DE424428C - Method and device for utilizing the exhaust gases from internal combustion engines in expansion machines, in particular for vehicle propulsion - Google Patents

Description

Verfahren und Einrichtung zur Ausnutzung der Abgase an Brennkraftmaschineu in Expansionsmaschinen, insbesondere für den Fahrzeugantrieb Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausnutzung der Abgase an Brennkraftmaschinen in Expansionsmaschinen, insbesondere für den Fahrzeugantrieb, wobei große Leistungen auf möglichst kleinem Raume unterzubringen sind. Sie besteht in erster Linie darin, daß die Abgase der Brennkraftmaschine mit einem durch Vorverdichtung der Verbrennungsluft erhöhten Enddrucke unter gleichzeitiger Beimischung von Druckkühlluft gleichen oder höheren Druckes zwecks Herunterkühlung der Abgase auf das der Expansionsmaschine zuträgliche Maß unmittelbar in diese ausgeschoben werden, wobei eine Zusatzbrennkraftmaschine die dem Kraftbedarf des Drucklufterzeugers und dem hohen Gegendruck entsprechende Mehrarbeit übernimmt, um den Betrieb aufrechtzuerhalten.Method and device for utilizing exhaust gases from internal combustion engines in expansion machines, in particular for vehicle propulsion The invention relates to a method for utilizing the exhaust gases from internal combustion engines in expansion machines, especially for vehicle propulsion, with high performance on as small as possible Spaces are to be accommodated. It consists primarily in the fact that the exhaust gases Internal combustion engine with an increased by pre-compression of the combustion air Final pressures with simultaneous admixture of pressurized cooling air are the same or higher Pressure to cool the exhaust gases down to that beneficial for the expansion machine Measure can be pushed out directly into this, with an additional internal combustion engine which corresponds to the power requirement of the compressed air generator and the high back pressure Overtime takes on to keep operations going.

Der unmittelbare Ausschub der Abgase von hohem Druck in die Expansionsmaschine sichert möglichst vollständige Wärmeausnutzung. Die Temperatur der Abgase von hohem Druck ist jedoch so hoch, daß sie auf ein der Explosionsmaschine zuträgliches Maß herabgebracht werden muß, und das geschieht wiederum in wirtschaftlichster Weise, ohne Kühlung von außen, durch Eiführung von Druckkühlluft in die heißen Abgase. Mit dem hohlen Expansionsend- oder -gegendrucke nimmt die Leistung der die Tre:-)gase liefernden Brennkraftmaschine ab, wä irend gleichzeitig der Kraftbedarf des Druchlufterzeugers wächst, so daß die die Treibgase liefernde Brennkraftmaschine allein nicht in der Lage ist, den Betrieb aufrechtzuerhalten, weshalb eine Zusatzbrennkraftmaschine benutzt wird, die die erforderliche Mehrarbeit übernimmt, um den Betrieb unter allen Umständen aufrechtzuerhalten. Diese Zusatzmaschine ist zweckmäßig eine einfach oder doppelt wirkende Zweitaktmaschine, um auch hierbei möglichst hohe Leistung auf kleii stem Raume unterzubringen. Die Abgase dx r Zusatzmaschine können gegebenenfalls weiter ausgenutzt werd3n, im Bedarfsfalle z. >;.zum Heizen der Treibgase nach deren Mischung mit der kühlen Druckluft. Im allgemeinen läßt sich jedoch lediglich durch Regelung der jeweils eingeführten Kühlluftmenge die Arbcitsteinperatur der Abgase rebeln. Die den Abgasen während des Ausschubes zugeführte Kühlluft vermittelt gleichzeitig d-e erforder:iche Kühlung der Ventile. Die in den Zylindern der Brennkraftmaschine nach Beendigung des Aus.chubhubes zurückbleibend-,n restl_chen Abgase können mittels Druckluft noch in die Verbrauchsleitung gespült werden.The direct expulsion of the exhaust gases from high pressure into the expansion machine ensures the fullest possible utilization of heat. The temperature of the exhaust gases of high However, pressure is so high that it is conducive to the explosion machine must be brought down, and that again happens in the most economical way, without external cooling, by introducing pressurized cooling air into the hot exhaust gases. With the hollow expansion end or back pressure, the performance of the Tre :-) gases decreases delivering internal combustion engine, while simultaneously the power requirement of the air generator grows, so that the internal combustion engine supplying the propellant gases is not alone in the Is able to maintain operation, which is why an additional internal combustion engine which does the extra work required to keep the operation under all Maintain circumstances. This additional machine is expediently a simple or double-acting two-stroke machine, in order to achieve the highest possible performance on kleii to accommodate most rooms. The exhaust gases dx r additional machine can optionally be further exploited, if necessary z. > ;. for heating the propellant gases after their Mix with the cool compressed air. In general, however, only passes through Regulation of each introduced cooling air volume the working stone temperature the exhaust fumes. The cooling air supplied to the exhaust gases during the extension is conveyed at the same time d-e required: cooling of the valves. The ones in the cylinders of the internal combustion engine after the end of the Aus.chubhubes remaining, n remaining exhaust gases can by means of Compressed air can still be flushed into the consumption line.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der zur Ausübung des neuen Verfahrens erforderlichen Einrichtung beispielsweise an einer Diesellokomotive schematisch-dargestellt. Dabei ist a eine Viertaktdieselmaschine, deren Zylindern die Verbrennungsluft auf 8 bis io Atm. vorverdichtet zugeführt wird, wodurch sich der Expansionsenddruck in bekannter Weise entsprechend erhöht. Nach Einführung der vorverdichteten Verbrennungsluft wird zu Ende des Verdichtungshubes der Brennstoff eingespritzt. Es erfolgt die Zündung und Verbrennung bei Beginn des Expansionshubes. zu dessen Ende die expandierten Abgase etwa den Druck besitzen, auf den die Verbrennungsluft vorverdichtet wird. Nunmehr wird das Ausschubventil geöffnet, und es beginnt der Ausschub der Abgase in die Expansionsmaschine e. Dabei wird aber auch das Drucklufteinlaßventil geöffnet, und diese Druckluft strömt, auf entsprechenden Druck verdichtet, in den Zylinder, sich mit den Abgasen mischend und deren Temperatur vermindernd. Mindestens bis zum Erreichen der inneren Totpunktstellung des Kolbens oder noch kurze Zeit darüber hinaus wird das Ausschubventil offen gehalten, so daß die Druckluft beim Erreichen der inneren Totpunktstellung des Kolbens Zeit hat, den Abgasrest noch in die Verbrauchsleitung zu spülen. Erst bei Beginn des Saughubes erfolgt der Schluß des Ausschubventils, während das Druckluftventil offen bleibt und die vorverdichtete Druckluft mit dem hohen Druck einströmt und den Zylinder füllt. Darauf folgt die Verdichtung und weiter die Wiederholung des beschriebenen Arbeitsganges.In the drawing is an embodiment of the practice of the new The device required for the procedure, for example on a diesel locomotive, is shown schematically. Here a is a four-stroke diesel engine, the cylinders of which supply the combustion air 8 to 10 atm. is supplied pre-compressed, which increases the final expansion pressure increased accordingly in a known manner. After the introduction of the pre-compressed combustion air the fuel is injected at the end of the compression stroke. The ignition takes place and combustion at the beginning of the expansion stroke. at the end of which the expanded Exhaust gases have about the same pressure to which the combustion air is pre-compressed. The exhaust valve is now opened and the exhaust gases begin to be ejected into the expansion machine e. But the compressed air inlet valve is also opened, and this compressed air flows, compressed to the appropriate pressure, into the cylinder, mixing with the exhaust gases and reducing their temperature. At least until Reaching the inner dead center position of the piston or a short time above it In addition, the eject valve is kept open so that the compressed air when it is reached the inner dead center position of the piston has time to get the remaining exhaust gas into the consumption line to wash. The discharge valve only closes at the beginning of the suction stroke, while the compressed air valve remains open and the pre-compressed compressed air with the high pressure flows in and fills the cylinder. This is followed by compression and on the repetition of the described operation.

Durch Regelung der den Abgasen während des Ausschubes zugesetzten Luftmenge läßt sich die Temperatur des Gemisches nach Bedarf leicht regeln. Die Regelung der Zusatzluftmenge kann z. B. durch früheres oder späteres oder weniger oder mehr öffnen des Druckluftventils geschehen.By regulating the amount added to the exhaust gases during the extension Air volume, the temperature of the mixture can be easily regulated as required. the Regulation of the additional air volume can, for. B. by earlier or later or less or more open the compressed air valve happen.

Der Ausschub der Abgase durch die Kolben der Brennkraftmaschine nach Beendigung der Expansion erfolgt durch die Verbindungsleitung c unmittelbar in die Expansionsmaschine e. Zur Leistung der Mehrarbeit zur Cb--rwindung des hohen Gegendruckes (Exp.ansionsenddruckes) und zum Au.bringen des Kraftbedarfes des Verdichters b ist eine auf dieselbe Welle W arbeitende Zweitaktmaschine f zusätzlich angeordnet. Diese kann unmittelbar oder durch eine Mitnehmerkupp-Iung g mit dem aus der Viertaktmaschine und dem Verdichter b bestehenden Aggregat gekuppe_t sein.The expulsion of the exhaust gases through the pistons of the internal combustion engine The expansion is terminated through the connecting line c directly into the Expansion machine e. To do the extra work to overcome the high back pressure (Exp.ansionsenddruckes) and for applying the power requirement of the compressor b is a two-stroke engine f operating on the same shaft W is additionally arranged. These can be used directly or through a driver coupling with the one from the four-stroke machine and the compressor b existing aggregate be kuppe_t.

Zur Sicherung gegen übermäßig hohe Ausschubdrücke kann in die Verbrauchsleitung noch ein Sicherheitsventil d eingeschaltet sein.To protect against excessively high ejection pressures, the consumption line a safety valve d must still be switched on.

Claims (1)

PATEN T-ANSPRilCHE: i. Verfahren zur Ausnutzung der Abgase einer Brennkraftmaschine in einer Expansionsmaschine, insbesondere für Fahrzeugantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Brennkraftmaschine mit dem durch Vorverdichtung der Verbrennungsluft erhöhten Enddrucke unter gleichzeitiger Beimischung von Druckkühlluft gleichen oder höheren Druckes in dem Zylinder zwecks Herunterkühlung der Abgase auf das der Expansionsmaschine zuträgliche Maß unmittelbar in diese ausgeschoben werden, wobei eine Zusatzbrennkraftmaschine die dem Kraftbedarf des Drucklufterzeugers und dem hohen Gegendrucke entsprechende Mehrarbeit übernimmt, um den Betrieb aufrechtzuerhalten. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Temperatur der von der Brennkraftmaschine gelieferten Treibgase .durch Regelung der Kühl:uftmenge erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Beendigung des Ausschubhubes in den Zylindern der Brennkraftmaschine zurückbleibenden Abgase mit Hilfe der Druckkühlluft in die Verbrauchsleitung gespült werden. ¢. Einrichtung zum Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß als Zusatzbrennkraftmaschine eine einfach oder doppelt wirkende Zweitaktmaschine benutzt wird. S. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch eine die Treibgase für eine Expansionsmaschine (e) liefernde, mit vorverdichteter Brennluft und Druckluftspülung während des Ausschubes der Abgase arbeitende Viertaktbrennkraftmaschine mit Verdichter (b) und auf dieselbe Welle (W) wirkende Zweitaktmaschine (f).PATENT CLAIMS: i. Process for utilizing the exhaust gases of an internal combustion engine in an expansion machine, in particular for vehicle propulsion, characterized in that that the exhaust gases of the internal combustion engine with the pre-compression of the combustion air equal or increased final pressures with the simultaneous admixture of compressed cooling air higher pressure in the cylinder to cool the exhaust gases down to that of the expansion machine beneficial degree can be pushed out directly into this, with an additional internal combustion engine which corresponds to the power requirement of the compressed air generator and the high back pressure Overtime takes on to keep operations going. z. Method according to claim i, characterized in that the regulation of the temperature of the internal combustion engine propellant gases supplied by regulating the amount of cooling air. 3. Procedure according to Claims i and a, characterized in that the after completion of the extension stroke Exhaust gases remaining in the cylinders of the internal combustion engine with the aid of the compressed air flushed into the consumption line. ¢. Device for the method according to claim i, characterized. that as an additional internal combustion engine a single or double acting two-stroke machine is used. See the institution for carrying out the procedure according to claims i to 3, characterized by the propellant gases for an expansion machine (e) delivering, with pre-compressed combustion air and compressed air purging during the extension the exhaust gas working four-stroke internal combustion engine with compressor (b) and on the same Shaft (W) acting two-stroke machine (f).