understood that this can be done at the Brennstofftechnischn with different pressure intervals.
  • FIG. 7 shows a heat exchanger head plate 3020 which is suitable for use for a heat exchanger for an axial-piston engine, in particular for a heat exchanger according to FIG. 5.
  • the heat exchanger head plate 3020 includes for mounting and connection to an exhaust manifold of an axial piston motor a flange 3021 with corresponding arranged in a bolt hole bores 3022 in the radially outer region of the heat exchanger head plate 3020.
  • the die 3023 which numerous as Pipe seats 3024 running holes for receiving pipes, such as the tube 872 of Figure 7, has.
  • the entire heat exchanger head plate 3020 is preferably made of the same material from which the tubes or tubes 872 are formed in order to ensure that the thermal expansion coefficient in the entire heat exchanger is as homogeneous as possible and thus thermal thermal stresses are minimized in the heat exchanger.
  • the jacket of the heat exchanger can also be made from a material corresponding to the heat exchanger head plate 3020 or the tubes become.
  • the tube seats 3024 may, for example, be made with a fit, so that the tubes mounted in these tube seats 3024 are press fit.
  • the tube seats 3024 may be made to realize a clearance fit or transition fit.
  • an assembly of the tubes in the tube seats 3024 by a cohesive instead of a frictional connection can be made.
  • the material bond is preferably accomplished by welding or soldering, wherein a material corresponding to the heat exchanger head plate 3020 or the tubes is used as solder or welding material. This also has the advantage that thermal stresses in the tube seats 3024 can be minimized by homogeneous thermal expansion coefficients.

Abstract

Um den Wirkungsgrad eines Axialkolbenmotors mit einer Brennmittelzufuhr und einer Abgasabfuhr, die wärmeübertragend miteinander gekoppelt sind, zu verbessern wird ein Axialkolbenmotor mit wenigstens zwei Wärmeübertragern vorgeschlagen.

Description

Axialkolbenmotor, Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors sowie Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers eines Axialkolbenmotors
[01] Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenmotor. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers eines Axialkolbenmotors.
[02] Axialkolbenmotoren sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und kennzeichnen sich als energiewandelnde Maschinen, welche ausgangsseitig mechanische Rotationsenergie unter Zuhilfenahme wenigstens eines Kolbens bereitstellen, wobei der Kolben eine lineare Schwingbewegung durchführt, deren Ausrichtung im Wesentlichen koaxial zu der Drehach- se der Rotationsenergie ausgerichtet ist.
[03] Neben Axialkolbenmotoren, die beispielsweise nur mit Druckluft betrieben werden, sind auch Axialkolbenmotoren bekannt, denen Brennmittel zugeführt wird. Dieses Brennmittel kann mehrkomponentig, beispielsweise aus einem Kraftstoff und aus Luft, ausgebildet sein, wobei die Komponenten gemeinsam oder getrennt einer oder mehreren Brennkammern zuge- führt werden.
[04] In vorliegendem Fall bezeichnet somit der Begriff „Brennmittel" jegliches Material, welches an der Verbrennung teilnimmt oder mit den an der Verbrennung teilnehmenden Komponenten mitgeführt wird und den Axialkolbenmotor durchströmt. Das Brennmittel umfasst dann zumindest Brenn- bzw. Kraftstoff, wobei der Begriff„Kraftstoff in vorliegendem Zu- sammenhang Brennstoff also jegliches Material beschreibt, welches über eine chemische oder sonstige Reaktion, insbesondere über eine Redoxreaktion, exotherm reagiert. Das Brennmittel kann darüber hinaus noch Komponenten, wie beispielsweise Luft aufweisen, die Materialien für die Reaktion des Kraftstoffs bereitstellen.
[05] . Insbesondere können Axialkolbenmotoren auch unter dem Prinzip der inneren kontinu- ierlichen Verbrennung (ikV) betrieben werden, nach welchem Brennmittel, also beispielsweise Kraftstoff und Luft, kontinuierlich einer Brennkammer oder mehreren Brennkammern zugeführt werden.
[06] Axialkolbenmotoren können darüber hinaus einerseits mit rotierenden Kolben, und entsprechend rotierenden Zylindern, arbeiten, die sukzessive an einer Brennkammer vorbeigeführt werden.
[07] Andererseits können Axialkolbenmotoren stationäre Zylinder aufweisen, wobei das Arbeitsmedium dann sukzessive auf die Zylinder entsprechend der gewünschten Belastungsreihenfolge verteilt wird.
[08] Beispielsweise sind derartige stationäre Zylinder aufweisende ikV-Axialkolbenmotoren aus der EP 1 035 310 A2 und der WO 2009/062473 A2 bekannt, wobei in der EP 1 035 310 A2 ein Axialkolbenmotor offenbart ist, bei welchem die Brennmittelzufuhr und die Abgasabfuhr wärmeübertragend miteinander gekoppelt sind.
[09] Die in der EP 1 035 310 A2 und der WO 2009/062473 A2 offenbarten Axialkolbenmotoren weisen darüber hinaus eine Trennung zwischen Arbeitszylindern und den entsprechenden Arbeitskolben und Verdichterzylindern und den entsprechenden Verdichterkolben auf, wobei die Verdichterzylinder auf der den Arbeitszylindern abgewandten Seite des Axialkolbenmotors vorgesehen sind. Insofern kann derartigen Axialkolbenmotoren eine Verdichter- und eine Arbeitsseite zugeordnet werden.
[10] Es versteht sich, dass die Begriffe„Arbeitszylinder",„Arbeitskolben" und„Arbeitssei- te" synonym verwendet werden zu den Begriffen„Expansionszylinder",„Expansionskolben" und„Expansionsseite" bzw.„Expanderzylinder",„Expanderkolben" und„Expanderseite" sowie zu den Begriffen„Expansionsstufe" bzw.„Expanderstufe", wobei eine„Expanderstufe" bzw. „Expansionsstufe" die Gesamtheit aller hierin befindlicher „Expansionszylinder" bzw. „Expanderzylinder" bezeichnet. [11] Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, den Wirkungsgrad eines Axialkolbenmotors zu verbessern. [12] Diese Aufgabe wird durch einen Axialkolbenmotor mit einer Brennmittelzufuhr und einer Abgasabfuhr, die wärmeübertagend miteinander gekoppelt sind, gelöst, welcher sich durch wenigstens zwei Wärmeübertrager auszeichnet.
[13] Obgleich durch zwei Wärmeübertrager zunächst ein größerer Aufwand und komplexere Strömungsverhältnisse bedingt sind, ermöglicht der Einsatz zweier Wärmeübertrager wesentlich kürzere Wege zu dem Wärmeübertrager sowie eine energetisch günstigere Anordnung derselben. Hierdurch lässt sich der Wirkungsgrad des Axialkolbenmotors überraschenderweise erheblich erhöhen.
[14] Dieses gilt insbesondere für Axialkolbenmotoren mit stationären Zylindern, in welchen die Kolben jeweils arbeiten, in Abweichung von Axialkolbenmotoren, bei denen die Zylinder, und mithin auch die Kolben, ebenfalls um die Drehachse rotieren, da letztere Anordnung lediglich eine Abgasleitung benötigen, an welcher die Zylinder vorbeigeführt werden.
[15] Vorzugsweise sind die Wärmeübertrager im Wesentlichen axial angeordnet, wobei der Begriff„axial" in vorliegendem Zusammenhang eine Richtung parallel zur Hauptrotationsachse des Axialkolbenmotors bzw. parallel zur Drehachse der Rotationsenergie bezeichnet. Dieses ermöglicht eine besonders kompakte und mithin energiesparende Bauweise, was insbesondere auch gilt, wenn lediglich ein Wärmeübertrager, insbesondere jedoch wenn ein isolierter Wärmeübertrager, wie er nachstehend beschrieben und beansprucht ist, zur Anwendung kommt.
[16] Weist der Axialkolbenmotor wenigstens vier Kolben auf, so ist es von Vorteil, wenn die Abgase wenigstens zweier benachbarter Kolben in jeweils einen Wärmeübertrager geleitet werden. Hierdurch können die Wege zwischen Kolben und Wärmeübertrager für die Abgase minimiert werden, so dass Verluste in Form von Abwärme, die nicht über die Wärmeübertrager zurückgewonnen werden kann, auf ein Minimum reduziert werden können.
[17] Letzteres kann auch noch erreicht werden, wenn die Abgase dreier benachbarter Kolben jeweils in einen gemeinsamen Wärmeübertrager geleitet werden.
[18] Andererseits ist es auch denkbar, dass der Axialkolbenmotor wenigstens zwei Kolben umfasst, wobei die Abgase jedes Kolbens in jeweils einen Wärmeübertrager geleitet werden. Insoweit kann es - je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung - vorteilhaft sein, wenn je Kolben ein Wärmeübertrager vorgesehen ist. Zwar bedingt dieses einen erhöhten baulichen Aufwand; andererseits können die Wärmeübertrager jeweils kleiner, und mithin baulich möglicherweise einfacher, ausgebildet sein, wodurch der Axialkolbenmotor insgesamt kompakter und somit mit geringeren Verlusten belastet baut. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung, aber auch wenn für je zwei Kolben ein Wärmeübertrager vorgesehen ist, kann— ggf. - der jeweilige Wärmeübertrager in die Zwickel zwischen zwei Kolben integriert werden, wodurch der gesamte Axialkolbenmotor entsprechend kompakt ausgebildet werden kann.
[19] Die Aufgabe vorliegender Erfindung wird, kumulativ bzw. alternativ zu den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung, durch einen Axialkolbenmotor mit einer Brennmittelzufuhr und einer Abgasabfuhr, die wärmeübertragend miteinander gekoppelt sind, gelöst, welcher sich durch wenigstens eine Wärmeübertragerisolation auszeichnet. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass möglichst viel Wärmeenergie in dem Axialkolbenmotor verbleibt und über die Wärmeübertrager an das Brennmittel wieder übertragen wird.
[20] In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass die Wärmeübertragerisolation den Wärmeübertrager nicht zwingend vollständig umgeben muss, da gegebenenfalls einige Abwärme auch an anderer Stelle in dem Axialkolbenmotor vorteilhaft genutzt werden kann. Insbesondere jedoch nach außen hin sollte die Wärmeübertragerisolation vorgesehen sein.
[21] Vorzugsweise ist die Wärmeübertragerisolation derart ausgelegt, dass sie zwischen Wärmeübertrager und Umgebung des Axialkolbenmotors einen maximalen Temperaturgradien- ten von 400 0C, insbesondere von wenigstens 380 0C, belässt. Insbesondere mit fortschreitender Wärmeübertragung, also zur Verdichterseite hin, kann der Temperaturgradient dann schnell wesentlich kleiner werden. Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann die Wärmeübertragerisolation vorzugsweise derart ausgelegt werden, dass die Außentemperatur des Axialkolbenmotors im Bereich der Wärmeübertragerisolation 500 0C bzw. 480 0C nicht übersteigt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung verlorene Energiemenge auf ein Minimum reduziert wird, da die Verluste bei noch höheren Temperaturen bzw. Temperaturgradienten überproportional ansteigen. Darüber hinaus tritt die Maximaltemperatur bzw. der maximale Temperaturgradient nur an einer kleinen Stelle auf, da im Übrigen die Temperatur des Wärmeübertragers zur Verdichterseite immer mehr abnimmt. [22] Vorzugsweise umfasst die Wärmeübertragerisolation zumindest eine Komponente aus einem von dem Wärmeübertrager abweichenden Material. Dieses Material kann dann auf seine Aufgabe als Isolation optimal ausgelegt sein und beispielsweise Asbest, Asbestersatz, Wasser, Abgas oder Luft umfassen, wobei die Wärmeübertragerisolation, insbesondere um Wärmeab- transport durch Materialbewegung zu minimieren, bei fluidischen Isolationsmaterialien ein Gehäuse aufweisen sollte, während bei festen Isolationsmaterialien ein Gehäuse zur Stabilisation oder als Schutz vorgesehen sein kann. Das Gehäuse kann insbesondere aus demselben Material wie das Mantelmaterial des Wärmeübertragers gebildet sein.
[23] Die Eingangs aufgeführte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers eines Axialkolbenmotors gelöst, welcher eine wenigstens einen Zylinder umfassende Verdichterstufe, eine wenigstens einen Zylinder umfassende Expanderstufe und wenigstens eine Brennkammer zwischen der Verdichterstufe sowie der Expanderstufe aufweist, wobei der wärmeaufnehmende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Verdichterstufe und der Brennkammer angeordnet ist und der wärmeabgebende Teil des Wärmeübertragers zwi- sehen der Expanderstufe und einer Umgebung angeordnet ist, wobei der Wärmeübertrager wenigstens eine den wärmeabgebenden Teil von dem wärmeaufnehmenden Teil des Wärmeübertragers abgrenzende Wandung eines Rohres zur Trennung zweier Stoffströme umfasst und wobei sich das Herstellungsverfahren dadurch auszeichnet, dass das Rohr in wenigstens einer aus einem dem Rohr entsprechenden Werkstoff bestehenden Matrize angeordnet und stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dieser Matrize verbunden wird.
[24] Die Verwendung eines Wärmeübertrages in einem vorstehend erläuterten Axialkolbenmotor kann durch das Auftreten besonders hoher Temperaturdifferenzen zwischen dem Eingang und zwischen dem Ausgang des Wärmeübertragers einerseits und zwischen dem wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Teil des Wärmeübertrages andererseits zu Nachteilen auf- grund einer die Lebensdauer begrenzenden Schädigung des Werkstoffes führen. Um hieraus resultierenden Wärmespannungen und durch eine Schädigung auftretenden Verluste an Brennmittel oder Abgas zu begegnen, kann bei geeigneter Ausgestaltung ein Wärmeübertrager nach vorstehend beschriebenem Vorschlag vorteilhaft an seinen einer kritischen Spannung unterworfenen Stellen fast ausschließlich aus lediglich einem Werkstoff hergestellt werden. Selbst wenn letzteres nicht der Fall ist, werden durch die vorstehend beschriebene Lösung Materialspannungen vorteilhaft reduziert. [25] Es versteht sich, dass ein verwendetes Lot oder andere zur Befestigung oder Montage des Wärmeübertragers verwendete Mittel aus einem anderen Werkstoff bestehen können, insbesondere dann, wenn es sich nicht um Bereiche mit einer hohen thermischen Beanspruchung oder mit einer hohen Anforderung an Dichtigkeit handelt. [26] Denkbar ist auch die Verwendung zweier oder mehrerer Werkstoffe mit demselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wodurch in ähnlicher Weise dem Auftreten von thermischen Spannungen im Werkstoff begegnet werden kann.
[27] Zur Erstellung einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Rohr und der Matrize wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Stoff Schluss zwischen dem Rohr und der Matrize durch Schweißen oder Löten erfolgt. Durch ein derartiges Verfahren wird in einfacher Art und Weise und besonders vorteilhaft die Dichtigkeit eines Wärmeübertrages sichergestellt. Es ist hierbei auch möglich als Schweiß- oder Lötwerkstoff wiederum einen dem Rohr oder der Matrize entsprechenden Werkstoff zu verwenden. [28] Der Kraftschluss zwischen dem Rohr und der Matrize kann alternativ bzw. kumulativ hierzu durch Schrumpfen erfolgen. Dieses hat wiederum den Vorteil, dass Wärmespannungen zwischen dem Rohr und der Matrize verhindert werden können, indem die Verwendung eines vom Werkstoff des Rohres bzw. der Matrize unterschiedlichen Werkstoffes, beispielsweise bei einer stoffschlüssigen Verbindung, vermieden wird. Auch kann die entsprechende Verbindung dann schnell und betriebssicher bereitgestellt werden.
[29] Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Axialkolbenmotor mit wenigstens einem Verdichterzylinder, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und mit wenigstens einer Druckleitung, durch welche verdichtetes Brennmittel von dem Verdichterzylinder zu dem Arbeitszylinder geleitet wird, gelöst, welcher sich durch einen Brennmittelspeicher auszeichnet, in welchem verdichtetes Medium zwischengespeichert werden kann.
[30] Durch einen derartigen Brennmittelspeicher kann insbesondere kurzzeitig eine erhöhte Leistung abgefragt werden, ohne dass zunächst über die Verdichter entsprechend mehr Brennmittel bereitgestellt werden muss. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Verdichterkolben des Verdichters unmittelbar mit Arbeitskolben verbunden sind, da dann ein Mehr an Brennmittel lediglich durch eine erhöhte Arbeitsleistung, die letztlich ansonsten nur durch ein Mehr an Kraftstoff erzielt werden kann, bereitgestellt werden kann. Insoweit kann hierdurch bereits Kraftstoff gespart werden.
[31] Auch kann das in dem Brennmittelspeicher gespeicherte Brennmittel beispielsweise für Startvorgänge des Axialkolbenmotors genutzt werden.
[32] Vorzugsweise ist der Brennmittelspeicher zwischen dem Verdichterzylinder und einem Wärmeübertrager vorgesehen, so dass das Brennmittel, insbesondere zur Verbrennung vorgesehene Luft, noch kalt bzw. noch ohne dem Wärmeübertrager Energie entzogen zu haben in dem Brennmittelspeicher zwischengespeichert wird. Wie unmittelbar ersichtlich, wirkt sich dieses positiv auf die Energiebilanz des Axialkolbenmotors aus.
[33] Insbesondere für längere Standzeiten ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Verdichterzylinder und dem Brennmittelspeicher und/oder zwischen dem Brennmittelspeicher und dem Arbeitszylinder ein Ventil angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Gefahr einer Leckage minimiert werden. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Brennmittelspeicher über ein Ventil von der Druckleitung bzw. von den während eines normalen Betriebs Brennmittel führenden Baugruppen mittels eines Ventils getrennt werden kann. Auf diese Weise kann das Brennmittel in dem Brennmittelspeicher unbeeinflusst von den übrigen Betriebszuständen des Axialkolbenmotors gespeichert werden.
[34] Darüber hinaus ist es auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfin- düng von Vorteil, wenn die Druckleitung zwischen Verdichterzylinder und Arbeitszylinder ein Ventil aufweist, so dass die Brennmittelzufuhr vom Brennmittelspeicher insbesondere in Situationen, in denen kein Brennmittel benötigt wird, wie dieses beispielsweise bei Stillstand an einer Ampel oder bei Bremsvorgängen der Fall ist, betriebssicher unterbunden werden kann, auch wenn verdichterseitig wegen einer Bewegung des Axialkolbenmotors noch verdichtetes Brenn- mittel bereit gestellt wird. Insbesondere kann dann eine entsprechende Unterbrechung vorgenommen werden und das verdichterseitig bereitgestellte Brennmittel unmittelbar direkt in den Brennmittelspeicher gelangen, um dann beispielsweise für Anfahr- und Beschleunigungsprozesse sofort und unverzüglich zur Verfügung zu stehen. [35] Hierbei versteht es sich, dass -je nach konkreter Ausführungsform des Axialkolbenmotors - auch mehrere Druckleitungen vorgesehen sein können, die einzeln oder zusammen entsprechend abgesperrt bzw. mit einem Brennmittelspeicher verbunden werden können.
[36] Eine sehr vorteilhafte Ausführungsvariante sieht mindestens zwei solcher Brennmittel- Speicher vor, wodurch unterschiedliche Betriebszustände des Axialkolbenmotors noch differenzierter geregelt werden können.
[37] Werden die mindestens zwei Brennmittelspeicher mit unterschiedlichen Drücken beladen, kann besonders schnell auf Betriebszustände innerhalb der Brennkammer Einfluss genommen werden, ohne dass beispielsweise Verzögerungen durch ein Eigenansprechverhalten von Regelventilen zu berücksichtigen sind. Insbesondere ist es möglich, dass die Aufladezeiten für die Speicher minimiert werden und insbesondere auch bei niedrigen Drücken bereits Brennmittel gespeichert werden kann, während gleichzeitig noch ein Speicher, der Brennmittel unter hohen Druck enthält, vorhanden ist.
[38] Besonders vielfältige und ineinander greifende Regelungsmöglichkeiten können dem- entsprechend erreicht werden, wenn eine Druckregelung vorliegt, die für den ersten Brennmittelspeicher eine erste Druckuntergrenze und eine erste Druckobergrenze und für den zweiten Brennmittelspeicher eine zweite Druckuntergrenze und eine zweite Druckobergrenze festlegt, innerhalb derer ein Brennmittelspeicher mit Drücken beladen wird, wobei vorzugsweise die erste Druckobergrenze unter der zweiten Druckobergrenze und die erste Druckuntergrenze unter der zweiten Druckuntergrenze liegt. Insbesondere können die verwendeten Brennmittelspeicher in unterschiedlichen Druckintervallen betrieben werden, wodurch die von dem Axialkolbenmotor in Form von Brennmitteldruck bereitgestellte Energie noch effektiver genutzt werden kann.
[39] Um etwa ein besonders schnelles Ansprechverhalten, insbesondere hinsichtlich eines sehr weiten Arbeitsspektrums, an dem Axialkolbenmotor realisieren zu können, ist es vorteil- haft, wenn die erste Druckobergrenze kleiner oder gleich der zweiten Druckuntergrenze ist. Durch derart gewählte Druckintervalle kann vorteilhafter Weise ein besonders weitgreifender Druckbereich bereitgestellt werden.
[40] Die Aufgabe vorliegender Erfindung wird auch durch einen Axialkolbenmotor mit wenigstens einem Arbeitszylinder, der aus einer kontinuierlich arbeitenden Brennkammer, die eine Vorbrennkammer und eine Hauptbrennkammer umfasst, gespeist wird und der einen Abgasaus- lass aufweist, gelöst, wobei sich der Axialkolbenmotor durch einen Vorbrennkammertempera- tursensor zur Bestimmung einer Temperatur in der Vorbrennkammer auszeichnet.
[41] Ein derartiger Temperatursensor liefert auf einfache Weise einen aussagekräftigen Wert hinsichtlich der Qualität der Verbrennung bzw. hinsichtlich der Laufstabilität des Axialkolbenmotors. Als Temperatursensor kann jeder Sensor, beispielsweise ein Widerstandstemperaturfühler, ein Thermoelement, ein Infrarotsensor oder ähnliches zur Anwendung kommen.
[42] Vorzugsweise ist der Vorbrennkammertemperatursensor derart ausgelegt bzw. angeordnet, dass er die Temperatur einer Flamme in der Vorbrennkammer bestimmt. Dieses ermöglicht ganz besonders entsprechend aussagekräftige Werte.
[43] Der Axialkolbenmotor kann insbesondere eine Brennkammerregelung umfassen, welche den Vorbrennkammertemperatursensor als Eingangssensor umfasst und die Brennkammer derart regelt, dass die Vorkammertemperatur zwischen 1.000 0C und 1.500 0C liegt. Auf diese Weise kann über einen verhältnismäßig einfachen und mithin betriebssicheren und sehr schnel- len Regelkreis gewährleistet werden, dass der Axialkolbenmotor äußerst wenig Schadstoffe produziert. Insbesondere die Gefahr, dass Ruß entsteht, lässt sich auf ein Minimum reduzieren.
[44] Darüber hinaus kann der Axialkolbenmotor, und insbesondere auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung, kumulativ bzw. alternativ hierzu einen Abgastemperatursensor zur Bestimmung der Abgastemperatur umfassen. [45] Durch einen derartigen Abgastemperatursensor kann ebenfalls auf technisch einfache Weise der Betriebszustand einer kontinuierlich arbeitenden Brennkammer überprüft und geregelt werden. Eine derartige Regelung stellt insbesondere auf einfache Weise eine ausreichende und vollständige Verbrennung von Kraftstoff sicher, so dass der Axialkolbenmotor einen optimalen Wirkungsgrad bei minimalem Schadstoffausstoß aufweist. [46] Bevorzugt wird die Brennkammer derart geregelt, dass die Abgastemperatur in einem Betriebszustand, vorzugsweise im Leerlauf, zwischen 850 0C und 1.200 0C liegt. Letzteres kann beispielsweise durch die geeignete Aufgabe von Wasser und/oder ein geeignetes Vorwärmen des Brennmittels, insbesondere von Luft, geschehen, indem beispielsweise die Wassertempera- tur oder Wassermenge oder aber der Anteil an in einem Wärmeübertrager vorgewärmter bzw. an nicht vorgewärmter Luft entsprechend des vorgenannten Erfordernisses gesteuert wird.
[47] Es wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Axialkolbenmotor mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Verdichterstufe, mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Expanderstufe und mit wenigstens einem Wärmeübertrager vorgeschlagen, wobei der wärmeaufnehmende Teil Wärmeübertragers zwischen der Verdichterstufe und der Brennkammer angeordnet ist und der wärmeabgebende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Expanderstufe und einer Umgebung angeordnet ist und wobei sich der Axialkolbenmotor dadurch auszeichnet, dass der wärmeaufnehmende und/oder der wärmeabgebende Teil des Wärmeübertragers stromabwärts und/oder stromaufwärts Mittel zur Aufgabe wenigstens eines Fluides aufweist.
[48] Die Aufgabe eines Fluides in den Brennmittelstrom kann zu einer Erhöhung der Übertragungsleistung des Wärmeübertragers beitragen, indem beispielsweise durch die Aufgabe eines geeigneten Fluides die spezifische Wärmekapazität des Brennmittelstromes der spezifi- sehen Wärmekapazität des Abgas Stromes angeglichen werden oder aber über die spezifische Wärmekapazität des Abgasstromes hinaus angehoben werden kann. Die hierdurch beispielsweise vorteilhaft beeinflusste Wärmeübertragung vom Abgasstrom auf den Brennmittelstrom trägt dazu bei, dass eine höhere Wärmemenge in den Brennmittelstrom und somit in den Kreispro- zess bei gleichbleibender Baugröße des Wärmeübertragers eingekoppelt werden kann, wodurch sich der thermodynamische Wirkungsgrad steigern lässt. Alternativ oder kumulativ kann auch dem Abgasstrom ein Fluid aufgegeben werden. Das aufgegebene Fluid kann hierbei beispiels- wiese ein erforderliches Hilfsmittel für eine nachgeschaltete Abgasnachbehandlung sein, welches durch eine im Wärmeübertrager ausgebildete turbulente Strömung ideal mit dem Abgasstrom vermischt werden kann, so dass somit ein nachgeschaltetes Abgasnachbehandlungssystem mit maximalem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
[49] Mit„stromabwärts" wird in diesem Fall diejenige Seite des Wärmeübertrager bezeichnet, aus welcher das jeweilige Fluide austritt, bzw. derjenigen Teil des Abgasstranges oder der Brennmittel führenden Verrohrung bezeichnet, in welche das Fluid nach Verlassen des Wärmeübertragers eintritt. [50] In Analogie hierzu wird mit„stromaufwärts" diejenige Seite des Wärmeübertrager bezeichnet, in welche das jeweilige Fluide eintritt, bzw. derjenigen Teil des Abgasstranges oder der Brennmittel führenden Verrohrung bezeichnet, aus welcher das Fluid in den Wärmeübertragers eintritt. [51] Insofern spielt es keine Rolle, ob die Aufgabe des Fluides unmittelbar in der näheren räumlichen Umgebung des Wärmeübertragers erfolgt oder ob die Aufgabe des Fluides räumlich weiter beabstandet erfolgt.
[52] Als Fluid kann beispielsweise Wasser und/oder Brennstoff entsprechend aufgegeben werden. Dies hat den Vorteil, dass der Brennmittelstrom einerseits die zuvor beschriebenen Vorteile einer erhöhten spezifischen Wärmekapazität durch die Aufgabe von Wasser und/oder Brennstoff aufweist und andererseits die Gemischaufbereitung bereits im Wärmeübertrager bzw. vor der Brennkammer erfolgen kann und die Verbrennung in der Brennkammer mit einem möglichst örtlich homogenen Verbrennungsluftverhältnis erfolgen kann. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, dass das Brennverfahren nicht oder nur sehr gering mit einer wirkungsgrad- verschlechternden, unvollständigen Verbrennung behaftet ist.
[53] Für eine weitere Ausgestaltung eines Axialkolbenmotors wird vorgeschlagen, dass im wärmeabgebenden Teil des Wärmeübertragers oder stromabwärts des wärmeabgebenden Teils des Wärmeübertragers ein Wasserabscheider angeordnet ist. Durch die am Wärmeübertrager bestehende Temperatursenke könnte dampfförmiges Wasser auskondensieren und den nachfol- genden Abgasstrang durch Korrosion schädigen. Eine Schädigung des Abgasstranges kann durch diese Maßnahme vorteilhaft vermindert werden.
[54] Es wird zudem ein Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Verdichterstufe, mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Expanderstufe, mit wenigstens einer Brennkammer zwischen der Verdichterstufe und der Expanderstufe und mit wenigstens einem Wärmeübertrager vorgeschlagen, wobei der wärmeaufnehmende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Verdichterstufe und der Brennkammer angeordnet ist und der wärmeabgebende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Expanderstufe und einer Umgebung angeordnet ist und wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass dem durch den Wärmeübertrager strömende Brennmittelstrom und/oder dem durch den Wärmeübertrager strömende Abgasstrom wenigstens ein Fluid aufgegeben wird. Hierdurch kann - wie bereits vorstehend dargestellt - die wirkungsgradsteigernde Wärmeübertragung von einem in eine Umgebung geleiteten Abgasstrom zu einem Brennmittelstrom verbessert werden, indem die spezifische Wärmekapazität des Brennmittelstromes durch die Auf- gäbe eines Fluides erhöht und somit auch der Wärmestrom zum Brennmittelstrom erhöht wird. Die Rückkopplung eines Energiestromes in den Kreisprozess des Axialkolbenmotors kann hierbei bei geeigneter Verfahrensführung wiederum eine Wirkungsgradsteigerung, insbesondere eine Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgerades, bewirken.
[55] Vorteilhaft wird der Axialkolbenmotor derart betrieben, dass Wasser und/oder Brenn- stoff aufgegeben werden. Dieses Verfahren bewirkt, dass wiederum der Wirkungsgrad, insbesondere der Wirkungsgrad des Brennverfahrens, durch ideale Mischung im Wärmeübertrager und vor der Brennkammer erhöht werden kann.
[56] Ebenso kann dem Abgasstrom, falls dies beispielsweise für eine Abgasnachbehandlung zweckdienlich ist, Brennstoff aufgegeben werden, sodass die Abgastemperatur im Wärmeüber- trager oder nach dem Wärmeübertrager weiter angehoben werden kann. Ggf. kann hierdurch auch eine Nachverbrennung erfolgen, welche das Abgas in vorteilhafter Weise nachbehandelt und Schadstoffe minimiert. Eine im wärmeabgebenden Teil des Wärmeübertragers freigesetzte Wärme könnte somit auch mittelbar zur weiteren Erwärmung des Brennmittelstroms genutzt werden, so dass der Wirkungsgrad des Axialkolbenmotors hierdurch kaum negativ beeinflusst wird.
[57] Um diesen Vorteil weiterhin umzusetzen, kann das Fluid stromabwärts und/oder stromaufwärts des Wärmeübertragers aufgegeben werden.
[58] Kumulativ oder alternativ hierzu kann abgeschiedenes Wasser dem Brennmittelstrom und/oder dem Abgasstrom erneut aufgegeben werden. Im günstigsten Fall wird hierdurch ein geschlossener Wasserkreislauf realisiert, welchem von außen kein Wasser mehr zugeführt werden muss. Somit entsteht ein weiterer Vorteil dadurch, dass ein mit einem Axialkolbenmotor nach dieser Bauart ausgerüstetes Fahrzeug nicht mit Wasser, insbesondere nicht mit destilliertem Wasser, betankt werden muss. [59] Vorteilhaft wird die Aufgabe von Wasser und/oder Brennstoff zu einem definierten Zeitpunkt vor einem Stillstand des Axialkolbenmotors gestoppt und der Axialkolbenmotor bis zum Stillstand ohne eine Aufgabe von Wasser und/oder Kraftstoff betrieben. Das für einen Abgasstrang möglicherweise schädliche Wasser, welches sich in dem Abgasstrang absetzen kann, insbesondere wenn dieser erkaltet, kann durch dieses Verfahren vermieden werden. Vorteilhaft wird auch jegliches Wasser aus dem Axialkolbenmotor selbst vor dem Stillstand des Axialkolbenmotors entfernt, so dass keine Schädigung von Bauteilen des Axialkolbenmotors durch Wasser oder Wasserdampf, insbesondere während des Stillstandes, begünstigt wird.
[60] Die Aufgabe vorliegender Erfindung wird kumulativ bzw. alternativ zu den vorgenann- ten Merkmalen von einem Axialkolbenmotor mit wenigstens einem Verdichterzylinder, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und mit wenigstens einer Druckleitung, durch welche verdichtetes Brennmittel von dem Verdichterzylinder zu dem Arbeitszylinder geleitet wird, wobei sich der Axialkolbenmotor dadurch auszeichnet, dass dem Verdichterzylinder während eines Saughubs eines in dem Verdichterzylinder angeordneten Verdichterkolbens Wasser oder Was- serdampf aufgegeben wird.
[61] Zum einen wird hierdurch eine hervorragende Verteilung des Wassers in dem Brennmittel gewährleistet. Zum anderen kann die durch das Wasser geänderte Verdichtungsenthalpie unkritisch in das Brennmittel eingebracht werden, ohne dass die Energiebilanz des gesamten Axialkolbenmotors durch die Wasseraufgabe zu nachteilig beeinflusst wird. Insbesondere kann hierdurch der Verdichtungsprozess einer isothermen Verdichtung angenähert werden, wodurch sich die Energiebilanz bei der Verdichtung optimieren lässt. Der Wasseranteil kann ergänzend - je nach konkreter Umsetzung und auch in Verbindung mit oben erläuterter Wasseraufgabe in Verbindung mit einem Wärmeübertrager - zur Temperaturregelung in der Brennkammer und/oder auch zur Schadstoffreduktion über chemische oder katalytische Reaktionen des Was- sers genutzt werden.
[62] Die Aufgabe von Wasser kann, je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung beispielsweise durch eine Dosierpumpe erfolgen. Durch ein Rückstoßventil kann auf eine Dosierpumpe verzichtet werden, da dann der Verdichterkolben bei seinem Saughub auch Wasser durch das Rückstoßventil ansaugen kann, welches beim Verdichten dann schließt. Letztere Umsetzung ist besonders dann vorteilhaft, wenn in der Wasserzuleitung noch ein Sicherheits- ventil, beispielsweise ein Magnetventil, vorgesehen ist, um Leckagen bei einem Motorstillstand zu vermeiden.
[63] Es versteht sich, dass ggf. auch noch an anderer Stelle dem Axialkolbenmotor Wasser aufgegeben werden kann. [64] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft verschieden Axialkolbenmotoren und deren Baugruppen dargestellt sind.
[65] Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Axialkolbenmotors;
Figur 2 eine schematische Aufsicht auf den Axialkolbenmotor nach Fig. 1 ;
Figur 3 eine schematische Aufsicht auf einen zweiten Axialkolbenmotor in ähnlicher
Darstellung wie Fig. 2;
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Axialkolbenmotors in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 ;
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Wärmeübertragers;
Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Axialkolbenmotors mit einem Vorbrennertemperatursensor und zwei Abgastemperatursensoren; und Figur 7 eine schematische Darstellung eines Flansches für einen Wärmeübertrager mit einer hierin angeordneten Matrize zur Aufnahme für Rohre eines Wärmeübertragers.
[66] Der in Figuren 1 und 2 dargestellte Axialkolbenmotor 201 weist eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer 210 auf, aus welcher sukzessive Arbeitsmedium über Schusskanäle 215 (exemplarisch beziffert) Arbeitszylindern 220 (exemplarisch beziffert) zugeführt wird. In den Arbeitszylindern 220 sind jeweils Arbeitskolben 230 (exemplarisch beziffert) angeordnet, welche über eine geradlinige Pleuelstange 235 einerseits mit einem Abtrieb, welcher bei diesem Aufführungsbeispiel als ein eine Kurvenbahn 240 tragender, auf einer Abtriebswelle 241 angeordneten Abstandhalter 242 realisiert ist, und andererseits mit einem Verdichterkolben 250 verbunden sind, welcher jeweils in weiter unten näher erläuterter Art und Weise in dem Verdichterzylinder 260 läuft. [67] Nachdem das Arbeitsmedium in dem Arbeitszylinder 220 seine Arbeit geleistet und den Arbeitskolben 230 entsprechend belastet hat, wird das Arbeitsmedium aus dem Arbeitszylinder 220 über Abgaskanäle 225 ausgestoßen. An den Abgaskanälen 225 sind nicht dargestellte Temperatursensoren vorgesehen, welche die Temperatur des Abgases messen. [68] Die Abgaskanäle 225 münden jeweils in Wärmeübertrager 270 und verlassen anschließend den Axialkolbenmotor 201 an entsprechenden Auslässen 227 in an sich bekannter Weise. Die Auslässe 227 können insbesondere ihrerseits wieder mit einem nicht dargestellten Ringkanal verbunden werden, so dass das Abgas letztlich den Motor 201 lediglich an einer oder zwei Stellen verlässt. Je nach konkreter Ausgestaltung insbesondere der Wärmeübertrager 270 kann gegebenenfalls auch auf einen Schalldämpfer verzichtet werden, da die Wärmeübertrager 270 selbst bereits eine schalldämpfende Wirkung haben.
[69] Die Wärmeübertrager 270 dienen dazu Brennmittel, welches in den Verdichterzylindern 260 durch die Verdichterkolben 250 verdichtet und durch eine Druckleitung 255 zu der Brennkammer 210 geleitet wird, vorzuwärmen. Die Verdichtung erfolgt dabei in an sich bekannter Weise, indem Zuluft über Zuleitungen 257 (exemplarisch beziffert) von den Verdichterkolben 250 angesaugt und in den Verdichterzylindern 260 verdichtet wird. Hierzu finden an sich bekannte und ohne Weiteres entsprechend einsetzbare Ventilsysteme Anwendung.
[70] Wie unmittelbar aus Figur 2 ersichtlich, weist der Axialkolbenmotor 201 zwei Wärmeübertrager 270 auf, die jeweils axial im Bezug auf den Axialkolbenmotor 201 angeord- net sind. Durch diese Anordnung lassen sich die Wege, welche das Abgas durch die Abgaskanäle 225 bis zu den Wärmeübertragern 270 jeweils durchlaufen muss, gegenüber Axialkolbenmotoren aus dem Stand der Technik erheblich reduzieren. Dieses hat zur Folge, dass letztlich das Abgas mit einer wesentlich höheren Temperatur den jeweiligen Wärmeübertrager 270 erreicht, so dass letztlich auch das Brennmittel auf entsprechend höhere Temperaturen vorgewärmt wer- den kann. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass durch eine derartige Ausgestaltung mindestens 20 % Kraftstoff eingespart werden können. Hierbei wird davon ausgegangen, dass durch eine optimierte Auslegung sogar Einsparungen bis zu 30 % oder darüber möglich sind.
[71] Darüber hinaus sind die Wärmeübertrager 270 mit einer hier nicht dargestellten Wärmeisolation aus Asbestersatz isoliert. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei diesem Ausführungsbei- spiel die Außentemperatur des Axialkolbenmotors im Bereich der Wärmeübertrager 270 bei nahezu allen Betriebszuständen 450 0C nicht übersteigt. Ausnahmen bilden nur Überlastsituationen, die ohnehin nur kurzzeitig auftreten. Hierbei ist die Wärmeisolation darauf ausgelegt, an der heißesten Stelle des Wärmeübertragers einen Temperaturgradienten von 350 0C zu gewähr- leisten.
[72] In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass der Wirkungsgrad des Axialkolbenmotors 201 durch weitere Maßnahmen erhöht werden kann. So kann das Brennmittel beispielsweise in an sich bekannter Weise zur Kühlung bzw. thermischen Isolierung der Brennkammer 210 genutzt werden, wodurch es noch weiter in seiner Temperatur erhöht werden kann, bevor es in die Brennkammer 210 gelangt. Hierbei sei betont, dass die entsprechende Temperierung einerseits lediglich auf Komponenten des Brennmittels beschränkt sein kann, wie dieses bei vorliegendem Ausführungsbeispiel in Bezug auf Verbrennungsluft der Fall ist. Auch ist es denkbar, der Verbrennungsluft bereits vor oder während der Verdichtung Wasser aufzugeben, dieses ist jedoch ohne Weiteres auch im Nachhinein, beispielsweise in der Druckleitung 255 möglich. [73] Besonders bevorzugt erfolgt die Aufgabe von Wasser in den Verdichterzylinder 260 während eines Saughubes des entsprechenden Verdichterkolbens 250, was eine isotherme Verdichtung bzw. eine einer isothermen Verdichtung möglichst angenäherte Verdichtung bedingt. Wie unmittelbar ersichtlich umfasst ein Arbeitszyklus des Verdichterkolbens 250 jeweils einen Saughub und einen Verdichtungshub, wobei während des Saughubs Brennmittel in den Verdichterzylinder 260 gelangt, welcher dann während des Verdichtungshubes komprimiert, also verdichtet, und in die Druckleitung 255 gefördert wird. Durch die Aufgabe von Wasser während des Saughubes kann eine gleichförmige Verteilung des Wassers auf betrieblich einfache Weise gewährleistet werden.
[74] Ebenso ist es denkbar, bereits den Kraftstoff entsprechend zu temperieren, wobei dieses nicht zwingend notwendig ist, da die Kraftstoffmenge im Bezug auf die Verbrennungsluft in der Regel verhältnismäßig gering ist und somit sehr schnell auf hohe Temperaturen gebracht werden kann.
[75] Der in Figur 3 dargestellte Axialkolbenmotor 301 entspricht in seinem Aufbau und in seiner Funktionsweise im Wesentlichen dem Axialkolbenmotor 201 nach Figuren 1 und 2. Aus diesem Grunde wird auf eine Detailbeschreibung verzichtet, wobei in Figur 3 ähnlich wirkende Baugruppen auch mit ähnlichem Bezugszeichen versehen sind und lediglich in der ersten Ziffer voneinander abweichen. Auch der Axialkolbenmotor 301 weist eine zentrale Brennkammer 310 auf, aus welcher über Schusskanäle 315 (exemplarisch beziffert) Arbeitsmedium im Arbeitszy- linder 320 entsprechend der Arbeitsfolge des Axialkolbenmotors 301 geleitet werden kann. Das Arbeitsmedium wird, nachdem es seine Arbeit geleistet hat, über Abgaskanäle 325 jeweils Wärmeübertragern 370 zugeführt.
[76] Hierbei weist der Axialkolbenmotor 301 in Abweichung von dem Axialkolbenmotor 201 je einen Wärmeübertrager 370 für genau zwei Arbeitszylinder 320 auf, wodurch sich die Länge der Kanäle 325 auf ein Minimum reduzieren lässt. Wie unmittelbar ersichtlich, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Wärmeübertrager 370 teilweise in den Gehäusekörper 305 des Axialkolbenmotors 301 eingelassen, was zu einer noch kompakteren Bauweise als die Bauweise des Axialkolbenmotors 201 nach Figuren 1 und 2 führt. Hierbei ist das Maß, wie weit die Wärmeübertrager 370 in den Gehäusekörper 305 eingelassen werden können, durch die Mög- lichkeit der Anordnung weiterer Baugruppen, wie beispielsweise einer Wasserkühlung für die Arbeitszylinder 220 begrenzt.
[77] Auch der in Figur 4 dargestellte Axialkolbenmotor 401 entspricht im Wesentlichen den Axialkolbenmotoren 201 und 301 nach Figuren 1 bis 3. Dementsprechend sind auch identisch bzw. ähnlich wirkende Baugruppen ähnlich beziffert und unterscheiden sich lediglich durch die erste Stelle. Im Übrigen wird dementsprechend auch bei diesem Ausführungsbeispiel auf eine Detailerläuterung der Wirkungsweise verzichtet, da dieses bereits im Bezug auf den Axialkolbenmotor 201 nach Figuren 1 und 2 geschehen ist.
[78] Der Axialkolbenmotor 401 umfasst ebenfalls einen Gehäusekörper 405, an welchem eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer 410, sechs Arbeitszylinder 420 sowie sechs Verdichterzylinder 460 vorgesehen sind. Hierbei ist die Brennkammer 410 jeweils über Schusskanäle 415 mit den Arbeitszylindern 420 verbunden, so dass letzteren entsprechend der Taktfolge des Axialkolbenmotors 401 Arbeitsmedium den Arbeitszylindern 420 zugeführt werden kann. [79] Nach getaner Arbeit verlässt das Arbeitsmedium die Arbeitszylinder 420 jeweils durch Abgaskanäle 425, welche zu Wärmeübertragern 470 führen, wobei diese Wärmeübertrager 470 identisch den Wärmeübertragern 270 des Axialkolbenmotors 201 nach Figuren 1 und 2 (siehe insbesondere Figur 2) angeordnet sind. Das Arbeitsmedium verlässt die Wärmeübertrager 470 durch Auslässe 427 (exemplarisch beziffert).
[80] In den Arbeitszylindern 420 bzw. den Verdichterzylindern 460 sind jeweils Arbeitskolben 430 bzw. Verdichterkolben 450 angeordnet, welche über eine starre Pleuelstange 435 mit einander verbunden sind. Die Pleuelstange 435 umfasst in an sich bekannter Weise eine Kurvenbahn 440, welche auf einem Abstandhalter 424 vorgesehen ist, welcher letztlich eine Abtriebswelle 441 antreibt.
[81] Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird Verbrennungsluft über Zuleitungen 457 angesaugt und in den Verdichterzylindern 460 verdichtet, um über Druckleitungen 455 der Brennkammer 410 aufgegeben zu werden, wobei die bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen genannten Maßnahmen je nach konkreter Umsetzung ebenfalls vorgesehen sein können. [82] Ergänzend sind bei dem Axialkolbenmotor 401 die Druckleitungen 455 über einen Ringkanal 456 miteinander verbunden, wodurch sich in an sich bekannter Weise ein gleichförmiger Druck in sämtlichen Druckleitungen 455 gewährleisten lässt. Zwischen dem Ringkanal 456 und den Druckleitungen 455 sind jeweils Ventile 485 vorgesehen, wodurch sich der Zufluss an Brennmittel durch die Druckleitungen 455 regeln bzw. einstellen lässt. Darüber hinaus ist an dem Ringkanal 456 ein Brennmittelspeicher 480 über eine Speicherleitung 481 angeschlossen, in welcher ebenfalls ein Ventil 482 angeordnet ist.
[83] Die Ventile 482 und 485 können je nach Betriebszustand des Axialkolbenmotors 401 geöffnet oder geschlossen werden. So ist es beispielsweise denkbar, eines der Ventile 485 zu schließen, wenn der Axialkolbenmotor 401 weniger Brennmittel benötigt. Ebenso ist es denk- bar, sämtliche Ventile 485 in derartigen Betriebssituationen teilweise zu schließen und diese als Drossel wirken zu lassen. Der Überschuss an Brennmittel kann dann dem Brennmittelspeicher 480 bei geöffnetem Ventil 482 zugeführt werden. Letzteres ist insbesondere auch dann möglich, wenn der Axialkolbenmotor 401 im Schubbetrieb läuft, d. h. überhaupt kein Brennmittel benötigt sondern über die Abtriebswelle 44 langetrieben wird. Der durch die in einer derartigen Be- triebssituation auftretende Bewegung der Verdichterkolben 450 bedingte Überschuss an Brennmittel kann dann ebenfalls ohne Weiteres in den Brennmittelspeicher 480 gespeichert werden.
[84] Das auf diese Weise gespeicherte Brennmittel kann dem Axialkolbenmotor 401 bei Bedarf, insbesondere also bei Anfahr- oder Beschleunigungssituationen sowie zum Starten, ergänzend zugeführt werden, so dass ohne zusätzliche oder schnellere Bewegungen der Verdichterkolben 450 ein Überschuss an Brennmittel bereitgestellt wird.
[85] Ggf. kann, um letzteres zu gewährleisten, auch auf die Ventile 482 und 485 verzichtet werden. Durch unvermeidliche Leckagen scheint ein Verzicht auf derartige Ventile für eine dauerhafte Speicherung verdichteten Brennmittels wenig geeignet.
[86] In einer dem Axialkolbenmotor 401 alternativen Ausführungsform kann auf den Ringkanal 456 verzichtet werden, wobei dann - ggf. über ein Ringkanalteilstück - die Auslässe der Verdichterzylinder 460 entsprechend der Zahl der Druckleitungen 455 zusammengefasst werden. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann es ggf. sinnvoll sein, lediglich eine der Drucklei- tungen 455 bzw. nicht sämtliche Druckleitungen 455 mit dem Brennmittelspeicher 480 zu verbinden bzw. verbindbar vorzusehen. Eine derartige Ausgestaltung bedingt zwar, dass im Schubbetrieb nicht sämtliche Verdichterkolben 450 den Brennmittelspeicher 480 befüllen können. Andererseits steht dann für die Brennkammer 410 ohne weitere regelungs- bzw. steuerungstechnische Maßnahmen ausreichend Brennmittel zur Verfügung, dass eine Verbrennung auf- recht erhalten werden kann. Parallel hierzu wird der Brennmittelspeicher 480 über die übrigen Verdichterkolben 450 befüllt, so dass entsprechend Brennmittel bevorratet und insbesondere für Start- bzw. Anfahr- oder Beschleunigungsphasen unmittelbar zur Verfügung steht.
[87] Es versteht sich, dass der Axialkolbenmotor 401 in einer anderen hier nicht explizit gezeigten Ausführungsvarianten mit zwei Brennmittelspeichern 480 ausgerüstet werden kann, wobei die zwei Brennmittelspeicher 480 dann auch mit unterschiedlichen Drücken beladen werden können, sodass mit den zwei Brennmittelspeichern 480 in Echtzeit immer mit unterschiedlichen Druckintervallen gearbeitet werden kann. Vorzugsweise ist hierbei eine Druckregelung vorgesehen, die für den ersten Brennmittelspeicher 480 eine erste Druckuntergrenze und eine erste Druckobergrenze und für den zweiten Brennmittelspeicher (hier nicht gezeigt) eine zweite Druckuntergrenze und eine zweite Druckobergrenze festlegt, innerhalb derer ein Brennmittelspeicher 480 jeweils mit Drücken beladen wird, wobei die erste Druckobergrenze unter der zweiten Druckobergrenze und die erste Druckuntergrenze unter der zweiten Druckuntergrenze liegt. Speziell kann die erste Druckobergrenze kleiner oder gleich der zweiten Druckun- tergrenze eingestellt werden.
[88] Als Wärmeübertrager 270, 370 bzw. 470 kann beispielsweise der in Figur 5 dargestellte Wärmeübertrager 870 zur Anwendung kommen. Dieser Wärmeübertrager 870 weist mehrere in einem Abgasraum 871 axial angeordnete Röhrchen 872 (exemplarisch beziffert) auf, welche gegenüber dem Abgasraum 871 gasdicht mit einem Zuluftraum 873 und einem Abluftraum 874 verbunden sind. Über Öffnungen 875 kann der Wärmeübertrager 870 in die Druckleitungen 255, 455 der vorgenannten Axialkolbenmotoren 201, 301, 401 eingebracht werden, so dass verdichtetes Brennmittel den Wärmeübertrager 870 durch die Röhrchen 872 durchströmen kann. Darüber hinaus weist der Abgasraum 871 einen Abgaseingang 876 und einen Abgasausgang 877 auf, wobei über Umlenkplatten 878, die versetzt in dem Abgasraum angeordnet und jeweils mit einem Teil der Röhrchen 872 verbunden sind, ein inniger Kontakt des Abgases mit den Röhrchen 872 gefördert wird. Da auch die Umlenkplatten 878 durch das Abgas entsprechend temperiert werden, führen auch die Umlenkplatten 878 zu einer entsprechenden Einkupplung thermischer Energie in die Röhrchen 872.
[89] Der Abgaseingang 876 ist jeweils mit den Abgaskanälen 225, 325, 425 der Axialkol- benmotoren 201, 301, 401 verbunden, während der Abgasausgang 877 die Auslässe 227, 427 der Axialkolbenmotoren 201, 301, 401 darstellt. Es versteht sich, dass der Abgasausgang 877 in verschiedensten Ausführungen mit einem Auspuff oder weiteren, an sich bereits bekannten Baugruppen verbunden sein kann. Darüber hinaus versteht es sich, dass je nach konkreter Ausgestaltung die Axialkolbenmotoren 201 , 301 , 401 auch mit anderen Wärmeübertragern versehen sein können. Auch ist insbesondere nachvollziehbar, dass die Wärmeübertrager 870, insbesondere auch der Axialkolbenmotoren 301 und 401, auch wenn die Wärmeübertrager anders als die Wärmeübertrager 870 bauen sollten, entsprechend isoliert sein können, wie dieses anhand des Axialkolbenmotors 201 beschreiben ist.
[90] In den Figuren 1 bis 5 nicht dargestellt sind Temperatursensoren zur Temperaturmes- sung des Abgases bzw. in der Brennkammer. Als derartige Temperatursensoren kommen alle Temperatursensoren in Frage, die betriebssicher Temperaturen zwischen 800 °C und 1.100 0C messen können. Insbesondere wenn die Brennkammer eine Vorbrennkammer und eine Hauptbrennkammer umfasst, kann über derartige Temperatursensoren auch die Temperatur der Vorbrennkammer gemessen werden. Insoweit können die vorstehend beschriebenen Axialkolben- motoren 201, 301 und 401 jeweils über die Temperatursensoren derart geregelt werden, dass die Abgastemperatur bei Verlassen der Arbeitszylinder 220, 320, 420 ungefähr 900 0C und - falls vorhanden - die Temperatur in der Vorbrennkammer ungefähr 1.000 °C beträgt.
[91] Bei dem gemäß der Darstellung nach der Figur 6 gezeigten weiteren Axialkolbenmotor 501 sind derartige Temperatursensoren in Gestalt eines Vorkammertemperatursensors 592 und zweier Abgastemperatursensoren 593 vorhanden und entsprechend schematisch dargestellt. Insbesondere mittels des Vorkammertemperatursensors 592 - welcher in diesem Ausführungsbeispiel auf Grund seiner Nähe zu einem Vorbrenner 517 des weiteren Axialkolbenmotors 501 auch als Vorbrennertemperatursensor 592 bezeichnet werden kann - wird ein aussagekräftiger Wert über die Qualität der Verbrennung bzw. hinsichtlich der Laufstabilität des weiteren Axial- kolbenmotors 501 ermittelt. Beispielsweise kann eine Flammtemperatur im Vorbrenner 517 gemessen werden, um mittels einer Brennkammerregelung unterschiedliche Betriebszustände an dem weiteren Axialkolbenmotor 501 regeln zu können. Mittels der Abgastemperatursensoren 593, welche an Auslässen bzw. Abgaskanälen 525 des jeweiligen Arbeitszylinders 520 sitzen, kann kumulativ speziell der Betriebszustand der Brennkammer 510 geprüft und gegebenenfalls geregelt werden, sodass stets eine optimale Verbrennung der Brennmittel gewährleistet ist.
[92] Ansonsten entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise des weiteren Axialkolbenmotors 501 denen der zuvor beschriebenen Axialkolbenmotoren. Insofern weist der weitere Axialkolbenmotor 501 einen Gehäusekörper 505 auf, an welchem eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer 510, sechs Arbeitszylinder 520 sowie sechs Verdichterzylinder 560 vorgesehen sind.
[93] Innerhalb der Brennkammer 510 können Brennmittel sowohl gezündet als auch verbrannt werden, wobei die Brennkammer 510 mit Brennmitteln in der vorstehend beschriebenen Weise beschickt werden kann. Vorteilhafterweise arbeitet der weitere Axialkolbenmotor 501 mit einer Zweistufenverbrennung, wozu die Brennkammer 510 den vorstehend schon erwähnten Vorbrenner 517 und einen Hauptbrenner 518 aufweist. In den Vorbrenner 517 und in den Hauptbrenner 518 können Brennmittel eingespritzt werden, wobei insbesondere in den Vorbrenner 517 auch ein Anteil einer Verbrennungsluft des Axialkolbenmotors 501 eingeleitet werden kann, der speziell in diesem Ausführungsbeispiel kleiner als 15% der gesamten Verbrennungsluft betragen kann. [94] Der Vorbrenner 517 weist einen kleineren Durchmesser als der Hauptbrenner 518 auf, wobei die Brennkammer 510 einen Übergangsbereich aufweist, der eine konische Kammer 513 und eine zylindrische Kammer 514 umfasst.
[95] Zum Zuleiten von Brennmitteln bzw. von Verbrennungsluft münden in die Brennkammer 510, insbesondere in die diesbezügliche konische Kammer 513, einerseits eine Hauptdüse 511 und andererseits eine Aufbereitungsdüse 512. Mittels der Hauptdüse 511 und der Aufbereitungsdüse 512 können Brennmittel bzw. Brennstoff in die Brennkammer 510 eingedüst werden, wobei bei diesem Ausführungseispiel die mittels der Aufbereitungsdüse 512 eingedüsten Brennmittel bereits mit Verbrennungsluft vermischt werden bzw. sind.
[96] Die Hauptdüse 51 1 ist im Wesentlichen parallel zu einer Hauptbrennrichtung 502 der Brennkammer 510 ausgerichtet. Darüber hinaus ist die Hauptdüse 511 koaxial zu einer Symmetrieachse 503 der Brennkammer 510 ausgerichtet, wobei die Symmetrieachse 503 parallel zur Hauptbrennrichtung 502 liegt.
[97] Die Aufbereitungsdüse 512 ist des Weiteren gegenüber der Hauptdüse 511 in einem Winkel (der Übersichtlichkeit halber hier nicht explizit eingezeichnet) angeordnet, sodass sich eine Strahlrichtung 516 der Hauptdüse 511 und eine Strahlenrichtung 519 der Aufbereitungsdüse 512 in einem gemeinsamen Schnittpunkt innerhalb der konischen Kammer 513 schneiden.
[98] In den Hauptbrenner 518 wird bei diesem Ausführungsbeispiel ohne weitere Luftzufuhr Brennstoff bzw. Kraftstoff aus der Hauptdüse 511 eingespritzt, wobei der Brennstoff in dem Hauptbrenner 518 bereits vorerhitzt und idealerweise thermisch zerlegt werden kann. Hierzu wird die der die Hauptdüse 511 durchströmenden Brennstoffmenge entsprechende Verbrennungsluftmenge in einen Brennraum 526 hinter dem Vorbrenner 517 bzw. dem Hauptbrenner 518 eingeleitet, wozu eine separate Verbrennungsluftzufuhr 504 vorgesehen ist, die in den Brennraum 526 mündet. [99] Die separate Verbrennungsluftzufuhr 504 ist hierzu an eine Prozessluftzufuhr 521 angeschlossen, wobei von der separaten Verbrennungsluftzufuhr 504 eine weitere Verbrennungsluftzufuhr 522 mit Verbrennungsluft versorgt werden kann, welche hierbei einen Löcherkranz 523 mit Verbrennungsluft versorgt. Der Löcherkranz 523 ist hierbei der Aufbereitungsdüse 512 zugeordnet. Insofern kann der mit der Aufbereitungsdüse 512 eingespritzte Brennstoff zusätzlich mit Prozessluft vermischt in den Vorbrenner 517 bzw. in die konische Kammer 513 des Hauptbrenners 518 eingespritzt werden.
[100] Des Weiteren umfasst die Brennkammer 510, insbesondere der Brennraum 526, eine keramische Baugruppe 506, welche vorteilhafter Weise luftgekühlt ist. Die keramische Bau- gruppe 506 umfasst hierbei eine keramische Brennkammerwand 507, welche wiederum von einem profilierten Rohr 508 umgeben ist. Um dieses profilierte Rohr 508 erstreckt sich eine Kühlluftkammer 509, die über eine Kühlluftkammerzufuhr 524 mit der Prozessluftzufuhr 521 verbunden ist.
[101] Die an sich bekannten Arbeitszylinder 520 führen entsprechende Arbeitskolben 530, die jeweils mittels Pleuelstangen 535 mit Verdichterkolben 550 mechanisch verbunden sind.
[102] Die Pleuelstangen 535 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel Pleuellaufräder 536, welche entlang einer Kurvenbahn 540 laufen, während die Arbeitskolben 530 bzw. die Verdichterkolben 550 bewegt werden. Hierdurch wird eine Abtriebswelle 541 in Rotation versetzt, welche mit der Kurvenbahn 540 mittels eines Antriebskurvenbahnträgers 537 verbunden ist. Über die Abtriebswelle 541 kann eine durch den Axialkolbenmotor 501 erzeugte Leistung abgegeben werden.
[103] In an sich bekannter Weise erfolgt mittels der Verdichterkolben 550 eine Verdichtung der Prozessluft, gegebenenfalls auch einschließlich eines eingespritzten Wassers, welches gegebenenfalls zu einer zusätzlichen Abkühlung genutzt werden kann. Erfolgt die Aufgabe des Was- sers oder von Wasserdampf während eines Saughubs des entsprechenden Verdichterkolbens 550, kann speziell eine isotherme Verdichtung des Brennmittels begünstigt werden. Eine mit dem Saughub einhergehende Wasseraufgabe kann eine besonders gleichförmige Verteilung des Wassers innerhalb der Brennmittel auf betrieblich einfache Weise gewährleisten. [104] Hierdurch können gegebenenfalls Abgase in einem oder mehreren hier nicht dargestellten Wärmeübertragern (siehe aber Figur 5) wesentlich tiefer abgekühlt werden, wenn die Prozessluft über einen oder mehrerer derartiger Wärmeübertrager vorgewärmt und als Brennmittel zur Brennkammer 510 geführt werden soll, wie dies beispielsweise bereits in den vorstehend erläuternden Ausführungsbeispielen hinsichtlich der Figuren 1 bis 5 bereits ausführlich beschrieben ist. Die Abgase können dem oder den Wärmeübertragern über die vorstehend genannten Abgaskanäle 525 zugeführt werden, wobei die Wärmeübertrager axial im Bezug auf den weiteren Axialkolbenmotor 501 angeordnet sind.
[105] Zusätzlich kann die Prozessluft durch einen Kontakt mit weiteren Baugruppen des Axi- alkolbenmotors 501, welche gekühlt werden müssen, weiter vorgewärmt bzw. erhitzt werden, wie dies ebenfalls bereits erläutert ist. Die auf diese Weise verdichtete und erhitzte Prozessluft wird dann der Brennkammer 510 in bereits erläuterter Weise aufgegeben, wodurch der Wirkungsgrad des weiteren Axialkolbenmotors 501 weiter erhöht werden kann.
[106] Jeder der Arbeitszylinder 520 des Axialkolbenmotors 501 ist über einen Schusskanal 515 mit der Brennkammer 510 verbunden, sodass ein gezündetes Brennmittel-Gemisch bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Brennkammer 510 heraus über die Schusskanäle 515 in den jeweiligen Arbeitszylinder 520 gelangen und als Arbeitsmedium an den Arbeitskolben 530 Arbeit verrichten kann.
[107] Insofern kann das aus der Brennkammer 510 ausströmende Arbeitsmedium über we- nigsten einen Schusskanal 515 sukzessive wenigstens zwei Arbeitszylindern 520 zugeführt werden, wobei je Arbeitszylinder 520 ein Schusskanal 515 vorgesehen ist, der über einen Steuerkolben 531 geschlossen und geöffnet werden kann. Somit ist die Anzahl der Steuerkolben 531 des weiteren Axialkolbenmotors 501 von der Anzahl der Arbeitszylinder 520 vorgegeben. Ein Verschließen des Schusskanals 515 geschieht hierbei über den Steuerkolben 531 auch mit sei- nem Steuerkolbendeckel 532. Angetrieben wird der Steuerkolben 531 mittels einer Steuerkol- benkurvenbahn 533, wobei ein Abstandhalter 534 für die Steuerkolbenkurvenbahn 533 zu der Antriebwelle 541 vorgesehen ist, der insbesondere auch einer thermischen Entkopplung dient. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel des weiteren Axialkolbenmotors 501 kann der Steuerkolben 531 eine im Wesentlichen axial gerichtete Hubbewegung 543 durchführen. Jeder der Steu- erkolben 531 ist hierzu mittels nicht weiter bezifferter Gleitsteine, die in der Steuerkolbenkur- venbahn 533 gelagert sind, geführt, wobei die Gleitsteine jeweils einen Sicherungsnocken aufweisen, der in einer nicht weiter bezifferten Führungsnut hin und her läuft und ein Drehen in dem Steuerkolben 531 verhindert.
[108] Da der Steuerkolben 531 im Bereich des Schusskanals 515 mit dem heißen Arbeitsme- dium aus der Brennkammer 510 in Kontakt kommt, ist es vorteilhaft, wenn der Steuerkolben 531 wassergekühlt ist. Hierzu weist der weitere Axialkolbenmotor 501 insbesondere im Bereich des Steuerkolbens 531, eine Wasserkühlung 538 auf, wobei die Wasserkühlung 538 innere Kühlkanäle 545, mittlere Kühlkanäle 546 und äußere Kühlkanäle 547 umfasst. Derart gut gekühlt kann der Steuerkolben 531 betriebssicher in einem entsprechenden Steuerkolbenzylinder bewegt werden.
[109] Die Schusskanäle 515 und die Steuerkolben 531 können konstruktiv besonders einfach bereitgestellt werden, wenn der weitere Axialkolbenmotor 501 einen Schusskanalring 539 aufweist. Der Schusskanalring 539 weist hierbei eine Mittelachse auf, um welche konzentrisch herum insbesondere die Teile der Arbeitszylinder 520 und der Steuerkolbenzylinder angeordnet sind. Zwischen jedem Arbeitszylinder 520 und Steuerkolbenzylinder ist ein Schusskanal 515 vorgesehen, wobei jeder Schusskanal 515 räumlich mit einer Ausnehmung (hier nicht beziffert) eines Brennkammerbodens 548 der Brennkammer 510 verbunden ist. Insofern kann das Arbeitsmedium aus der Brennkammer 510 heraus über die Schusskanäle 515 in die Arbeitszylinder 520 hinein gelangen und dort Arbeit verrichten, mittels welcher auch die Verdichterkolben 550 bewegt werden können. Es versteht sich, dass je nach konkreter Ausgestaltung noch Be- schichtungen und Einsätze vorgesehen sein können, um insbesondere den Schusskanalring 539 bzw. sein Material vor einem direkten Kontakt mit korrosiven Verbrennungsprodukten oder mit zu hohen Temperaturen zu schützen.
[110] Es versteht sich, dass der weitere Axialkolbenmotor 501 beispielsweise ebenfalls mit wenigstens einem Brennmittelspeicher und entsprechenden Ventilen ausgerüstet werden kann, wobei dies in dem konkreten Ausführungsbeispiel nach der Figur 6 jedoch nicht explizit gezeigt ist.
[111] Auch bei dem weiteren Axialkolbenmotor kann der Brennmittelspeicher in doppelter Ausführung vorgesehen werden, um komprimierte Brennmittel mit unterschiedlichen Drücken speichern zu können. Die zwei vorhandenen Brennmittelspeicher können hierbei an entsprechenden Druckleitungen der Brennkammer 510 angeschlossen sein, wobei die Brennmittelspeicher über Ventile mit den Druckleitungen fluidisch verbindbar oder trennbar sind. Insbesondere können zwischen den Arbeitszylindern 520 bzw. Verdichterzylindern 560 und dem Brennmit- telspeicher Absperrventile oder Drosselventile bzw. Regel- oder Steuerventile vorgesehen sein. Beispielsweise können die vorgenannten Ventile bei Anfahr- oder Beschleunigungssituationen sowie zum Starten entsprechend geöffnet oder geschlossen werden, wodurch der Brennkammer 510, zumindest für einen begrenzten Zeitraum, ein Brennmittelüberschuss zur Verfügung gestellt werden kann. Die Brennmittelspeicher sind fluidisch vorzugsweise zwischen einem der Verdichterzylinder und einem der Wärmeübertrager zwischengeschaltet. Die beiden Brennmittelspeicher werden idealerweise mit unterschiedlichen Drücken betrieben, um hierdurch die von dem weiteren Axialkolbenmotor 501 in Form von Druck bereitgestellte Energie sehr gut nutzen zu können. Hierzu können die vorgesehenen Druckobergrenze und Druckuntergrenze am ersten Brennmittelspeicher mittels einer entsprechenden Druckregelung unterhalb der Druckobergren- zen und Druckuntergrenzen des zweiten Brennmittelspeichers eingestellt sein. Es versteht sich, dass hierbei an den Brennmittelspeichern mit unterschiedlichen Druckintervallen gearbeitet werden kann.
[112] Figur 7 zeigt eine Wärmeübertragerkopfplatte 3020 welche für die Verwendung für einen Wärmeübertrager für einen Axialkolbenmotor, insbesondere für einen Wärmeübertrager nach Figur 5, geeignet ist. Die Wärmeübertragerkopfplatte 3020 umfasst zwecks Montage und Anschluss an einem Auslasskrümmer eines Axialkolbenmotors einen Flansch 3021 mit entsprechenden in einem Lochkreis angeordneten Bohrungen 3022 im radial außen liegenden Bereich der Wärmeübertragerkopfplatte 3020. Im radial innen liegenden Bereich des Flansches 3021 befindet sich die Matrize 3023, welche zahlreiche als Rohrsitze 3024 ausgeführte Bohrungen zur Aufnahme von Rohren, wie Beispielsweise den Röhrchen 872 aus Figur 7, aufweist.
[113] Die gesamte Wärmeübertragerkopfplatte 3020 ist vorzugsweise aus demselben Werkstoff gefertigt, aus welchem auch die Rohre bzw. die Röhrchen 872 gebildet sind, um zu gewährleisten, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient im gesamten Wärmeübertrager möglichst homogen ist und hiermit thermische Wärmespannungen im Wärmeübertrager minimiert werden. Kumulativ hierzu kann das Mantelgehäuse des Wärmeübertragers ebenfalls aus einem der Wärmeübertragerkopfplatte 3020 oder den Rohren entsprechenden Werkstoff hergestellt werden. Die Rohrsitze 3024 können beispielsweise mit einer Passung ausgeführt werden, sodass die in diesen Rohrsitzen 3024 montierten Rohre mittels einer Presspassung eingesetzt werden.
[114] Alternativ hierzu können die Rohrsitze 3024 auch derart ausgeführt werden, dass eine Spielpassung oder eine Übergangspassung realisiert wird. Somit kann auch eine Montage der Rohre in den Rohrsitzen 3024 durch eine stoffschlüssige statt einer kraftschlüssigen Verbindung erfolgen. Der Stoffschluss wird hierbei vorzugsweise durch Schweißen oder Löten bewerkstelligt, wobei als Lot oder Schweißwerkstoff ein der Wärmeübertragerkopfplatte 3020 oder den Rohren entsprechender Werkstoff verwendet wird. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass Wärmespannungen in den Rohrsitzen 3024 durch homogene Wärmeausdehnungskoeffizienten mini- miert werden können.
[115] Es ist bei dieser Lösung auch möglich, Rohre in den Rohrsitzen 3024 per Presssitz zu montieren und zusätzlich hierzu zu verlöten oder zu verschweißen. Durch diese Art der Montage kann auch eine Dichtigkeit des Wärmeübertragers gewährleistet werden, sofern unterschiedliche Werkstoffe für die Rohre und die Wärmeübertragerkopfplatte 3020 verwendet werden, da die Möglichkeit besteht, dass durch die sehr hohen auftretenden Temperaturen von über 10000C eine alleinige Verwendung einer Presspassung wegen unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten unter Umständen versagen kann.
Bezugszeichenliste:
201 Axialkolbenmotor 427 Auslass
205 Gehäusekörper 430 Arbeitskolben
210 Brennkammer 435 Pleuelstange
5 215 Schusskanal 35 440 Kurvenbahn
220 Arbeitszylinder 441 Abtriebswelle
225 Abgaskanal 442 Abstandhalter
227 Auslass 450 Verdichterkolben
230 Arbeitskolben 455 Druckleitung
10 235 Pleuelstange 40 456 Ringkanal
240 Kurvenbahn 457 Zuleitung
241 Abtriebs welle 460 Verdichterzylinder
242 Abstandhalter 470 Wärmeübertrager
250 Verdichterkolben 480 Brennmittelspeicher
15 255 Druckleitung 45 481 Speicherleitung
257 Zuleitung 485 Ventil
260 Verdichterzylinder 501 Axialkolbenmotor
270 Wärmeübertrager 502 Hauptbrennrichtung
301 Axialkolbenmotor 503 Symmetrieachse
20 305 Gehäusekörper 50 504 Verbrennungsluftzufuhr
310 Brennkammer 505 Gehäusekörper
315 Schusskanal 506 keramische Baugruppe
320 Arbeitszylinder 507 keramische Brennkammerwand
325 Abgaskanal 508 profiliertes Rohr
25 370 Wärmeübertrager 55 509 Kühlluftkammer
401 Axialkolbenmotor 510 Brennkammer
405 Gehäusekörper 51 1 Hauptdüse
410 Brennkammer 512 Aufbereitungsdüse
415 Schusskanal 513 konische Kammer
30 420 Arbeitszylinder 60 514 zylindrische Kammer
425 Abgaskanal 515 Schusskanal 516 erste Strahlrichtung 25 545 innere Kühlkanäle
517 Vorbrenner 546 mittlere Kühlkanäle
518 Hauptbrenner 547 äußere Kühlkanäle
519 weitere Strahlrichtung 548 Brennkammerboden
5 520 Arbeitszylinder 550 Verdichterkolben
521 Prozessluftzufuhr 30 560 Verdichterzylinder
522 weitere Verbrennungsluftzufuhr 592 Vorkammertemperatursensor
523 Löcherkranz 593 Abgastemperatursensor
524 Kühlluftkammerzufuhr 870 Wärmeübertrager
10 525 Abgaskanal 871 Abgasraum
526 Brennraum 35 872 Röhrchen
530 Arbeitskolben 873 Zuluftraum
531 Steuerkolben 874 Abluftraum
532 Steuerkolbendeckel 875 Öffnung
15 533 Steuerkolbenkurvenbahn 876 Abgaseingang
534 Abstandhalter 40 877 Abgasausgang
535 Pleuelstange 878 Umlenkplatten
536 Pleuellaufräder
537 Antriebskurvenbahnträger 3020 Wärmeübertragerkopfplatte
20 538 Wasserkühlung 3021 Flansch
539 Schusskanalring 45 3022 Montagebohrung
540 Kurvenbahn 3023 Matrize
541 Abtriebswelle 3024 Rohrsitz
543 Hubbewegung

Claims

Patentansprüche:
1. Axialkolbenmotor mit einer Brennmittelzufuhr und einer Abgasabfuhr, die wärmeüberta- gend miteinander gekoppelt sind, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Wärmeübertrager.
2. Axialkolbenmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager axial angeordnet sind.
3. Axialkolbenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens vier Kolben, wobei die Abgase wenigstens zweier benachbarter Kolben in jeweils einen Wärmeübertrager geleitet werden.
4. Axialkolbenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase dreier Kolben in einen gemeinsamen Wärmeübertrager geleitet werden.
5. Axialkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Kolben, wobei die Abgase jedes Kolbens in jeweils einen Wärmeübertrager geleitet werden.
6. Axialkolbenmotor mit einer Brennmittelzufuhr und einer Abgasabfuhr, die wärmetau- sehend miteinander gekoppelt sind, insbesondere auch nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Wärmeübertragerisolation.
7. Axialkolbenmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerisolation zwischen Wärmeübertrager und Umgebung des Axialkolbenmotors einen maximalen Temperaturgradienten von 400 °C belässt.
8. Axialkolbenmotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außentemperatur des Axialkolbenmotors im Bereich der Wärmeübertragerisolation 500 0C nicht übersteigt.
9. Axialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerisolation zumindest eine Komponente aus einem von dem Wärmeübertrager abweichenden Material umfasst.
10. Axialkolbenmotor mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Verdichterstufe, mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Expanderstufe, mit wenigstens einer Brennkammer zwischen der Verdichterstufe und der Expanderstufe und mit wenigstens einem Wärmeübertrager, wobei der wärmeaufnehmende Teil des Wärmeübertragers zwi- sehen der Verdichterstufe und der Brennkammer angeordnet ist und der wärmeabgebende
Teil des Wärmeübertragers zwischen der Expanderstufe und einer Umgebung angeordnet ist, insbesondere auch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeaufnehmende und/oder der wärmeabgebende Teil des Wärmeübertragers stromabwärts und/oder stromaufwärts Mittel zur Aufgabe wenigstens eines Flui- des aufweist.
1 1. Axialkolbenmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser und/oder Brennstoff ist.
12. Axialkolbenmotor nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im wärmeabgebenden Teil des Wärmeübertragers oder stromabwärts des wärmeabgebenden Teils des Wärmeübertragers ein Wasserabscheider angeordnet ist.
13. Axialkolbenmotor mit wenigstens einem Verdichterzylinder, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und mit wenigstens einer Druckleitung, durch welche verdichtetes Brennmittel von dem Verdichterzylinder zu dem Arbeitszylinder geleitet wird, insbesondere auch nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Brennmittelspeicher, in welchem verdichtetes Medium zwischengespeichert werden kann.
14. Axialkolbenmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennmittelspeicher zwischen dem Verdichterzylinder und einem Wärmeübertrager vorgesehen ist.
15. Axialkolbenmotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichterzylinder und dem Brennmittelspeicher ein Ventil angeordnet ist.
16. Axialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Brennmittelspeicher und dem Arbeitszylinder ein Ventil angeordnet ist.
17. Axialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens zwei Brennmittelspeicher.
18. Axialkolbenmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Brennmittelspeicher mit unterschiedlichen Drücken beladen werden.
5 19. Axialkolbenmotor nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Druckregelung, die für den ersten Brennmittelspeicher eine erste Druckuntergrenze und eine erste Druckobergrenze und für den zweiten Brennmittel Speicher eine zweite Druckuntergrenze und eine zweite Druckobergrenze festlegt, innerhalb derer ein Brennmittelspeicher mit Drücken beladen wird, wobei die erste Druckobergrenze unter der zweiten Druckobergrenze und 10 die erste Druckuntergrenze unter der zweiten Druckuntergrenze liegt.
20. Axialkolbenmotor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckobergrenze kleiner oder gleich der zweiten Druckuntergrenze ist.
21. Axialkolbenmotor mit wenigstens einem Arbeitszylinder, der aus einer kontinuierlich arbeitenden Brennkammer, die eine Vorbrennkammer und eine Hauptbrennkammer um-
15 fasst, gespeist wird und der einen Abgasauslass aufweist, insbesondere auch nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorbrennkammertemperatur- sensor zur Bestimmung der Temperatur in der Vorbrennkammer.
22. Axialkolbenmotor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbrennkam- mertemperatursensor eine Flammtemperatur in der Vorbrennkammer bestimmt.
20 23. Axialkolbenmotor nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch eine Brennkammerregelung, welche den Vorbrennkammertemperatursensor als Eingangssensor umfasst und die Brennkammer derart regelt, dass die Vorkammertemperatur zwischen 1.000 0C und 1500 0C liegt.
24. Axialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet durch einen 25 Abgastemperatursensor zur Bestimmung der Abgastemperatur.
25. Axialkolbenmotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammerregelung den Abgastemperatursensor als Eingangssensor umfasst und die Brennkammer derart regelt, dass die Abgastemperatur in einem Betriebszustand zwischen 850 0C und 1.200 0C liegt.
26. Axialkolbenmotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand ein Leerlauf ist.
27. Axialkolbenmotor mit wenigstens einem Verdichterzylinder, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und mit wenigstens einer Druckleitung, durch welche verdichtetes Brennmittel von dem Verdichterzylinder zu dem Arbeitszylinder geleitet wird, insbesondere auch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichterzylinder während eines Saughubs eines in dem Verdichterzylinder angeordne- ten Verdichterkolbens Wasser oder Wasserdampf aufgegeben wird.
28. Axialkolbenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine innere kontinuierliche Verbrennung (ikV).
29. Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Verdichterstufe, mit einer wenigstens einen Zylinder umfassenden Expanderstufe, mit wenigstens einer Brennkammer zwischen der Verdichterstufe und der
Expanderstufe und mit wenigstens einem Wärmeübertrager, wobei der wärmeaufnehmende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Verdichterstufe und der Brennkammer angeordnet ist und der wärmeabgebende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Expanderstufe und einer Umgebung angeordnet ist, insbesondere auch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem durch den
Wärmeübertrager strömende Brennmittelstrom und/oder dem durch den Wärmeübertrager strömende Abgasstrom wenigstens ein Fluid aufgegeben wird.
30. Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser und/oder Brennstoff aufgegeben werden.
31. Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid stromabwärts und/oder stromaufwärts des Wärmeübertragers aufgegeben wird.
32. Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass abgeschiedenes Wasser dem Brennmittelstrom und/oder dem Abgasstrom erneut aufgegeben wird.
33. Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabe von Wasser und/oder Brennstoff zu einem definierten Zeitpunkt vor einem Stillstand des Axialkolbenmotors gestoppt wird und der Axialkolbenmotor bis zum Stillstand ohne eine Aufgabe von Wasser und/oder Kraftstoff betrieben wird.
34. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers eines Axialkolbenmotors, welcher eine wenigstens einen Zylinder umfassende Verdichterstufe und eine wenigstens einen
Zylinder umfassende Expanderstufe sowie wenigstens eine Brennkammer zwischen der Verdichterstufe und der Expanderstufe aufweist, wobei der wärmeaufnehmende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Verdichterstufe und der Brennkammer angeordnet ist und der wärmeabgebende Teil des Wärmeübertragers zwischen der Expanderstufe und einer Umgebung angeordnet ist, und mit wenigstens einer den wärmeabgebenden Teil von dem wärmeaufnehmenden Teil des Wärmeübertragers abgrenzenden Wandung eines Rohres zur Trennung zweier Stoffströme, insbesondere auch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr in wenigstens einer aus einem dem Rohr entsprechenden Werkstoff bestehenden Matrize angeordnet wird und stoff- schlüssig und/oder kraftschlüssig mit dieser Matrize verbunden wird.
35. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss zwischen dem Rohr und der Matrix durch Schweißen oder Löten erfolgt.
36. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach den Ansprüchen 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss zwischen dem Rohr und der Matrix durch
Schrumpfen erfolgt.
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