DE3027415A1 - Diesel IC engine using exhaust heated air - has air compressed in cylinder and then re-admitted for completion of four or six stroke cycle - Google Patents

Abstract

The i.c. engine cycle admits air into the cylinder (1) during the downward stroke (a,b), compresses the air during the initial part (b,c) of the upward stroke (b,d) and then (at c) opens a valve (8) connecting the cylinder to an exhaust (6,4)-heated (15) heat exchanger (11). During the initial part (d,e) of the next downward stroke (d,g), the heated air is re-admitted (via 9,10) to the cylinder (from d to e) and fuel is injected (via 12 from e to f), ignites and causes expansion (from f to g), after which the subsequent upward stroke (g,h) exhausts the cylinder via the exhaust valve (6) connected (4) to the heat exchanger. Water may be injected (via 13 from b to c) and, instead of the above four-stroke cycle, it is possible to use a six-stroke cycle (RH diagram) re-admitting the air in two stages (d,e and h,i) each followed by fuel injection (e,f and i,k) and expansion (f,g and k,l).

Description

Verfahren zur Umwandlung von Brennstoffenergie Process for converting fuel energy

in mechanische Energie mit einem Verbrennungsmotor Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Brennstoffenergie in mechanische Energie mit einem Verbrennungsmotor, wobei in periodischer Reihenfolge Luft in einen Brennraum angesaugt, komprimiert, zusammen mit der komprimierten Luft zugeführten Brennstoff verbrannt wird und die bei der Verbrennung gebildeten Rauchgase unter Ausdehnung entspannt und aus dem Brennraum ausgeschoben werden. in mechanical energy with an internal combustion engine The invention relates to a method for converting fuel energy into mechanical energy with an internal combustion engine, with air in periodic order in a combustion chamber sucked in, compressed, fuel supplied together with the compressed air is burned and the flue gases formed during combustion with expansion relaxed and pushed out of the combustion chamber.

Ein nach diesem Prinzip arbeitenden Motor ist der Dieselmotor. Bei diesem wird der Brennstoff in die angesaugte und hochverdichtete Luft am Ende des Verdichtungshubes eingespritzt. Der Brennstoff entzündet sich infolge der hohen Verdichtungstemperatur von selbst. Dem bekannten Verfahren haftet jedoch ein prinzipieller Nachteil an. Der Wirkungsgrad eines Dieselmotors sinkt mit steigender Belastung, d.h. mit steigender Spitzentemperatur im Prozeß. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist durch die infolge des relativ hohen Druckes am Ende der Expansion - vor allem bei Vollast - lauten Motorgeräusche gegeben.An engine that works according to this principle is the diesel engine. at this is the fuel in the sucked in and highly compressed air at the end of the Compression stroke injected. The fuel ignites as a result of the high Compression temperature by itself. The known method, however, adheres to a principle Disadvantage. The efficiency of a diesel engine decreases with increasing load, i.e. with increasing peak temperature in the process. Another disadvantage of the known Process is due to the relatively high pressure at the end of the expansion - especially at full load - there are loud engine noises.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, durch das nicht nur die spezifische Leistung eines nach diesem Verfahren arbeitenden Motors im Vergleich zu einem konventionellen Motor verbessert werden kann, sondern durch das auch der Wirkungsgrad mit zunehmender Motorbelastung steigt und zudem die Umweltbelastung verringert wird.The invention is therefore based on the object of providing a method of Specify the type mentioned at the beginning, through which not only the specific performance of a engine operating according to this method compared to a conventional engine can be improved, but also by increasing the efficiency The engine load increases and the environmental impact is also reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die komprimierte Luft vor der Brennstoffzuführung aus dem Brennraum abgeleitet, im Wärmetausch mit den bei der Verbrennung gebildeten Rauchgasen erhitzt und erneut in den Brennraum eingeleitet wird.This object is achieved in that the compressed Air is diverted from the combustion chamber before the fuel supply, in heat exchange with the flue gases formed during combustion are heated and returned to the combustion chamber is initiated.

Die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches findet im Brennraum statt, dem Raum im Zylinder (eines Hubkolbenmotors z.B.) zwischen Zylinderkopf und dem Kolben in der oberen Totpunktlage. Dies bedeutet, daß die Höhe des Zylinders bei konventionellen Motoren größer ist, als der Hub des Kolbens, d.h. der Abstand zwischen oberer und unterer Totpunktlage. Je größer dieser Raum ist, umso größer ist der Teil der Verbrennungsgase, die bei und nach dem Ausschieben dieser Gase im Zylinder verbleiben. Die heißen Verbrennungsgase erwärmen die im nachfolgenden Saugtakt angesaugte Luft.The combustion of the fuel-air mixture takes place in the combustion chamber instead of the space in the cylinder (of a reciprocating engine, for example) between the cylinder head and the piston in the top dead center position. This means that the height of the cylinder in conventional engines is greater than the stroke of the piston, i.e. the distance between top and bottom dead center. The larger this room, the larger is the part of the combustion gases that occurs during and after the expulsion of these gases remain in the cylinder. The hot combustion gases heat the following Suction cycle sucked in air.

In nachteiliger Weise ist daher die Ansaugtemperatur der Luft bei konventionellen Motoren wesentlich höher als Umgebungstemperatur.The intake temperature of the air is therefore disadvantageously at conventional motors much higher than the ambient temperature.

Erfindungsgemäß wird die komprimierte Luft aus dem Brennraum in einen Raum außerhalb des Zylinders verdrängt. Daher ist es möglich, den Schadraum zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben in der oberen Totpunktlage sehr klein und damit die Temperatur der angesaugten Luft möglichst niedrig zu halten. Vorzugswetse wird das erfindungsgemäße Verfahren bei V.rbrennungsmotoren mit Selbstzündung verwendet.According to the invention, the compressed air from the combustion chamber is in a Displaced space outside the cylinder. Therefore it is possible to adjust the dead space between the cylinder head and the piston in the top dead center position are very small and therefore very small to keep the temperature of the sucked in air as low as possible. Vorzugswetse will the method according to the invention is used in compression-ignition internal combustion engines.

Gemäß der Erfindung wird die komprimierte Luft außerhalb des Brennraums im Wärmetausch mit den bei der Verbrennung in vorausgegangenen Arbeitstakten des Motors gebildeten Rauchgasen erhitzt. Daher kann die zugeführte Brennstoffwärme im Vergleich zu Prozessen ohne zusätzliche Erhitzung der komprimierten Luft reduziert werden. Das bedeutet aber auch, daß weniger Brennstoff zugeführt werden muß. Auf diese Weise wird im Vergleich zu herkömmlichen Dieselmotoren oder Ottomotoren ein wesentlich besserer Wirkungsgrad erzielt. According to the invention, the compressed air is outside the combustion chamber in heat exchange with the combustion in previous work cycles of the Flue gases formed by the engine are heated. Therefore, the supplied fuel heat compared to processes without additional heating of the compressed air will. But this also means that less fuel has to be added. on this is compared to conventional diesel engines or petrol engines much better efficiency achieved.

Das Arbeitsvermögen der Verbrennungsgase ist umso größer, je höher deren Temperatur nach der Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches ist. Aufgrund des begrenzten Volumens, das in herkömmlichen Motoren für die Expansion der Verbrennungsgase zur Verfügung steht, treten die Rauchgase mit zu hoher Temperatur und zu hohem Druck aus dem Motor aus, so daß ihr Arbeitsvermögen nur unvollständig ausgenutzt wird.The higher the working capacity of the combustion gases, the greater whose temperature is after the combustion of the fuel-air mixture. Because of the limited volume used in conventional engines for the expansion of the combustion gases is available, the flue gases occur at too high a temperature and too high a pressure from the engine, so that their working capacity is only partially used.

Erfindungsgemäß wird dagegen ein Teil dieses, sonst verlorengegebenen Arbeitsvermögersdurch Wärmetausch an die komprimierte Luft zurückgewonnen. Wird dem Brennraum mehr Brennstoff -zugeführt, so wächst zusammen mit der steigenden Spitzentemperatur auch der Anteil der rekuperierten Wärme. Dieser Anteil wächst relativ schneller, als der Anteil der Brennstoffwärme.According to the invention, on the other hand, a part of this, otherwise lost Recovered work capacity through heat exchange to the compressed air. Will If more fuel is added to the combustion chamber, it grows with the increase Peak temperature also the proportion of recovered heat. This proportion is growing relatively faster than the share of fuel heat.

Erfindungsgemäß wird also die nicht umgewandelte Wärme der bei der Verbrennung gebildeten Rauchgase nicht wie bisher an die Umgebung abgegeben, sondern zu einem erheblichen Teil in den Umwandlungsprozess rückgeführt. Dazu kann zweckmäßigerweise ein Rekuperator dienen. Ein Vorteil dieser Verfahrensweise ist ein im Vergleich zu herkömmlichen Motoren wesentlich erhöhter Wirkungsgrad und damit eine niedrigere Temperatur der an die Umgebung ahgegebenen Rauchgase. So ist - bezogen auf gleiche Nutzleistungen - die an die Umgebung abgeführte Abwärmemenge sowie, wegen der geringeren Brennstoffmenge, die Schadstoffemission wesentlich kleiner als bei konventionellen Motoren.According to the invention, the unconverted heat is the in the Combustion generated smoke gases are not released into the environment as before, but to a considerable extent fed back into the conversion process. For this purpose it can be expedient serve as a recuperator. One advantage of this approach is one in comparison Significantly higher efficiency than conventional motors and thus a lower one Temperature of the smoke gases released into the environment. So is - based on same Useful services - those discharged to the environment Amount of waste heat as well as, Because of the smaller amount of fuel, the pollutant emissions are much smaller than with conventional engines.

Durch die externe Erhitzung der verdichteten Luft ist darüber hinaus stets dafür gesorgt, daß die komprimierte Luft beim Wiedereintritt in den Brennraum eine Temperatur besitzt, die nach der Zuführung des Brennstoffes zur Zündung des-Brennstoff-Luft-Gemisches ausreicht. Aufgrund dieser Gegebenheit läßt sich nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine weitere Steigerung des-Wirkungsgrades und somit auch der spezifischen Leistung erreichen: Nach dieserweiterbildungwird in die Luft während der Verdichtung Wasser eingespritzt. Das Wasser wird durch die bei der Kompression entstehende und die in der Wandung des Brennraums enthaltene Wärme verdampft und entzieht somit der Luft und der Wandung eine der Verdampfungswärme des eingespritzten Wassers entsprechende Wärmemenge. Als vorteilhafte Folge ist eine geringere Verdichtungsarbeit aufzubringen. Neben einer intensiven Kühlung ("Innenkühlung") des den Brennraum umgebenden Gehäuses, d.h. bei Hubkolbenmotoren des Zylinders, kann eine weitere wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt werden, da einerseits das Wasserdampf-Luft-Gemisch eine größere Wärmemenge als reine Luft aufnehmen kann und andererseits durch den Gehalt an Wasserdampf in der komprimieten Luft bzw. in den Verbrennungsgasen pro Arbeitstakt eine größere Menge an zu entspannendem Arbeitsmedium zur Verfügung steht. So entspricht die Expansionsarbeit, die mit einem Gehalt von 0,1 kg Wasser pro kg angesaugter Luft in der komprimierten Luft bei der der Verbrennung folgenden Expansion erzielt werden kann, der Arbeit, die mit einer 0,2 kg größeren Luftmenge ohne Wassereinspritzung erzielt werden kann. Da also die Verdichtungsarbeit geringer wird und die Expansionsarbeit steigt, steigt auch der Wirkungsgrad, d.h. die auf die pro Zeiteinheit zugeführte Brennstoff- wärmemenge bezogene Differenz der Expansionsarbeit und der Verdichtungsarbeit. Die Kompressionsarbeit ist bei einem Verfahren mit Wassereinspritzung zwar größer als die bei einer isothermen Kompression zu leistende Arbeit, jedoch kleiner als die Kompressionsarbeit bei einer adiabatischen Verdichtung.By the external heating of the compressed air is beyond always ensured that the compressed air re-enters the combustion chamber has a temperature which, after the fuel has been supplied, for igniting the fuel-air mixture sufficient. Due to this fact, according to an advantageous further development the method according to the invention a further increase in the efficiency and thus also achieve the specific performance: After this advanced training, in the air is injected with water during compression. The water is through the resulting from the compression and those contained in the wall of the combustion chamber Heat evaporates and thus removes one of the evaporation heat from the air and the wall of the injected water corresponding to the amount of heat. As a beneficial consequence is to apply less compression work. In addition to intensive cooling ("internal cooling") of the housing surrounding the combustion chamber, i.e. the cylinder in the case of reciprocating piston engines, a further substantial increase in efficiency can be achieved, since on the one hand the water vapor-air mixture can absorb a greater amount of heat than pure air and on the other hand by the content of water vapor in the compressed air or in the combustion gases per work cycle a larger amount of working medium to be expanded is available. So the expansion work corresponds to that with a salary of 0.1 kg of water per kg of air sucked in in the compressed air during combustion following expansion can be achieved, work that with a 0.2 kg larger Amount of air can be achieved without water injection. So there is the compression work becomes lower and the expansion work increases, the efficiency also increases, i.e. the amount of fuel supplied per unit of time heat related Difference between the work of expansion and work of compression. The compression work is larger in a process with water injection than in an isothermal one Compression work to be done, but less than the compression work of a adiabatic compression.

Vorteilhafterweise werden die Rauchgase beim Wärmetausch mit der komprimierten und mit Wasser versetzten Luft tiefer abgekühlt, als bei einem Verfahren ohne Wassereinspritzung, da die höchste Temperatur der Luft nach der Verdichtung im Vergleich zu dem zuletzt genannten Prozeß wesentlich niedriger ist.The flue gases are advantageously compressed with the heat exchange and air mixed with water is cooled more deeply than with a process without water injection, because the highest temperature of the air after compression compared to the last mentioned process is much lower.

Wegen der intensiven inneren Kühlung kann zugleich die an die Außenkühlung (Kühlwasser oder Luft) übertragene Wärmemenge kleiner werden oder ganz entfallen, so daß insgesamt die an die Umgebung abgegebene Verlustwärme geringer wird, als bei Verfahren ohne Wassereinspritzung.Because of the intensive internal cooling, the external cooling can be used at the same time (Cooling water or air) the amount of heat transferred become smaller or completely eliminated, so that overall the heat loss given off to the environment is less than for procedures without water injection.

Es ist besonders zweckmäig, Wasser in die komprimierte Luft einzuspritzen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nach einer vorteilhaften Ausgestaltung so durchgeführt wird, daß die aus dem Brennraum abgeleitete und erhitzte Luft in mehreren, vorzugsweise in zwei bis drei Teilmengen in den Brennraum eingeleitet wird, ehe erneut Luft angesaugt wird, wobei in jede Teilmenge im Brennraum Brennstoff eingespritzt, das Gemisch verbrannt und die gebildeten Abgase nach der Ausdehnung aus dem Brennraum ausgeschoben werden.It is particularly useful to inject water into the compressed air, when the method according to the invention is carried out according to an advantageous embodiment is that the discharged from the combustion chamber and heated air in several, preferably is introduced into the combustion chamber in two to three partial quantities before air is sucked in again is injected into each subset in the combustion chamber fuel, the mixture burned and the exhaust gases formed pushed out of the combustion chamber after expansion will.

Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung, in der der Wärmetausch zwischen der komprimierten Luft und den Rauchgasen erfolgt (zweckmäßigerweise ein Rekuperator), so auszulegen, daß sie als Speicher für die komprimierte Luft dienen kann. Dies bedeutet, daß das Volumen des Rekuperatorteils, durch den die komprimierte Luft strömt, ein Mehrfaches des Brennraumvolumens betragen muß. Indem der Rekuperator als Speicher für verdichtete Luft dient, können daher ohne weiteres zwei oder mehrere Expansionstakte pro Arbeitszyklus durchgeführt werden. Bei einer zweimaligen Expansion bedeutet dies, daß pro Arbeitstakt, in dem Luft angesaugt wird, zwei Expansionstakte vorgesehen sind, in welchen je einer Hälfte der angesaugten, komprimierten und erhitzten Luft Brennstoff zugeführt . und das Gemisch verbrannt wird. Eine zweimalige Expansion kommt somit einer Verdopplung des Expansionshubes gleich. Damit wird aber der Druckder Verbrennungsgase am Ende der Expansion entsprechend niedriger. Durch geeignete Wahl des Druckverhältnisses bei der Verdichtung (Kompressionsdruck zu Ansaugdruck) kann das Verfahren hierbei so optimiert werden, daß der Druck der Verbrennungsgase nach dem Wärmetausch mit der komprimierten Luft gleich dem Ansaugdruck ist.To this end, the device in which the heat exchange between the compressed air and the flue gases take place (expediently a recuperator), to be interpreted in such a way that it can serve as a reservoir for the compressed air. this means that the volume of the recuperator part through which the compressed air flows, a multiple of the combustion chamber volume must be. By doing the recuperator serves as a store for compressed air, can therefore easily two or more expansion strokes can be carried out per working cycle. At a double expansion means that per work cycle in which air is sucked in two expansion strokes are provided, in each of which one half of the sucked in, fuel is supplied to compressed and heated air. and the mixture burned will. A double expansion thus doubles the expansion stroke same. However, this increases the pressure of the combustion gases at the end of the expansion lower. By suitable selection of the pressure ratio during compression (compression pressure to suction pressure), the process can be optimized so that the pressure of the Combustion gases after the heat exchange with the compressed air equals the suction pressure is.

Mit einem niedrigen Druck der ausgeschobenen Verbrennungsgase ist aber auch die Geräuschentwicklung des Motors entsprechend gering.With a low pressure the exhausted combustion gases is but also the engine noise is correspondingly low.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren , bei dem während der Kompression Wasser in die Luft eingespritzt wird, erweist es sich nach einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens als zweckmäßig, die aus dem Brennraum ausgeschobenen Rauchgase nach dem Wärmetausch mit der komprimierten Luft zu kühlen, wobei der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf kondensiert, und das hierbei gebildete Wasser erneut in die Luft im Brennraum während deren Kompression einzuspritzen.In a method according to the invention in which during compression Water is injected into the air, it turns out according to an embodiment of the According to the invention, the flue gases expelled from the combustion chamber are expedient to cool after the heat exchange with the compressed air, the one in the flue gases contained water vapor condenses, and the water formed in the process again in the To inject air into the combustion chamber while it is being compressed.

Auf diese Weise erspart man sich einen hohen Wasserverbrauch, was insbesondere bei nichtstationär installierten Motoren von Vorteil ist.In this way you save yourself a lot of water consumption is particularly advantageous for motors installed in a non-stationary manner.

Bei einem Prozeß mit Wassereinspritzung sollte das Druckverhältnis wie beim konventionellen Dieselmotor möglichst hoch und die eingespritzte Wassermenge möglichst groß sein.In a water injection process, the pressure ratio should As with a conventional diesel engine, as high as possible and the amount of water injected be as big as possible.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal des Erfindungsge- dankens wird der Luft während der Kompression etwa 0,1 bis 0,3 kg Wasser vorzugsweise 0,2 kg Wasser pro kg Luft zugemischt.According to a further advantageous feature of the invention thank you the air during the compression is about 0.1 to 0.3 kg of water, preferably 0.2 kg of water mixed in per kg of air.

In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem kein Wasser in die komprimierte Luft gespritzt wird, liegt das Verhältnis des Kompressionsdrucks zum Druck der angesaugten Luft zwischen 6 und 15, vorzugsweise zwischen 8 und 12. Dieses Druckverhältnis, das größer als das des Ottomotors, jedoch kleiner als das des Dieselmotors ist, ist insofern günstig, als der Druck-der Verbrennungsgase nach dem Wärmetausch mit der komprimierten Luft günstigstenfalls etwa auf dem Niveau des atmosphärischen Luftdrucks liegt.In another embodiment of the method according to the invention, at that no water is injected into the compressed air, the ratio of the Compression pressure to the pressure of the sucked air between 6 and 15, preferably between 8 and 12. This pressure ratio, which is greater than that of the Otto engine, however smaller than that of the diesel engine is beneficial in that the pressure of the combustion gases after the heat exchange with the compressed air, at best about the same level the atmospheric pressure.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades sowie eine Vergrößerung der spezifischen Leistung im Vergleich zur konvntionellen Otto- und Dieselmotoren erzielt werden kann. Der Wirkungsgrad steigt zudem mit zunehmender Motorbelastung. Außerdem werden Wärmeverluste durch die Abgase, das Kühlwasser und die Füllung in Folge des Schadraums im Zylinder eines Hubkolbenmotors vermieden.In summary, it can be stated that with the invention Process a substantial increase in the efficiency and an increase in the specific performance compared to conventional gasoline and diesel engines can be. The efficiency also increases with increasing engine load. aside from that there are heat losses through the exhaust gases, the cooling water and the filling as a result of the Dead space in the cylinder of a reciprocating engine avoided.

Schließlich gelingt eine Reduzierung der Umweltbelastung, d.h. eine Verringerung der Schadstoffemission und des Lärms.Finally, a reduction in environmental pollution is achieved, i.e. a Reducing pollutant emissions and noise.

Die geringere Geräuschentwicklung ist insbesondere auf eine gleichmäßigere Belastung der beweglichen Teile bei mehreren Expansionstakten pro Zyklus, auf den kleineren Überdruck am Ende der Expansion, sowie die schalldämpfende Wirkung eines Rekuperators für den Wärmetausch zwischen den Verbrennungsgasen und der komprimierten Luft zurückzuführen.The lower noise development is due in particular to a more uniform one Loading of the moving parts with several expansion strokes per cycle on the smaller overpressure at the end of the expansion, as well as the sound-absorbing effect of a Recuperators for heat exchange between the combustion gases and the compressed Air.

Im folgenden sollen anhand schematischer Skizzen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden: Es zeigen: Figur 1 ein Prinzipschema eines Verbrennungsmotors mit Wärmerekuperator Figuren 2 bis 5 eine Darstellung idealer Vergleichsprozesse in Temperatur-Entropie-Diagrammen Figur 6 eine Darstellung idealer Verbrennungsprozesse mit Wärmerekuperator in einem P-V-Diagramm Figur 7 ein Prinzipschema eines Verbrennungsmotors mit Wärmerekuperator als 2-Takt-Motor Figur 8 ein Prinzipschema eines erfindungsgemäßen Prozesses mit Wassereinspritzung und Wasserrückgewinnung.In the following, exemplary embodiments are intended on the basis of schematic sketches of the method according to the invention are described: Show it: FIG. 1 shows a basic diagram of an internal combustion engine with a heat recuperator 2 to 5 show ideal comparison processes in temperature-entropy diagrams FIG. 6 shows an illustration of ideal combustion processes with a heat recuperator in one P-V diagram Figure 7 is a schematic diagram of an internal combustion engine with a heat recuperator as a 2-stroke engine, FIG. 8 shows a schematic diagram of a process according to the invention Water injection and water recovery.

In Figur 1 ist schematisch ein Zylinder 1 eines 4-Takt-Hubkolbenmotors dargestellt. Innerhalb des Zylinders 1 bewegt sich ein Kolben 2, der in seinem unteren Totpunkt (durchgezogene Linie) und in seinem oberen Totpunkt (gestrichelte Linie) dargestellt ist. ueber die der Kolbenoberfläche gegenüberliegende Stirnfläche des Zylinders 1 münden ein Rohr 3 zum Ansaugen der Luft und ein zum Auspuff führendes Rohr 4, durch das die Rauchgase ausgeschoben werden, in den Brennraum. An den Rohrmündungen sind jeweils Ventile 5 und 6 angeordnet, über die die Rohrmündungen geschlossen oder geöffnet werden können. Weiterhin mündet ein Rohr 7 mit Ventil 8 und ein Rohr 9 mit Ventil 10 in den Zylinder. Rohr 7 und 9 stehen über einen Strömungsquerschnitt 14 eines Rekuperators 11 miteinander in Verbindung. Ein zweiter Strömungsquerschnitt 15 dieses Rekuperators ist an das Rauchgasrohr 4 angeschlossen. Alle Ventile 5, 6, 8, 10 werden von einer nichtdargestellten Nockenwelle gesteuert, die durch die Bewegung des Kolbens über eine Pleuelstange von einer Kurbelwelle angetrieben wird. Schließlich sind in der Figur 1 symbolisch Vorrichtungen zum Einspritzen von Brennstoff 12 und Wasser 13 dargestellt.In Figure 1, a cylinder 1 of a 4-stroke reciprocating engine is schematically shown. Inside the cylinder 1 moves a piston 2, which in its lower Dead center (solid line) and at its top dead center (dashed line) is shown. Via the end face of the opposite to the piston surface Cylinder 1 open into a pipe 3 for sucking in the air and a pipe leading to the exhaust Pipe 4 through which the flue gases are expelled into the combustion chamber. At the pipe mouths each valve 5 and 6 are arranged, via which the pipe mouths are closed or can be opened. Furthermore, a pipe 7 with valve 8 and a pipe open out 9 with valve 10 in the cylinder. Tube 7 and 9 are above a flow cross-section 14 of a recuperator 11 in connection with one another. A second flow cross section 15 of this recuperator is connected to the flue gas pipe 4. All valves 5, 6, 8, 10 are controlled by a camshaft, not shown, which is driven by the Movement of the piston is driven by a crankshaft via a connecting rod. Finally, devices for injecting fuel are symbolically shown in FIG 12 and water 13 shown.

Parallel zur Zylinderwand sind in Figur 1 Hubwege in Form von Pfeilen dargestellt, die die Bewegungsrichtung des Kolbens bei den verschiedenen Arbeitstakten wiedergeben.Stroke paths in the form of arrows are parallel to the cylinder wall in FIG shown showing the direction of movement of the piston during the various work cycles reproduce.

Außerdem sind an verschiedenen Stellen der Pfeile mit Buchstaben bezeichnete Punkte eingetragen. Diese Punkte geben den Ort des Kolbens im Zylinder bei einem bestimmten Verfahrensschritt wieder.In addition, the arrows are marked with letters at various points Points entered. These points indicate the location of the piston in the cylinder at one certain procedural step again.

Wie in herkömmlichen 4-Takt-Motoren wird zunächst Luft der Menge g1 angesaugt. Hierzu ist Ventil 5 geöffnet, während die übrigen Ventile geschlossen sind. Der Kolben 2 bewegt sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt. An diesen ersten Takt schließen sich im zweiten Takt das Verdichten der Luft an (Hub b, c). Erfindungsgemäß wird bei Punkt c Ventil 8 geöffnet und die komprimierte Luft über Rohr 7 in den Rekuperator 11 verdrängt. Alle anderen Ventile sind zu diesem Zeitpunkt geschlossen. Wird nach einem erfindungsgemäßen Merkmal während der Kompression Wasser in die Luft gespritzt, so erfolgt dies während des Hubes b, c. Der Rekuperator 11 ist so konstruiert, daß der die komprimierte Luft leitende Strömungsquerschnitt des Rekuperators ein Mehrfaches des Volumens aufnehmen kann, das bei der Kompression während eines Kolbenhubes in den Rekuperator gedrängt wird. In diesem Ausführungsbeispiel soll nicht das Anfahren eines erfindungsgemäßen Motors, sondern ein in Betrieb befindlicher Motor beschrieben werden. In diesem Fall steht die Luft im Strömungsquerschnitt 14 des Rekuperators unter Kompressionsdruck. Durch die in vorausgegangenen Arbeitstakten gebildeten Rauchgase, die aus Zylinder 1 über Rohr 4 und den Strömungsquerschnitt 15 des Rekuperators 11 ausge- schoben worden sind, ist diese Luft zudem erhitzt worden, so daß im Rohr komprimierte Luft am warmen Ende des Rekuperators mit einer die Zündtemperatur überschreitenden Temperatur vorliegt.As in conventional 4-stroke engines, air of quantity g1 sucked in. For this purpose, valve 5 is open, while the other valves are closed are. The piston 2 moves from top dead center to bottom dead center. On these The first cycle is followed by the compression of the air in the second cycle (stroke b, c). According to the invention valve 8 is opened at point c and the compressed air over Pipe 7 displaced into recuperator 11. All other valves are up at this point closed. According to a feature according to the invention, water becomes water during compression sprayed into the air, this takes place during the stroke b, c. The recuperator 11 is constructed in such a way that the flow cross-section guiding the compressed air of the recuperator can take up a multiple of the volume that is required during compression is forced into the recuperator during a piston stroke. In this embodiment is not intended to start up an engine according to the invention, but rather an engine that is in operation Engine are described. In this case, the air is in the flow cross-section 14 of the recuperator under compression pressure. Through the in previous work cycles Formed flue gases, which from cylinder 1 via pipe 4 and the flow cross-section 15 of the recuperator 11 have been pushed, this is air has also been heated so that compressed air in the pipe at the warm end of the recuperator with a temperature that exceeds the ignition temperature.

Im Anschluß an den Hub c d, nachdem der zweite Arbeitstakt beendet ist und Ventil 8 geschlossen wird, bewegt sich der Kolben wieder in Gegenrichtung (Hub d g). Während des Hubes d e ist Ventil 10 geöffnet und heiße, komprimierte Luft dringt aus dem Rekuperator in den Raum oberhalb des Kolbens ein. Bei Punkt e wird Ventil 10 geschlossen. Bei der Bewegung des Kolbens von e nach f wird Brennstoff eingespritzt, worauf die Verbrennung erfolgt. Hierbei sind alle Ventile geschlossen. Während des Hubes f g erfolgt die adiabate Expansion der Verbrennungsgase. Nach diesem dritten Takt werden im vierten Takt (Hub g h) die Verbrennungsgase aus dem Zylinder ausgeschoben. Dazu sind alle Ventile bis auf Ventil 6 geschlossen.Following the hub c d after the second work cycle has ended and valve 8 is closed, the piston moves again in the opposite direction (Stroke d g). During the stroke d e valve 10 is open and hot, compressed Air penetrates from the recuperator into the space above the piston. At point e valve 10 is closed. When the piston moves from e to f it becomes fuel injected, whereupon the combustion takes place. All valves are closed here. The adiabatic expansion of the combustion gases takes place during the stroke f g. To this third cycle, the combustion gases from the fourth cycle (stroke g h) Cylinder extended. For this purpose, all valves except for valve 6 are closed.

Ein erfindungsgemäßer Motor kann nicht nur als 4-Takt-Motor, sondern mit Vorteil auch als 6-Takt-Motor betrieben werden.An engine according to the invention can not only be used as a 4-stroke engine, but can also be operated as a 6-stroke engine with advantage.

Bei dieser Verfahrensweise, die in Figur 1 neben den die 4-Takt-Arbeitsweise symbolisierenden Geraden dargestellt ist, gleichen die ersten beiden Arbeitstakte, also die Hübe a b, b c und c d, denen des 4-Takt-Motors. Im dritten Arbeitstakt (Hub d e) wird jedoch nicht die gesamte, während eines Kompressionshubes in den Rekuperator verdrängte Luft aus dem Rekuperator in den Zylinder eingelassen, sondern nur die halbe Luftmenge 1/2 g1. Nachdem das Ventil 10 geschlossen worden ist, wird in diese Luft eine entsprechende Brennstoffmenge eingespritzt und das Gemisch verbrannt. Es schließt sich Hub f g an, währenddessen die Verbrennungsgase expandieren. Indem diesem dritten Takt folgenden vierten Takt (Hub g h) werden die Verbrennungsgase über das geöffnete Ventil 6 ausgeschoben. Im fünften Takt wird zunächst die zweite Hälfte der Luft 1/2 g1 aus dem Rekuperator in den Zylinder eingeleitet (Hub h i) und anschließend das dazu geöffnete Ventil 10 geschlossen. Nachdem erneut Brennstoff eingespritzt und das Gemisch verbrannt worden ist (Hub i k) ist der fünfte Arbeitstakt mit der Expansion der Verbrennungsgase (Hub k 1) beendet. Im sechsten Arbeitstakt werden die Verbrennungsgase aus dem Brennraum im Zylinder ausgeschoben. Erst nach diesem Arbeitstakt wird wieder eine Luftmenge g1 angesaugt.In this procedure, which is shown in FIG. 1 in addition to the 4-stroke mode of operation symbolizing straight lines are the same as the first two work cycles, So the strokes a b, b c and c d, those of the 4-stroke engine. In the third work cycle However, (stroke d e) is not the entire, during a compression stroke in the Recuperator displaced air from the recuperator let into the cylinder, rather only half the amount of air 1/2 g1. After the valve 10 has been closed, will A corresponding amount of fuel is injected into this air and the mixture is burned. This is followed by stroke f g, during which the combustion gases expand. By doing This third cycle following the fourth cycle (stroke g h) are the combustion gases pushed out via the open valve 6. First in the fifth bar the second half of the air 1/2 g1 from the recuperator introduced into the cylinder (stroke h i) and then the valve 10 opened for this purpose is closed. After fuel again injected and the mixture has been burned (stroke i k) is the fifth work cycle ended with the expansion of the combustion gases (stroke k 1). In the sixth work cycle the combustion gases are pushed out of the combustion chamber in the cylinder. Only after In this work cycle, an amount of air g1 is sucked in again.

In Figur 2 ist ein bei konstantem Volumen ablaufender Verbrennungsprozeß (idealer Prozeß des Otto-Motors) schematisch in einem Temperatur-Entropie-Diagramm dargestellt.FIG. 2 shows a constant volume combustion process (ideal process of the Otto engine) schematically in a temperature-entropy diagram shown.

Bei Punkt 1 erfolgt das Ansaugen von Luft von Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck. Es folgt eine adiabatische Kompression, die bei Punkt 2 (T = 519,8 K, p = 8 bar) beendet ist. Punkt 3 stellt das Ende der isochoren Erwärmung dar. Nach der bei konstantem Volumen ablaufenden Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches besitzen die Verbrennungsgase eine Temperatur von ca. 1673 K und einen Druck von 25,8 bar. Im nachfolgenden Arbeitstakt expandieren die Verbrennungsgase (adiabatische Ausdehnung) , wodurch die Temperatur auf 976 K und der Druck auf 3,22 bar sinken.At point 1, air is drawn in at ambient temperature and ambient pressure. This is followed by adiabatic compression, which at point 2 (T = 519.8 K, p = 8 bar) has ended. Point 3 represents the end of isochoric warming After the combustion of the fuel-air mixture taking place at a constant volume the combustion gases have a temperature of approx. 1673 K and a pressure of 25.8 bar. In the following work cycle, the combustion gases expand (adiabatic Expansion), which causes the temperature to drop to 976 K and the pressure to 3.22 bar.

Mit diesen Werten werden die expandierten Verbrennungsgase ausgeschoben. Wie bereits beschrieben, ist der Druck der Verbrennungsgase nach der Expansion wegen der mit 976 K im Vergleich zur Umgebungstemperatur wesentlich höheren Temperatur größer als der Ansaugdruck. Dies führt beim Ausschieben der Verbrennungsgase zum bekannten Auspuffknall, dessen Lautstärke naturgemäß höher ist, je höher der Druck der Verbrennungsgase nach der Expansion ist.The expanded combustion gases are expelled with these values. As already described, the pressure of the combustion gases is due to the expansion the 976 K temperature, which is significantly higher than the ambient temperature greater than the suction pressure. This leads to when the combustion gases are expelled well-known exhaust bang, the volume of which is naturally higher, the higher the pressure of combustion gases after expansion.

Eine vergleichbare Situation ist bei dem in Figur 3 dargestellten Verbrennungsprozeß bei konstantem Druck (idealer Prozeß des Diesel-Motors) gegeben. Einer adiabatischen Kompression (1-2) folgt eine isobare Erwärmung (2-3), der sich eine adiabatische Expansion anschließt. Die verdichtete Luft besitzt etwa einen Druck von etwa 35 bar, während die Verbrennungsgase nach der Expansion einen Druck von ca. 2,89 bar haben, mit dem sie aus dem Zylinder ausgeschoben werden.A comparable situation is the one shown in FIG Combustion process at constant pressure (more ideal Process of the diesel engine) given. Adiabatic compression (1-2) is followed by isobaric heating (2-3), which is followed by an adiabatic expansion. The compressed air has about a pressure of about 35 bar, while the combustion gases a Have a pressure of approx. 2.89 bar with which they are pushed out of the cylinder.

Im Vergleich zu diesen herkömmlichen Motoren bzw. Verbrennungsprozessen sind in Figur 3 und Figur 4 zwei erfindungsgemäße, mit einem Rekuperator arbeitende Prozesse dargestellt.Compared to these conventional engines or combustion processes are in Figure 3 and Figure 4, two according to the invention, working with a recuperator Processes shown.

In Figur 4 ist ein Verbrennungsprozeß mit einem Arbeitstakt pro Zyklus (Ansaugung, Verdichtung, Verbrennung und Expansion, Ausschieben der Rauchgase) dargestellt. Wie bei den in Figur 2 und Figur 3 dargestellten Prozessen wird Luft angesaugt (Punkt 1) und adiabatisch komprimiert (Punkt 2).In Figure 4 is a combustion process with one work cycle per cycle (Suction, compression, combustion and expansion, expulsion of the flue gases). As in the processes shown in Figure 2 and Figure 3, air is sucked in (point 1) and adiabatically compressed (point 2).

Die komprimierte Luft wird nun in den Rekuperator verdrängt.The compressed air is now displaced into the recuperator.

Im Wärmetausch mit in früheren Verbrennungstakten gebildeten Rauchgasen wird die komprimierte Luft im Rekuperator erwärmt und erneut in den Verbrennungsraum eingelassen.In heat exchange with flue gases formed in earlier combustion cycles the compressed air is heated in the recuperator and returned to the combustion chamber let in.

Die Luft wird in diesem Beispiel durch den Wärmetausch von 606 K (Punkt 2) auf eine Temperatur von ca. 1040 K erwärmt.In this example, the air is exchanged at 606 K (point 2) heated to a temperature of approx. 1040 K.

Hierbei kühlen sich die Rauchgase von etwa 1193 K auf 606 K ab. Nun folgt die Einspritzung von Brennstoff in die erhitzte Luft und eine isobare Erwärmung (3'-3). Die Verbrennungsgase haben vor der adiabatischen Expansion eine Temperatur von 1673 K und-einen Druck von 14,5 bar. Nach der adiabatischen Ausdehnung (3-4) sinken diese Werte auf 1193,5 K und 3,94 bar. Da ein Teil der in den Rauchgasen enthaltenen Wärme diesen entzogen wird, sinkt die Temperatur, mit der die Rauchgase aus dem Verbrennungsraum ausgeschoben worden sind durch Wärmeabgabe an die verdichtete Luft auf 606 K.The flue gases cool down from around 1193 K to 606 K. so This is followed by the injection of fuel into the heated air and isobaric heating (3'-3). The combustion gases have a temperature prior to adiabatic expansion of 1673 K and a pressure of 14.5 bar. After adiabatic expansion (3-4) These values drop to 1193.5 K and 3.94 bar. Because part of the in the flue gases contained heat is withdrawn from this, the temperature at which the flue gases fall have been pushed out of the combustion chamber by releasing heat to the compressed Air to 606 K.

Am Austritt aus dem Rekuperator besitzen die Rauchgase einen Druck von ca. 2 bar. Dieser Wert liegt deutlich unter dem entsprechenden Wert der in den Figuren 2 und 3 geschilderten Prozesse.The flue gases have a pressure at the outlet from the recuperator of approx. 2 bar. This value is well below the corresponding Value of the processes described in FIGS. 2 and 3.

Noch bessere Prozeßdaten kennzeichnen den in Figur 5 dargestellten Prozeß. In diesem Prozeß sind pro Zyklus zwei Arbeitsgänge eingeschoben, da die in den Rekuperator verdrängte Luft in zwei Teilen in den Brennraum eingeleitet wird und beide Teile nach Zumischung von Brennstoff getrennt voneinander den ganzen Hubweg für die Expansion nutzen. Das heißt, das gesamte Volumen der Rauchgase ist (am Ende der Expansion) doppelt so groß wie das Volumen der angesaugten Luft bei Punkt 1. Um einen Vergleich der beiden in den Figuren 4 und 5 geschilderten erfindungsgemäßen Prozesse zuzulassen, sind diese so ausgelegt, daß die im Rekuperator übertragene Wärmemenge (QR) sowie die Temperatur der Verbrennungsgase nach der Expansion jeweils gleich groß sind.The process data shown in FIG. 5 characterize even better process data Process. In this process, two operations are inserted per cycle, since the Air displaced in the recuperator is introduced into the combustion chamber in two parts and both parts separated from each other along the entire stroke after adding fuel use for expansion. That is, the total volume of the flue gases is (at the end expansion) twice as large as the volume of the sucked in air at point 1. In order to compare the two described in FIGS. 4 and 5 according to the invention Allow processes, these are designed so that the transferred in the recuperator Heat quantity (QR) as well as the temperature of the combustion gases after the expansion, respectively are the same size.

Im Prozeß mit zwei Arbeitsgängen pro Zyklus wird somit die adiabatisch komprimierte Luft (1-2) im Rekuperator auf die gleiche Temperatur erhitzt wie im Prozeß mit einem Arbeitsgang pro Zyklus.Bei der nachfolgenden isobaren Erhitzung (3'-3) der ersten Luftmenge (1!2g1) steigt jedoch die Temperatur bei einem Druck von 14,5 bar auf ca. 2002 K.In the process with two operations per cycle, the becomes adiabatic compressed air (1-2) heated in the recuperator to the same temperature as in the Process with one operation per cycle, with the subsequent isobaric heating (3'-3) of the first amount of air (1! 2g1), however, the temperature rises with one pressure from 14.5 bar to approx. 2002 K.

Mit Vorteil sinkt der Druck der Verbrennungsgase bei anschließenden isochoren Abkühlung im Rekuperator auf das Niveau des Ansaugdruckes (Umgebungsdruck), so daß einem nach diesem Prozeß arbeitenden Motor eine äußerst geringe Geräuschentwicklung zu eigen ist.Advantageously, the pressure of the combustion gases drops during subsequent isochoric cooling in the recuperator to the level of the suction pressure (ambient pressure), so that an engine operating according to this process produces an extremely low level of noise is own.

In Figur 6 sind die beiden in den Figur 4 und 5 geschilderten, erfindungsgemäßen Prozesse mit einem bzw. zwei Arbeitstakten pro Zyklus in einem P-V-Diagramm dargestellt.In FIG. 6, the two described in FIGS. 4 and 5 are according to the invention Processes with one or two work cycles per cycle shown in a P-V diagram.

Beginnend bei Punkt 1' wird im ersten Arbeitstakt Luft von Umgebungsdruck (P1) und Umgebungstemperatur angesaugt, bis das einem Hub entsprechende Luftvolumen V1 in den Zy- linder geströmt istPunkt 1). Im zweiten Arbeitstakt wird die Luft zunächst auf das Volumen V2 und den Druck p2 komprimiert (1-2) und anschließend in den Rekuperator verdrängt (2-2'). In einem Motor mit einem Arbeitsgang pro Zyklus tritt im dritten Arbeitstakt die erhitzte Luft aus dem Rekuperator aus (Punkt 2') und in den Brennraum ein, bis unter dem Druck p2 das Volumen V2, (Punkt 3') erreicht ist. Im gleichen Arbeitstakt wird Brennstoff in die Xomprimierte Luft eingespritzt und das Gemisch verbrannt. Nach der isobaren Erwärmung während der Verbrennung nehmen die Verbrennungsgase das Volumen V3 (Punkt 7) ein. Zum Abschluß des dritten Arbeitstaktes expandieren die Verbrennungsgase.Starting at point 1 ', air is at ambient pressure in the first work cycle (P1) and ambient temperature sucked in until the air volume corresponding to one stroke V1 in the cycle There was less flow in point 1). In the second work cycle the air is first compressed to the volume V2 and the pressure p2 (1-2) and then displaced into the recuperator (2-2 '). In one engine with one operation The heated air exits the recuperator in the third work cycle per cycle (Point 2 ') and into the combustion chamber until the volume V2, (point 3 ') is reached. In the same work cycle, fuel is released into the compressed air injected and the mixture burned. After isobaric heating during the Combustion, the combustion gases occupy the volume V3 (point 7). In conclusion of the third work cycle, the combustion gases expand.

Nach der Expansion nehmen die unter dem Druck p4 stehenden Verbrennungsgase das Volumen V4 = V1 ein. Da die Verbrennungsgase im Rekuperator nur auf eine Temperatur über Umgebungstemperatur abgekühlt werden, stehen die Gase unter einem Druck, der über dem atmosphärischen Druck liegt (pq Dieser Umstand wird erfindungsgemäß mit einem 6-Takt-Motor noch verbessert. Die beiden ersten Arbeitstakte gleichen denen des 4-Takt-Motors. Im dritten Takt wird zunächst jedoch nur die Hälfte der angesaugten Luftmenge in den Brennraum eingeleitet, in diesen Teil Brennstoff eingespritzt und das Gemisch verbrannt (3'-III). Die entstandenen Verbrennungsgase stehen wie beim 4-Takt-Motor unter dem Druck p2, nehmen jedoch das Volumen VIII ein. Nun schließt sich in bekannter Weise die Expansion der Verbrennungsgase an (III-IV). Beim 6-Takt-Motor sinkt hierbei der Druck auf ein dem Druck p4, gleichenden Wert, wobei sich die Gase auf das im Vergleich zum angesaugten Luftvolumen doppelte Volumen ausdehen (VIV). Bei der im Takt 4 nachfolgenden isochoren Abkühlung im Rekuperator nimmt der Druck der Verbrennungsgase auf den Ansaugdruck ab, so daß die Verbrennungsgase ohne Druckunterschied gegenüber dem Umgebungsdruck ausgestoßen werden können. In dieser Darstellung sind die Takte 3 und 5 zusammengefaßt.After the expansion, the combustion gases under pressure p4 decrease the volume V4 = V1. Because the combustion gases in the recuperator are only at one temperature are cooled above ambient temperature, the gases are under a pressure that is above atmospheric pressure (pq This fact is used according to the invention with a 6-stroke engine even better. The first two working cycles are the same as those of the 4-stroke engine. In the third cycle, however, only half of the amount is initially sucked in Amount of air introduced into the combustion chamber, injected into this part and fuel the mixture burned (3'-III). The resulting combustion gases are as in 4-stroke engine under pressure p2, but occupy volume VIII. Well closes the expansion of the combustion gases occurs in a known manner (III-IV). With the 6-stroke engine If the pressure drops to a value equal to the pressure p4, the gases expand to double the volume compared to the volume of air drawn in (VIV). During the isochoric cooling in the recuperator that follows in cycle 4, the pressure increases of the combustion gases on the suction pressure, so that the combustion gases without pressure difference can be ejected against the ambient pressure. In this In the illustration, bars 3 and 5 are combined.

Das heißt anstelle der zwei Expansionen mit der halben Luftmenge über den gegebenen Hubweg, steht eine Expansion mit der gesamten Luftmenge über den doppelten Hubweg.That means instead of the two expansions with half the amount of air above the given stroke, there is an expansion with the total amount of air over double Stroke.

In Figur 7 ist ein als 2-Takt-Motor ausgebildeter Verbrennungsmotor mit Wärmerekuperator schematisch dargestellt.FIG. 7 shows an internal combustion engine designed as a 2-stroke engine shown schematically with heat recuperator.

Dieser Motor kann nur mit einem Expansionstakt pro Zyklus betrieben werden. Auch in dieser Figur ist wie in Figur 1 nur ein Zylinder 1 mit einem Kolben 2 dargestellt. Die der Figur 1 entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die verschiedenen Positionen des Kolbens im Zylinder sind in dieser Figur anhand von Punkten auf einem Kreis dargestellt. Die Punkte werden hierbei im Uhrzeigersinn durchlaufen.This engine can only operate with one expansion stroke per cycle will. In this figure, too, as in FIG. 1, there is only one cylinder 1 with one piston 2 shown. The parts corresponding to FIG. 1 are given the same reference numerals Mistake. The different positions of the piston in the cylinder are in this figure represented by points on a circle. The points are doing this in a clockwise direction run through.

Während des Hubes a - b wird die angesaugte Luft verdichtet und über Vorrichtung 12 gegebenenfalls Wasser eingespritzt. Während der Kompression sind die Ventile 8 und 9 geschlossen. Zu Beginn des Hubes b - c wird Ventil 8 geöffnet, anschließend die komprimierte Luft über Rohr 7 in den Rekuperator 11 verdrängt und am Ende dieses Hubes Ventil 8 wieder geschlossen. Im nachfolgenden Hub c - d wird Ventil 10 geöffnet, so daß die komprimierte, erhitzte Luft aus dem Rekuperator 11 über Rohr 9 in den Brennraum eindringt. Nachdem Ventil 10 geschlossen worden ist, wird im Hub d - e Brennstoff eingespritzt, das Gemisch verbrannt, wonach die Verbrennungsgase während des Hubes e - f isobar expandieren. Während des Hubes f - a erfolgt zunächst das Auspuffen der Verbrennungsgase in den Auslaßkanal 4. Danach wird durch die über öffnung 3 einströmende Luft der Zylinderraum gespült und mit Frischluft gefüllt.During the stroke a - b, the sucked in air is compressed and over Device 12 injected water if necessary. During compression are the valves 8 and 9 are closed. At the beginning of stroke b - c valve 8 is opened, then the compressed air is displaced into the recuperator 11 via pipe 7 and at the end of this stroke valve 8 is closed again. In the following stroke c - d becomes Valve 10 opened so that the compressed, heated air from the recuperator 11 enters the combustion chamber via pipe 9. After valve 10 has been closed, In the stroke d - e fuel is injected, the mixture burned, after which the combustion gases expand isobarically during the stroke e - f. During the stroke f - a initially takes place the exhaust of the combustion gases into the exhaust duct 4. Then through the over Opening 3, the air flowing into the cylinder chamber is flushed and filled with fresh air.

In Figur 8 ist ein Prinzipschema des Prozesses mit Wassereinspritzung und Wasserrückgewinnung dargestellt. In dieser Figur ist wiederum die gleiche Bezeichnungsweise wie in Figur 1 verwendet worden. In dieser Ausgestaltung werden die aus dem Rekuperator 11 austretenden Verbrennungsgase weiter gekühlt um eine Kondensation des enthaltenen Wasserdampfes auszulösen. In der Figur sind zwei Alternativen dargestellt.FIG. 8 shows a basic diagram of the process with water injection and water recovery are shown. In this Figure is again the same notation as in FIG. 1 has been used. In this configuration the combustion gases emerging from the recuperator 11 are further cooled to trigger a condensation of the contained water vapor. In the figure are two Alternatives shown.

Die Rauchgase können z.B. bei Fahrzeugmotoren im Wärmetausch mit Luft in einem Kühler 16 oder z.B. bei stationären Motoren im Wärmetausch mit einem Heizwärmeträger (z.B. in Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung) in einem Wärmetauscher 17 gekühlt werden. In einem Abscheider 18 werden Rauchgase und Wasser getrennt. Das Wasser kann mittels einer Pumpe 19 der Vorrichtung 13 zum Einspritzen von Wasser zugeleitet werden. Wie bereits beschrieben, können bei diesem Verfahren im Vergleich zu einem Verfahren ohne Wassereinspritzung, jedoch mit Rekuperator, folgende Vorteil erzielt werden: - die Außenkühlung des Zylinders wird ganz oder zum größten Teil durch eine Innenkühlung ersetzt.The flue gases can e.g. in vehicle engines in heat exchange with air in a cooler 16 or e.g. in the case of stationary engines in heat exchange with a heating medium (e.g. in systems with combined heat and power) are cooled in a heat exchanger 17. Flue gases and water are separated in a separator 18. The water can by means of a pump 19 of the device 13 for injecting water. As already described, this method can be compared to a method without water injection, but with recuperator, the following advantages can be achieved: - The external cooling of the cylinder is completely or largely through internal cooling replaced.

- es wird eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades und der spezifischen Leistung erzielt.- There will be a further increase in efficiency and specific Achievement achieved.

Im Betrieb kann ein Wirkungsgrad von über 60 % erreicht werden. Mit einem Druckverhältnis von 35 und einer eingespritzten Wassermenge g1 = 0,2 kg Wasser/kg Luft und 2 Expansionen ergibt sich eine Verdoppelung der spezifischen Leistung im Vergleich zu dem in Figur 5 dargestellten Prozeß. In operation, an efficiency of over 60% can be achieved. With a pressure ratio of 35 and an injected amount of water g1 = 0.2 kg water / kg Air and 2 expansions results in a doubling of the specific power in the Compared to the process shown in FIG.

- bei Kraft-Wärme-Kopplung könnte praktisch die gesamte nichtumgewandelte Wärme auf ausreichend hohem Temperaturniveau zu Heizzwecken genutzt werden. Die sogenannte Stromkennziffer (Verhältnis zwischen Stromerzeugung und gelieferter Heizwärme) wäre in diesem Fall doppelt so groß wie bei guten kombinierten Heizkraftwerken.- in the case of combined heat and power, practically all of the unconverted Heat at a sufficiently high temperature level can be used for heating purposes. the so-called electricity index (ratio between electricity generation and supplied heating energy) in this case would be twice as large as with good combined heat and power plants.

In der folgenden Tabelle sind die Leistungsdaten der in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Verbrennungsmaschinen bezogen auf 1 kg angesaugte Luft angegeben. Allen Rechnungen wurde hierbei ein Adiabatenexponent X = 1,35 zugrundegelegt.The following table shows the performance data of the figures 2 to 5 shown combustion engines based on 1 kg of air sucked in. All calculations were based on an adiabatic exponent X = 1.35.

Für die in der Tabelle und in den genannten Figuren angegebenen Abkürzungen wurde die gleiche Bezeichnung gewählt. Tabelle Gleichraum- Gleichdruck- Prozesse mit Wärmerekuperator prozeß prozeß (T4 und QR gleich) (Otto-Motor) (Diesel-Motor) 1 Arbeitsgang 2 Arbeitsgänge pro Zyklus pro Zyklus Angesaugte Luftmenge (kg) 1 1 1 1 Temperaturen Ansaugen T1/p1 303/1 303/1 303/1 303/1 und Ende der Verdichtung T2/p2 519,5/8 761,7/35 606/14,5 606/14,5 Drücke Ende der Wärmezufuhr T3/p3 1673/25,8 1673/35 1673/14,5 2002/14,5 (K)/(bar) Ende der Expansion T4/p4 976/3,22 876,6/2,89 1193,5/3,94 1193,5/1,97 Rekuperator-Austritt T4/p4, - - 606/2 606/1 Druckverhältnis bei Verdichtung p2 8 35 14,5 14,5 p1 Verdichtungsverhältnis = V1 4,67 13,92 7,25 7,25 # V2 resultierende Verdichtungs- isobar - - 87,0 Arbeits- arbeit adiabat 177,6 376,2 248,5 248,5 beträge gesamt Lk 177,6 376,2 248,5 335,5 (kJ) Expansions- isobar - 261,6 306,3 400,8 arbeit adiabat 571,8 653,2 393,3 663,4 gesamt LE 571,8 914,8 699,6 1064,2 Nutzarbeit L = LE - LK 394,2 538,6 451,1 728,7 Zugeführte Brennstoffwärme Q (kJ) 946,0 1009,0 699,6 1064,2 Abgeführte Wärme (Abwärme) Q0 (kJ) 551,8 470,4 248,5 335,5 Rekuperierte Wärme QR - - 481,8 481,8 Wirkungsgrad # = L (%) 41,7 53,4 64,5 68,5 Q Exergie der zugeführten Wärme EQ (kJ) 655,4 745,0 540,5 844,8 86,3 Exergetischer Wirkungsgrad #E = L ( % ) 60,1 72,3 83,5 EQ L e e r s e i t eThe same designation has been chosen for the abbreviations given in the table and in the figures mentioned. Tabel Equal space equal pressure processes with heat recuperator process process (T4 and QR the same) (Otto engine) (Diesel engine) 1 work step 2 work steps per cycle per cycle Amount of air drawn in (kg) 1 1 1 1 Temperatures suction T1 / p1 303/1 303/1 303/1 303/1 and end of compression T2 / p2 519.5 / 8 761.7 / 35 606 / 14.5 606 / 14.5 Pressures end of heat supply T3 / p3 1673 / 25.8 1673/35 1673 / 14.5 2002 / 14.5 (K) / (bar) End of expansion T4 / p4 976 / 3.22 876.6 / 2.89 1193.5 / 3.94 1193.5 / 1.97 Recuperator outlet T4 / p4, - - 606/2 606/1 Pressure ratio at compression p2 8 35 14.5 14.5 p1 Compression ratio = V1 4.67 13.92 7.25 7.25 # V2 resulting compression isobaric - - 87.0 Work work adiabatically 177.6 376.2 248.5 248.5 total amounts Lk 177.6 376.2 248.5 335.5 (kJ) Expansion isobaric - 261.6 306.3 400.8 work adiabatically 571.8 653.2 393.3 663.4 total unit 571.8 914.8 699.6 1064.2 Useful work L = LE - LK 394.2 538.6 451.1 728.7 Supplied fuel heat Q (kJ) 946.0 1009.0 699.6 1064.2 Dissipated heat (waste heat) Q0 (kJ) 551.8 470.4 248.5 335.5 Recuperated heat QR - - 481.8 481.8 Efficiency # = L (%) 41.7 53.4 64.5 68.5 Q Exergy of the supplied heat EQ (kJ) 655.4 745.0 540.5 844.8 86.3 Exergetic efficiency #E = L (%) 60.1 72.3 83.5 EQ L eerseite

Claims (10)

Patentansprüche 9 Verfahren zur Umwandlung von Brennstoffenergie in mechaniche Energie in einem Verbrennungsmotor, wobei in periodischer Reihenfolge Luft in einen Brennraum angesaugt, komprimiert, zusammen mit dem der komprimierten Luft zugeführten Brennstoff verbrannt wird und die bei der Verbrennung gebildeten Rauchgase unter Ausdehnung entspannt und aus dem Brennraum ausgeschoben werden dadurch gekennzeichnet, daß die komprimierte Luft vor der Brennstoffzuführung aus dem Brennraum abgeleitet, im Wärmetausch mit den bei der Verbrennung gebildeten Rauchgasen erhitzt und erneut in den Brennraum eingeleitet wird. Claims 9 method for converting fuel energy in mechanical energy in an internal combustion engine, whereby in periodic order Air sucked into a combustion chamber, compressed, along with that of the compressed Air supplied fuel is burned and formed during combustion Flue gases are relaxed with expansion and pushed out of the combustion chamber as a result characterized in that the compressed air before the fuel supply from the combustion chamber derived, heated in heat exchange with the flue gases formed during combustion and is fed back into the combustion chamber. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Brennraum abgeleitete und erhitzte Luft in mehreren, vorzugsweise in zwei bis drei Teilmengen in den Brennraum eingeleitet wird, ehe erneut Luft angesaugt wird, wobei jeder Teilmenge im Brennraum Brennstoff zugeführt, das Gemisch verbrannt wird und die gebildeten Abgase nach der Ausdehnung aus dem Brennraum ausgeschoben werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the from the combustion chamber diverted and heated air in several, preferably in two to three partial quantities are introduced into the combustion chamber before air is sucked in again, wherein fuel is supplied to each subset in the combustion chamber and the mixture is burned and the exhaust gases formed are pushed out of the combustion chamber after expansion. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kompression Wasser in den Brennraum eingespritzt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that during the compression, water is injected into the combustion chamber. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Brennraum ausgeschobenen Rauchgase im Wärmetausch mit Umgebungsluft oder einem Wärmeträger gekühlt werden, wobei der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf kondensiert, und daß das hierbei gebildete Wasser erneut in die Luft im Brennraum während deren Kompression eingespritzt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the from Flue gases expelled from the combustion chamber in heat exchange with ambient air or a Heat carriers are cooled, whereby the water vapor contained in the flue gases condenses, and that the water formed in this way is again released into the air in the combustion chamber during this Compression is injected. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Brennraum während der Kompression etwa 0,1 bis 0,3 kg Wasser, vorzugsweise 0,2 kg Wasser pro kg angesaugte Luft eingespritzt wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that in the combustion chamber during the compression about 0.1 to 0.3 kg of water, preferably 0.2 kg of water is injected per kg of air sucked in. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Kompressionsdrucks zum Druck der angesaugten Luft zwischen 6 und 15, vorzugsweise zwischen 8 und 12 liegt.6. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that the ratio of the compression pressure to the pressure of the sucked air between 6 and 15, preferably between 8 and 12. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren, jeweils in einem Gehäuse bewegbaren Kolben, und einem durch Gehäuse und Kolben begrenzten Brennraum, gekennzeic net durch einen Rekuperator (11) mit zwei Strömungsquerschnitten (14,15), wobei der Eingang und der Ausgang eines Strömungsquerschnittes (14) über je ein gegen den Brennraum mit einem Ventil (8,10) absperrbares Rohr (7,9) an den Brennraum angeschlossen ist, während der Eingang des zweiten Strömungsquerschnittes (15) an ein in das Gehäuse mündendes Rohr (4) angeschlossen ist, über das die Verbrennungsgase aus dem Gehäuse abgeleitet werden.7. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 6 with an internal combustion engine with one or more, each in a housing movable piston, and a combustion chamber delimited by the housing and piston, gekennzeic net through a recuperator (11) with two flow cross-sections (14,15), wherein the inlet and the outlet of a flow cross-section (14) each have a counterpart the combustion chamber is connected to the combustion chamber with a pipe (7,9) that can be shut off with a valve (8, 10) is, while the entrance of the second flow cross-section (15) to a in the housing opening pipe (4) is connected, through which the combustion gases from the housing be derived. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Brennraum eine Vorrichtung (13) zum Einspritzen von Wasser angeschlossen ist.8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the Combustion chamber a device (13) for injecting water is connected. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des zweiten Strömungsquerschnittes (15) über eine Rohrleitung und eine Kühlvorrichtuna (16,17) mit einem Abscheider (18) verbunden ist, dessen Ausgang für die flüssige Phase über eine Rohrleitung mit Pumpe (19) mit der Vorrichtung (13) zum Einspritzen von Wasser in den Brennraum verbunden ist.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the output of the second flow cross-section (15) via a pipeline and a cooling device (16,17) is connected to a separator (18), the outlet of which is for the liquid Phase via a pipeline with pump (19) with the device (13) for injection of water is connected to the combustion chamber. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekuperator (4) ein gewickelter Wärmetauscher ist, wobei die Rohrwicklung (14) an die Rohre (7,9) und der Raum (15) zwischen der Rohrwicklung und dem Gehäuse des Wärmetauschers an das Rohr (4) angeschlossen ist.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that that the recuperator (4) is a wound heat exchanger, the tube winding (14) to the tubes (7,9) and the space (15) between the tube winding and the housing of the heat exchanger is connected to the pipe (4).