DE19625449A1

DE19625449A1 - Kombi-Verbundverfahren für Dieselmotoren

Info

Publication number: DE19625449A1
Application number: DE19625449A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr Ing Waberski; Theodor Eistert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-20

Description

Im Patentschrift 195 28 342 wurden dargestellt neue Verbundverfahren für Dieselmotoren welche erhöhen Leistung reduzieren Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission. Vor allem ermöglichen alle dort dargestellte Verfahren die positive Eigenschaften großen Dieselmotoren auf kleinere Einheiten übertragen Grundidee in dieser Verfahren ist Kopplung 2 oder 3 Zylinder zusammen in der Form eines großen aber geteilten Zylinders. Die Verbrennung ist in diesem Konzept konzentriert nur in den weniger Zylinder bezeichnet als Brennraumzylinder und andere Zylinder entspannen nur weiter Abgas von Brennraumzylinder ähnlich wie Turbine in der klassischen Turboverbundverfahren infolge dessen die Wärmverluste im Aggregat sind stark reduziert was Wirkungsgrad erhöht und Brennstoffverbrauch vermindert und treten viele andere Vorteile auf, welche genauer in Patentschrift 195 28 342 beschrieben sind.

Eine weitere Verbesserung alle Konzepten der Verbundverfahren in Patent 195 28 342 dargestellt kann man durch die Anwendung s. g. thermiodynamischen Kombi-Kreisprozesses zu erreichen. Die Kombi-Variante für neue Verbundverfahren wird jetzt kurz beschrieben.

In diesem Fall ist Wasser direkt in die Stauräume zwischen Brennraum- und Abgaszylinder oder in Abgaszylinder eingespritzt. Nach dem Verdampfung entsteht Abgas-Dampfgemisch welche in einem Kühler oder Kühlanlage stark abgekühlt bis Kondensierung ist. In einem Separator ist Wasser von Abgas-Dampfgemisch abgetrennt und wieder in Zylinder eingespritzt.

Infolge dessen das System arbeitet in einem halbgeschlossenem thermodynamischen Prozeß mit zwei thermodynamischen Träger, Luft/Brennstoff/Abgas in offenem Kreis und Wasser/Dampf in einem geschlossenem Kreisprozeß. Durch diese Verfahren die Wärmenergie akkumuliert in den Hochtemperaturabgasen ist in Arbeit umgewandelt und Abgasverluste weiter reduziert. Auch Wärmverluste weiter sinken, weil durch Absorbierung der Wärme durch Wasserverdämpfung, Wärmeströme in die Umgebung weiter sinken.

Der Fakt, daß einer thermodynamische Träger-Wasser/Dampf arbeitet in Clausius-Rankine Kreis prozeß, welche zum ideelle Carnot-Kreisprozeß genähert ist, bringt weitere Vorteil.

Nächste Vorteil liefern Abgaszylinder welche wie eine Dampfmaschine mit dem Abgas-Dampf gemisch arbeiten und erzeugen hohe Drehmomente bei den niedrigen Drehzahlen. Durch Wasserspielung des Abgases im Separator ist Schadstoffemission stark reduziert.

Bei neuen Verbundverfahren sind Kombi-Systeme in den folgenden Varianten anwenden:

1 Variante (Fig. 1) - 3 verbundene Zylinder mit gleichem Durchmesser

Drei Zylinder (Kolbenverdichter 13, Brennraumzylinder 14 und Abgastriebwerkzylinder 15) sind miteinander verbunden und bilden einen großen geteilten Zylinder. Kolbenverdichter (13) sowie Arbeittriebwerkzylinder (15) arbeiten in 2-Taktverfahren und Brennraumzylinder (14) in 4-Taktverfahren.

Die Wasser ist eingespritzt direkt in Stauraum (6) oder direkt in den Abgastriebwerkzylinder (15). Abgas-Dampfgemisch ist in dem Kühler oder Kühlanlage (10) bis die Kondensation abgekühlt und im Separator (9) Wasser von Abgas abgetrennt.

2 Variante (Fig. 2) - 3 verbundene Zylinder mit gleichem Durchmesser gekoppelt mit dem Turbolader

Bei dem Einsatz 3 Zylinder Konzept in den Fahrzeugen bei den Teillasten ist die Aufladung nur mit dem Kolbenverdichter, wie bei 1 Variante nicht wirtschaftlich, deswegen empfehlenswert eine Kopplung mit dem Turbolader ist. In diesem Variante Zylinder (17) arbeitet mit dem Lader (22) zusammen in der 2 Taktverfahren als Kolbenverdichter und mit Laderturbine (21) als Abgas triebwerkzylinder auch in 2 Taktverfahren. Infolge dessen das Aufladesystem arbeitet mehr flexi ble, weil Turbolader bei Teillasten fallt ab.

Die Wasser ist direkt im Stauraum (14) oder direkt in beide Zylinder Kolbenverdichter/Abgas triebwerkzylinder (17) und Abgastriebwerkzylinder (19) eingespritzt.

Abgas-Dampfgemisch ist in dem Kühler oder Kühlanlage (2, 7) bis die Kondensation abgekühlt und in Separator (3) von Wasser abgetrennt.

3 Variante (Fig. 3) - 2 verbundene Zylinder mit den verschiedenen Durchmesser gekoppelt mit dem Turbolader

Für größeren Leistungskonzentration und mehr kompakte Bauweise eines Dieselmotors bei Verbundverfahren mehr geeignet ist zu anwenden das Konzept 2 verbunden Zylinder mit den verschiedenen Durchmesser. Die beide Zylinder, Brennraumzylinder (18) und Zylinder mit dem großen Durchmesser (19) sind miteinander verbunden und bilden einen großen geteilten Zylinder. In diesem Fall der Zylinder mit dem größeren Durchmesser (19) arbeitet teilweise als Kolben verdichter und teilweise als Abgastriebwerkzylinder gekoppelt mit der Aufladegruppe (13, 14). Die Wasser ist direkt im Stauraum (2) oder direkt in den großen Zylinder (19) eingespritzt. Abgas-Dampfgemisch ist in dem Kühler oder Kühlanlage (16) bis die Kondensation abgekühlt und in Separator (17) von Wasser abgetrennt.

4 Variante (Fig. 4) - Eine Freikolbengaserzeuger Variante

Dieser Fall ist ein besonderer Fall von den Varianten 1, 2, 3 und geeignet vor allem für Antrieb größerer Energieanlagen, weil die Turbine sehr kompakte Aggregat ist.

Die große Zylinder (15) ist nur als Kolbenverdichter benutzt und für Abgasentspannung von Brennraumzylinder (13) eine Gasturbine (11) angewandt ist.

Die Wasser ist direkt in Stauraum eingespritzt. Abgas-Dampfgemisch ist im Kühler (10) bis Kondensation abgekühlt und im Separator (9) von Wasser abgetrennt.

5 Variante (Fig. 5) - Eine Treibgaserzeuger oder Turboverbundkolbentriebwerk Variante

Ein weiterer besondere Fall von den Varianten 1, 2, 3 bekannt als Treibgaserzeuger oder wenn Turbine durch Getriebe mit dem Kurbelwelle von Zylinder verbunden als Turboverbundkolben triebwerk. In diesem Fall ist Kolbenverdichter durch ein große Turbolader (1) ersetzt. Die Wasser ist direkt in Stauraum (5) eingespritzt. Abgas-Dampfgemisch ist im Kühler (10) abgekühlt und im Separator (9) von Wasser abgetrennt.

Bezugszeichenliste für Fig. 1

1 Luftsaugleitung für Kolbenverdichter
2 Verbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter und Kühler
3 Laderkühler
4 Verbindungsleitung zwischen Kühler und Brennraumzylinder
5 Verbindungsleitung zwischen Brennraumzylinder und Stauraum
6 Stauraum
7 Verbindungsleitung zwischen Stauraum und Abgastriebwerk
8 Wassereinspritzpumpe
9 Separator
10 Kühler oder Kühlanlage
11 Wasserverbindungsleitung zwischen Separator und Abgastriebwerk
12 Verbindungsleitung (für Abgas-Dampfgemisch) zwischen Separator und Abgastriebwerk
13 Kolbenverdichter
14 Brennraumzylinder
15 Abgastriebwerk
16 Ventile
17 Kolben

Bezugszeichenliste für Fig. 2

1 Verbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder und Separator für Abgas-Dampfgemisch
2 Kühler
3 Separator
4 Verbindungsleitung zwischen Separator und Laderturbine
5 Wassereinspritzpumpe
6 Wasserverbindungsleitung zwischen Separator und Kolbenverdichter/ Abgastriebwerkzylinder 17 sowie Abgastriebwerkzylinder 19
7 Kühler oder Kühlanlage
8 Verbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder 17 und Turbolader
9 Verbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder 17 und Kühler
10 Kühler
11 Verbindungsleitung zwischen Stauraum und Kolbenverdichter/Abgastriebwerk zylinder 17
12 Verbindungsleitung zwischen Kühler und Brennraumzylinder 18
13 Verbindungsleitung zwischen Brennraumzylinder 18 und Stauraum
14 Stauraum
15 Verbindungsleitung zwischen Stauraum und Abgastriebwerkzylinder 19
16 Ventile
17 Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder
18 Brennraumzylinder
19 Abgastriebwerkzylinder
20 Kolben
21 Laderturbine
22 Turbolader
23 Laderkühler

Bezugszeichenliste Fig. 3

1 Verbindungsleitung zwischen Brennraumzylinder und Stauraum
2 Stauraum
3 Verbindungsleitung zwischen Stauraum und Kolbenverdichter/Abgastriebwerk zylinder
4 Verbindungsleitung zwischen Brennraumzylinder und Kühler
5 Kühler
6 Verbindungsleitung zwischen Kühler und Kolbenverdichter/Abgastriebwerk zylinder
7 Ventile
8 Wasserverbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder und Separator
9 Wassereinspritzpumpe
10 Verbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder und Turboverdichter
11 Kühler
12 Verbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder und Separator
13 Turbolader
14 Laderturbine
15 Verbindungsleitung zwischen Laderturbine und Separator
16 Kühler oder Kühlanlage
17 Separator
18 Brennraumzylinder
19 Kolbenverdichter/Abgastriebwerkzylinder
20 Kolben

Bezugszeichenliste für Fig. 4

1 Luftansaugeleitung
2 Verbindungsleitung zwischen Kolbenverdichter und Kühler
3 Kühler
4 Verbindungsleitung zwischen Kühler und Brennraumzylinder
5 Verbindungsleitung zwischen Brennraumzylinder und Stauraum
6 Stauraum
7 Verbindungsleitung zwischen Stauraum und Separator
8 Wassereinspritzpumpe
9 Separator
10 Kühler oder Kühlanlage
11 Turbine
12 Verbindungsleitung zwischen Turbine und Separator
13 Brennraumzylinder
14 Kolben
15 Kolbenverdichter/Abgastriebwerk
16 Ventile

Bezugszeichenliste Fig. 5

1 Turboverdichter
2 Verbindungsleitung zwischen Turboverdichter und Brennraumzylinder
3 Kühler
4 Verbindungsleitung zwischen Brennraumzylinder und Stauraum
5 Stauraum
6 Wasserverbindungsleitung zwischen Stauraum und Separator
7 Wassereinspritzpumpe
8 Separator
9 Verbindungsleitung zwischen Stauraum und Turbine
10 Turbine
11 Verbindungsleitung zwischen Turbine und Separator für Abgas und Dampfgemisch
12 Kühler oder Kühlanlage
13 Ventile
14 Getriebe
15 Kolbe
16 Brennraumzylinder

Claims

Verbundverfahren für Viertakt-Dieselmotoren Konzept beschrieben in Patentschrift 195 28 342 erweitert sich dadurch, daß in s.g. Abgaszylinder oder Stauräume der Antriebsaggregaten ist direkt in heiße Abgas, Wasser eingespritzt und verdampfte Wasser in einem geschlossenen Kreislauf wieder abgekühlt, kondensiert, separiert und wieder für Einspritzung benutzt. Infolge dessen arbeitet Aggregat in der Verbundverfahren in einem halbgeschlossenen thermodyna mischen Kreisprozeß (Abgas in offenen und Wasser/Dampf in dem geschlossenem Kreisprozeß) in folgenden Varianten dadurch gekennzeichnet, daß
- 1 Variant (Fig. 1) - Wasser ist eingespritzt in den Stauraum (6) oder direkt in den Abgastriebwerk zylinder (15) gekoppelt mit Brennraumzylinder (14) Kolbenverdichter (13) in der Verbund verfahren beschrieben im Patentschrift 195 28 342.
- 2 Variant (Fig. 2) - Wasser ist eingespritzt in den Stauraum (2) oder direkt im Abgastriebwerk zylinder (19) sowie auch in Zylinder (17) welche in 2 Taktverfahren arbeitet als Kolben verdichter in der Verbindung mit einer Turbo-Aufladegruppe (21, 22) und in 2 Taktverfahren als Abgastriebwerk und alle Zylinder (17 - Kolbenverdichter /Abgas triebwerkzylinder, 18 - Brennraumzylinder, 19 - Abgastriebwerkzylinder) sind gekoppelt in der Verbundverfahren beschrieben im Patentschrift 195 28 342.
- 3 Variant (Fig. 3) - Wasser ist eingespritzt in den Stauraum (2) oder direkt in den Zylinder (19) mit größeren Durchmesser als Brennraumzylinder (18), welcher arbeitet kombiniert als Kolbenverdichter sowie als Abgastriebwerkzylinder in der Verbindung mit der Turboaufladegruppe (13, 14) und ist gekoppelt mit dem Brennraumzylinder (18) in der Verbundverfahren beschrieben im Patentschrift 195 28 342.
- 4 Variant (Fig. 4) - Spezielle Fall 1-3 Varianten wobei großer Zylinder arbeitet nur als Kolben verdichter (15) und seine Funktion als Arbeitstriebwerkzylinder ist durch eine Turbine (11) ersetzt (einen Freikolbengaserzeuger Variant). Wasser ist in Stauraum (6) vor Turbine eingespritzt.
- 5 Variant (Fig. 5) - Andere Variant von 4 Variant, wobei Kolbenverdichter ist durch einen großen Turboverdichter (1) ersetzt (einen Treibgaserzeuger Variant). Wasser ist auch in Stau raum eingespritzt. Im Fall wenn die Abgasturbine mit der Kurbelwelle von Kolben durch eine Getriebe verbunden ist, ist das Kombi-Turboverbundkolbenmotor.