DE1601457A1

DE1601457A1 - Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine fuer den Fahrantrieb und mit zusaetzlichen mechanische Leistung aufnehmenden Aggregaten

Info

Publication number: DE1601457A1
Application number: DE19671601457
Authority: DE
Inventors: Jakob Wagner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1967-12-15
Publication date: 1970-07-30
Also published as: US3554849A; FR1595085A

Description

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(s 287) . s 67/083

14.12.1967 Uib/Kr

Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine für den Fahrantrieb und mit zusätzlichen mechanische Leistung aufnehmenden Aggregaten

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine für den Fahrantrieb und mit mindestens einem eine zusätzliche mechanische Leistung aufnehmenden Aggregat, wie z.B. einem Gebläse, elektrischen Generator, oder einer Pumpe (auch für Hydrogetriebe), oder einer Kompressionskältemaschine. Derartige Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt und weit verbreitet. Dabei ist die mechanische Leistung für die zusätzlichen Aggregate der mechanischen Leistung der Brennkraftmaschine für den Fahrantrieb, z.B. direkt oder indirekt, d.h. durch Energieumwandlung, entnommen. Diese Leistungsabgabe der Brennkraftma-

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schine schmälert naturnotwendig die mechanische Leistung, die für den Fahrantrieb zur Verfügung steht. Außerdem wird zur Aufbringung dieser zusätzlichen mechanischen Leistung in der Brennkraftmaschine eine zusätzliche, der Größe dieser Leistung entsprechende Kraftstoffmenge verbraucht. Pur all die Betriebsfälle, bei denen eine volle mechanische Leistung der Brennkraftmaschine an ihrer Welle für den Fahrantrieb zur Verfügung stehen muß, tritt eine Abgabe von mechanischer Leistung an zusätzliche Aggregate besonders nachteilig in Erscheinung. Die Erfindung geht auf den erkenntnisreichen Gedanken zurück, daß die geschilderten Nachteile überwindbar und eine Reihe zusätzlicher Vorteile erreichbar sind, wenn die von Anlagen mit stationären Großgasmaschinen bekannten Anregungen, die Abgaswärme derselben auszunutzen, aufgegriffen werden und dazu in sinn- * voller Weitergestaltung erfindungsgemäß vorgesehlagen wird, für Kraftfahrzeuge der eingangs beschriebenen Art zur Aufbringung von zumindest einem Teil der mechanischen Leistung für die Aggregate eine von der Abwärme der Brennkraftmaschine betriebene Kaltdampfkraftmaschine vorzusehen. Wegen der besonderen Vorteile wird weiter vorgeschlagen, daß ein Wärmetauscher als Vorwärmer des Kaltdampfmittels und als ölkühler für die Brennkraftmaschine und ein Wärmetauscher als mittels der Abgase der Brennkraftmaschine beheizbarer Dampferzeuger für das Kaltdampf-/ mittel in dem Kreislauf der Kaltdampfmaschine vorgesehen sind.

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Insbesondere wegen einer Erleichterung und größeren Sicherheit bei der Inbetriebsetzung der Anlage ist es zweckmäßig, daß die Kaltdampfmittelleitungen vom Verflüssiger zur Pumpe und zum Dampferzeuger natürliches Gefälle aufweisen und in letzterer eine Absperrvorrichtung vorgesehen ist. Dadurch wird insbesondere ermöglicht, daß vor jeder Inbetriebsetzung der Kaltdampfro&schine der Dampferzeuger mit der erforderlichen flüssigen Kaltdampfmittelmenge versorgbar ist. Vornehmlich um bei Stillstandszeiten der Antriebsmaschine der Kaltdampfkraftmaschine die ölkühlung der Brennkraftmaschine durch das Kaltdampfmittel voll aufrecht zu erhalten, ist es' zweckmäßig, die Kaltdampfmittelleitung zum Verflüssiger^%mit der Kaltdampfmittelleitung vom Ölkühler und die Kaltdampfmittelleitung vom Verflüssiger mit der Kaltdampfmittelleitung zum Ölkühler miteinander verbindbar auszugestalten. Als eine zweckmäßige Ausbildung dazu wird ferner vorgeschlagen, daß in den Kaltdampfralttelleitungen je ein Dreiwegeventil angeordnet ist, deren dritte Wege mit der Kaltdampfmittelaustrittsleitung der Entspannungsmaschine bzw. mit der Kaltdampfmittelzuleitung zur Kaltdampfmittelpumpe verbunden sind. Zu einer weiteren vorteilhaften Ausbildung gehört ferner ein Dampferzeuger, der eine regelbare Abgasbeheizung aufweist.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag sind außer einer Erhöhung der Pahrantriebsleistung und einer Herabsetzung des

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Kraftstoffverbrauchs u.a. folgende thermische, mechanische und bauliche Vorteile erreichbar. Dient z.B. die Entspannungsmaschine der Kaltdampfkraftmaschine zum Antrieb der Kühlanlage der Brennkraftmaschine, wie eines Gebläses oder Ventilators zur Erzeugung eines Kühlluftstromes und einer Umwälzpumpe, so ist die erzielbare Leistung der Entspannungsmaschine und damit die Kühlwirkung für die Brennkraftmaschine direkt abhängig von der thermischen Belastung der Brennkraftmaschine und weitgehend unabhängig von deren Drehzahl. Damit kann nunmehr in fortschrittlicher Weise eine voll belastete, aber mit niederer Drehzahl arbeitende Brennkraftmaschine, deren Abgaswärme groß ist, durch intensivierte Kühlstromleistung verbessert gekühlt werden, während eine bekanntermaßen schädliche Unterkühlung einer mit hoher Drehzahl, Jedoch geringer Belastung laufenden Brennkraftmaschine durch eine mit der geringeren Abwärme verbundene Verminderung der Kühlstromwirkung vermeidbar ist. Auch für alle anderen Anwendungsfälle ist die Drehzahl der Entspannungsmaschine und damit die Drehzahl des Aggregatantriebs unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und damit auch unabhängig von den großen DrehzahlSchwankungen einer Brennkraftmaschine für einen Fahrzeugantrieb. Neben einer Drehzahlkonstanthaltung ist ferner auch eine stufenlose Drehzahlregelung des Aggregatantriebs möglich, beides auf einfachste Weise durch Regelung der Abgaszuführung zum Dampferzeuger mittels einer

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einfachen Klappe in der Abgasleitung» Da der Entspannungsmaschine und damit den Aggregaten eine gegenüber der Brennkraftmaschine weit höhere Drehzahl zugeordnet werden kann, ist bei gleicher Leistung eine im Fahrzeugbau erstrebenswerte Verringerung von Gewicht- und Raumbedarf erreichbar. Außerdem ist die räumliche Anordnung der von der Entspannungsmaschine betriebenen Aggregate unabhängig von Ort und Lage der Brennkraftmaschinenwelle, wodurch sich diese ohne die bisherige Rücksichtnahme auf die Führung der mechanischen Antriebsmittel, wie Keilriemen, in der zweckmäßigsten Weise unterbringen lassen. Dabei besteht auch die Möglichkeit, jedes der Aggregate an seinem günstigsten Platz anzuordnen und mittels eigener, parallel geschalteter Entspannungsmaschinen anzutreiben. Als Kaltdampfmittel eignen sich toxisch unbedenkliche, sogenannte Kältemittel, die zur Aufheizbarkeit durch die Abgase genügende thermische Beständigkeit besitzen und deren Siedetemperatur höher als die Außenlufttemperatur aber zweckmäßigerweise niedriger als die Schmierölbetriebstemperatur ist, so daß bei der ölkühlung ein intensiver Wärmetausch zwischen Flüssigkeiten gegeben ist. Als Entspannungsmaschinen eignen sich grundsätzlich alle Arten von Dampfmotoren, jedoch solche mit rotierendem Verdränger in bevorzugter Weise.

In der Figur ist an einem Beispiel das Erfindungswesentliche schematisch veranschaulicht. Die Kaltdampfkraftma-

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schine besteht dabei wie üblich aus einer Flüssigkeitspumpe 1,. einem Dampferzeuger 2, einer Entspannungsmaschine 3> einem Verflüssiger 4 und außerdem aus einem Vorwärmer 5* die zu einem Kaltdampfmittelkreislauf zusammengeschaltet sind. In der zum Verflüssiger 4 führenden Dampfleitung 6 befindet sich ein Dreiwegeschaltorgan 7* in das einerseits eine vom Vorwärmer 5 kommende Dampfleitung 8 und andrerseits die Austrittsleitung 9 von der Entspannungsmaschine 3 einmünden. In der vom Verflüssiger 4 ausgehenden Flüssigkeitsleitung 10 ist ein Mehrwegeschaltorgan 11 angeordnet, durch das die Flüssigkeitsleitung 10 entweder mittels einer Leitung 12 mit der Saugseite der Flüssigkeitspumpe 1 oder mittels einer die Pumpe 1 umgehenden Leitung 13 oder mittels einer Leitung 14 mit dem Dampferzeuger 2 verbindbar ist. Der Vorwärmer 5 ist mittels einer Leitung 15* in die die Leitung 13 einmündet, mit der Druckseite der Pumpe 1 und mittels einer Leitung 16, von der die Leitung 8 abzweigt, mit dem Dampferzeuger 2 verbunden. Von diesem führt eine Leitung 17 zur Eintrittsseite der Entspannungsmasehine 3· Der Dampferzeuger 2 ist von dem von einer Brennkraftmaschine 18 durch die Leitung 19 abgeführten Abgasstrom beheizbar. In dieser Abgasleitung 19 befindet sich eine regelbare Klappe 20, durch deren veränderbare Stellung der Abgasstrom ganz oder teilweise zum Dampferzeuger 2 oder ganz oder teilweise an diesem vorbei durch die Leitung 21 ins Freie geleitet werden kann. Der Vorwärmer 5

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für das Kaltdampfmittel dient gleichzeitig als Kühler für das Schmieröl der Brennkraftmaschine 18.

Für den Betrieb der Anlage ergeben sich grundsätzlich folgende Verhältnissei

Vor Inbetriebnahme der Kaltdampfkraftmaschine muß dafür gesorgt werden, daß im Dampferzeuger 2 eine ausreichende Flüssigkeitsmenge vorhanden ist. Dies ist durch Ablassen von Flüssigkeit aus dem Verflüssiger 4 durch die Leitungen 10 und 14 in den Dampferzeuger 2 erreichbar. Vor dem Einleiten der Abgase der Brennkraftmaschine 18 in den Dampferzeuger 2 mittels der Klappe 20 sind alle Kaltdampfmittel-Leitungen durch die Umschaltorgane verschlossen. Zur Inbetriebnahme der Kaltdampfmaschine wird hernach nach dem Anlaufenlassen einer kalten Brennkraftmaschine 1δ die Klappe 20 in die gezeichnete Stellung gebracht, so daß die Abgase, die unmittelbar nach dem Anlaufenlassen der Brennkraftmaschine die zur Verdampfung des Kaltdampfmittels erforderliche Temperatur haben, zum Dampferzeuger 2 geleitet werden, wodurch das Kaltdampfmittel verdampft und somit auf höheren Druck gebracht wird. Bei ausreichendem Überdruck im Dampferzeuger 2 bewirkt die durch Verbindung der Austrittsleitung 9 mit der Leitung 6 und somit mit dem Verflüssiger 4 entstehende Druckdifferenz zwischen der Eintritts- und der Austrittsseite der Entspannungsmaschine J>, daß diese anläuft. Damit setzt sich auch die Pumpe 1 in Bewegung, die nach Verbindung der Leitung 10 mit der Leitung 12 aus dem Verflüssiger 4 Flüssigkeit

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•in den Verdampfer 2 pumpt. Damit ist ein Kreislauf gebildet, in dem die Kaltdampf-Kraftmaschine mit Leistungsüberschuß arbeitet, so daß von der Welle 22 der Entspannungsmaschine 3 verschiedene Aggregate angetrieben werden können. Solange die Schmieröltemperatur der Brennkraftmaschine 18 noch nicht.annähernd die richtige Betriebstemperatur erreicht hat, kann zweckmäßigerweise die Leitung 15 mit der Leitung 16 kurzgeschlossen sein. Erst bei Überschreitung einer gewissen Schmieröltemperatur kann ein Thermostat diese Kurzschlußverbindung, die nicht eingezeichnet ist, unterbrechen, wodurch das Kaltdampfmittel von der Pumpe 1 durch den Vorwärmer 5 und damit durch den Ölkühler zum Verdampfer 2 gepumpt wird. Pur den Fall, daß während des Betriebs der Brennkraftmaschine 18 die Entspannungsmaschine 3 stillgesetzt werden soll, ist die Leitung mit der Leitung 8 und die Leitung 10 mit der Leitung 1j5 zu verbinden, so daß zwischen dem Verflüssiger 4 und dem Vorwärmer 5 ein direkter Kreislauf hergestellt ist, durch den die ölkühlung im Vorwärmer 5 voll wirksam bleibt. Um dabei die Abgase durch die Leitung 21 abzuführen, ist die Klappe 20 in die strichlierte Stellung gebracht. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 16 ist zunächst die Leitung 10 vom Verflüssiger ^l\ abzuschliessen. Dermaßen kann das an den betriebswarmen Wärmetauschern 2 und 5 nachverdampfende Kaltdampfmittel in den Verflüssiger steigen, wo es kondensiert wird und somit den Plüssig-

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keitsvorrat für das nächste Anlaufen bildet. Dabei ist es ein weiterer Vorteil, daß auch die Entspannungsmaschine und damit die Aggregate über den Stillsetzungszeitpunkt der Brennkraftmaschine hinaus durch Ausnutzung von von den Abgasen abgegebener, in der Anlage gespeicherter Wärme weiterbetrieben werden können. Da der Thermostat die Kurzschlußverbindung zwischen den Leitungen 15 und 16 unterbrochen hält, so lange das Schmieröl der Brennkraftmaschine 18 Betriebstemperatur hat, ist beim Wiederanlauf enlas sen einer betriebswarmen Brennkraftmaschine sowohl durch Verbindung zu Leitungen 10 und 1j5 die ölkühlung derselben sofort wirksam, als auch eine Inbetriebnahme der Kaltdampfkraftmaschine durch Einschaltung derselben in den Kreislauf sofort möglich.

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Claims

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(s 287)

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Patentansprüche

1.\Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine für den Fahr- ^_^y antrieb und mit mindestens einem eine zusätzliche mechanische Leistung aufnehmenden Aggregat, wie z.B. einem Gebläse, elektrischen Generator oder einer Pumpe, oder einer Kompressionskältemaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung von zumindest einem Teil der mechanischen Leistung für die Aggregate eine von der Abwärme der Brennkraftmaschine betriebene Kaltdampfkraftmaschine vorgesehen ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher als Vorwärmer für das Kaltdampfmittel und als ölkühler für die Brennkraftmaschine und ein Wärmetauscher als mittels der Abgase der Brennkraftmaschine beheizbarer Dampferzeuger für das Kaltdampfmittel vorgesehen sind.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltdampfmittelleitungen vom Verflüssiger zur Pumpe und zum Dampferzeuger natürliches Gefälle aufweisen und in letzterer eine Absperrvorrichtung vorgesehen ist.

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k. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltdampfmittelleitung zum Verflüssiger mit der Kaltdampfmittelleitung vom Ölkühler und die. Kaltdampfmittelleitung vom Verflüssiger mit der Kaltdampfmittelleitung zum Ölkühler miteinander verbindbar sind.

Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kaltdampfmittelleitungen je ein Dreiwegeventil angeordnet ist, deren dritte Wege mit der Kaitdampfmittelaustrittsleitung der Entspannungsmaschine bzw. mit der Kaltdampfmittelzuleitung zur Kaltdampfmittelpumpe verbunden sind.

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger eine regelbare Abgasbeheizung aufweist,

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