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DE3017385C2 - Water-cooled internal combustion engine - Google Patents

Water-cooled internal combustion engine

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Publication number
DE3017385C2
DE3017385C2 DE3017385A DE3017385A DE3017385C2 DE 3017385 C2 DE3017385 C2 DE 3017385C2 DE 3017385 A DE3017385 A DE 3017385A DE 3017385 A DE3017385 A DE 3017385A DE 3017385 C2 DE3017385 C2 DE 3017385C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
steam
water
internal combustion
combustion engine
piston
Prior art date
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Expired
Application number
DE3017385A
Other languages
German (de)
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DE3017385A1 (en
Inventor
Karl-Georg 4100 Duisburg Starker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE3017385A priority Critical patent/DE3017385C2/en
Publication of DE3017385A1 publication Critical patent/DE3017385A1/en
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Publication of DE3017385C2 publication Critical patent/DE3017385C2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12Transmitting gear between valve drive and valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine wassergekühlte Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. The invention relates to a water-cooled internal combustion engine according to the preamble of the patent claim.

Derartige Brennkraftmaschinen, bei denen mindestens eine Arbeitskammer sowohl mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch als auch mit Dampf beaufschlagt wird, sind bekannt. Beispielsweise ist in der US-PS 75 702 eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der sich auf den Zylindern eine Dampferzeugungseinrichtung befindet, die vom Kühlwasser der Brennkraftmaschine gespeist wird. Das in der Dampferzeugungseinrichtung befindliche Wasser wird durch die heißen Auspuffgase erwärmt und in Dampf übergeführt, mit dem die jeweiligen Zylinder zusätzlich zum Brennstoff-Luft-Gemisch beaufschlagt werden. Das Verschlußelement der Dampfeintrittsöffnungen der Zylinder wird dabei von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine geöffnet, wobei vorausgesetzt wird, daß der Dampfdruck immer größer ist als der Zylinderinnendruck. Das Kühlwasser steht bei dieser bekannten Brennkraftmaschine immer mit der Dampferzeugungseinrichtung in Verbindung.Such internal combustion engines, in which at least one working chamber with both a fuel-air mixture as well as being acted upon by steam are known. For example, US Pat 75 702 describes an internal combustion engine in which a steam generator is located on the cylinders is located, which is fed by the cooling water of the internal combustion engine. That in the steam generator The water that is located is heated by the hot exhaust gases and converted into steam, with the the respective cylinders are additionally acted upon by the fuel-air mixture. The closure element the steam inlet openings of the cylinder are opened by the camshaft of the internal combustion engine, it is assumed that the vapor pressure is always greater than the internal cylinder pressure. The cooling water is always in connection with the steam generating device in this known internal combustion engine.

Eine Brennkraftmaschin^ der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen Art ist aus der GB-PS 49 535 bekannt. Auch hierbei wird das erhitzte Kühlwasser aus dem Kühlmantel in die Einrichtung zur Dampferzeugung geführt und dort in Dampf umgewandelt. Der Dampf wird von der Dampferzeugungscinrichtung über ein Leitungssystem der Dampfeintrittsöffnung in den Zylinder zugeführt.An internal combustion engine in the preamble of the claim The type described is known from GB-PS 49,535. Here too, the heated cooling water is used out of the cooling jacket into the device for steam generation and converted into steam there. The steam is from the steam generating device via a line system of the steam inlet opening fed into the cylinder.

Nach der Lehre der GB-PS 3 49 535 soll die Zuschaltung des Dampfieiles dann erfolgen, wenn die entsprechende Arbeitstemperatur und der entsprechende Arbeitsdruck des Dampfes erreicht ist Die Zuschaltung erfolgt durch Betätigung einer Steuereinrichtung, bei der es sich um eine Handkurbel handelt Dies bedeutet, daß das Kühlwasser immer, d. h. in jeder Phase des Betriebes der Brennkraftmaschine, durch die Dampferzeugungseinrichtung geführt wird. Es ist keine Möglichkeit vorhanden, die Dampferzeugungseinrichtung zu umgehen. Ferner ist nicht darauf hingewiesen, in welcherAccording to the teaching of GB-PS 3 49 535, the connection should of the steam part then take place when the corresponding working temperature and the corresponding working pressure of the steam has been reached which is a hand crank This means that the cooling water is always, i. H. in every phase of operation the internal combustion engine, is passed through the steam generating device. It's not an option present to bypass the steam generator. Furthermore, it is not indicated in which

ι ο Weise das verbrauchte Kühlwasser ergänzt wird.ι ο way the used cooling water is replenished.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsmaschine der angegebenen Art zu schaffen, bei der die automatische Zu- bzw. Abschaltung des Dampfteils mit möglichst einfachen Mitteln erfolgt.The invention is based on the object of an internal combustion engine of the specified type, in which the automatic connection and disconnection of the Steam part takes place with the simplest possible means.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.According to the invention, this object is achieved by an internal combustion engine with the characterizing features of the claim solved.

Mit den erfindungsgemäß angegebenen Lösungsmitteln kann die Brennkraftmaschine in einfacher Weise in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Maschine gesteuert werden. Dabei wird das Verschlußelement (Dampfeinlaßventil) erst dann automatisch geöffnet, wenn der am Verschlußelement anstehende Dampfdruck den nach Zündung des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches erreichten Kammerinnendruck übersteigt. Mit anderen Worten, in der Anlaufphase der Maschine, in der sich der Dampfdruck erst aufbaut, läuft die Maschine alc reiner Verbrennungsmotor, und erst wenn der Dampfdruck größer wird als der Kammerinnendruck wird der Dampfteil zugeschaltet. Beispielsweise liegt der Zylinderinnendruck bei Otto-Motoren etwa in einem Bereich von 30—40 bar, so daß ein über diesen Werten liegender Dampfdruck zur Verfügung gestellt werden muß, der beispielsweise um 50 bar liegen kann.With the solvents specified according to the invention, the internal combustion engine can in a simple manner in Depending on the operating temperature of the machine can be controlled. The closure element is thereby (Steam inlet valve) only opens automatically when the steam pressure applied to the closure element exceeds the internal chamber pressure reached after ignition of the compressed fuel-air mixture. In other words, in the start-up phase of the machine, in which the steam pressure is only building up, the machine runs Machine as a pure internal combustion engine, and only when If the steam pressure is greater than the internal pressure of the chamber, the steam section is switched on. For example If the internal cylinder pressure in Otto engines is in a range of 30-40 bar, so that one above this Values lying vapor pressure must be made available, which can be around 50 bar, for example.

Um die durch die Dampfeinführung in die Arbeitskammer erreichte kinetische Energie vollständig zu nutzen, kommt es wesentlich darauf an, daß die Dampfeinführung mit dem durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirkten Arbeitstakt des Kolbens richtig koordiniert wird. Die Steuervorrichtung für das Verschlußelement ist daher derart ausgebildet, daß dieses etwa im oberen Totpunkt des Kolbens bei verdichtetem Kraftstoff-Luft-Gemisch geöffnet und vor Erreichen des unteren Totpunktes des Kolbens geschlossen wird. Der Kolben wird somit sowohl durch den in den Arbeitszylinder bzw. in die Arbeitskammer eindringenden, expandierenden Dampf als auch durch das expandierende gezündete Kraftstoff-Luft-Gemisch abwärts getrieben, wobei die Dampfzufuhr vor Erreichen desIn order to fully utilize the kinetic energy achieved by introducing steam into the working chamber, it is essential that the introduction of steam coincides with that caused by the combustion of the fuel-air mixture caused work cycle of the piston is properly coordinated. The control device for the Closure element is therefore designed in such a way that it is approximately in the top dead center of the piston when the piston is compressed The fuel-air mixture is opened and closed before the piston reaches bottom dead center will. The piston is thus both through the penetrating into the working cylinder and into the working chamber, expanding vapor as well as through the expanding ignited fuel-air mixture downwards driven, the steam supply before reaching the

so unteren Kolbentotpunktes gestoppt wird. Der Niederdruckdampf wird dann zusammen mit dem verbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisch ausgestoßen und gelangt in das Auspuffsystem der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine verbraucht daher zusätzlich zum Kraftstoff Wasser, und es ist erforderlich, falls die Maschine für einen mobilen Antrieb genutzt wird, in entsprechenden Zeitabständen Wasser nachzutanken.so the bottom dead center of the piston is stopped. The low pressure steam is then burned along with the Ejected fuel-air mixture and enters the exhaust system of the internal combustion engine. The internal combustion engine therefore consumes water in addition to fuel, and it is necessary if the machine is used for a mobile drive to refuel with water at appropriate time intervals.

Um ein taktweises Öffnen und Schließen des Verschlußelementes für die Dampfeintrittsöffnung in abge-In order to allow the closure element for the steam inlet opening to be opened and closed cyclically in

bo slimmter Weise zum Arbeitstakt des Kolbens des Arbeitszylinders bzw. der Arbeitskammer zu erreichen, können in verschiedenartiger Weise ausgebildete Steuervorrichtungen Anwendung finden. Neben geeigneten elektronischen Steucrungscinrichtungen können insbc-Bo slimmter way to the work cycle of the piston of the working cylinder or to reach the working chamber, control devices can be designed in various ways Find application. In addition to suitable electronic control devices, in particular

(i"> sondere mechanische Steuerungseinrichtungen Verwendung finden, die beispielsweise über eine durch die Kolbcnbewegung getriebene Welle angetrieben werden. Hierbei weist die Steuervorrichtung eine lösbare(i "> use of special mechanical control devices find, which are driven, for example, by a shaft driven by the piston movement. Here, the control device has a detachable

Arretiervorrichtung auf, die eine Arretierung des Verschlußelementes bzw. Ventils im geschlossenen Zustand bis etwa zum Erreichen des oberen Kolbentotpunktes bewirkt. Etwa bei Erreichen des oberen Kolbentotpunktes wird das Verschlußelement von der Arretiervorrichtung freigegeben, so daß sich dieses bei Überdruck auf der Dampfseite öffnen kann. Vor Erreichen des unteren Kolbentotpunktes wird eine erneute Arretierung des Verschlußelementes bewirkt. Hierbei funk-Locking device that locks the closure element or valve in the closed state until approximately the piston top dead center is reached causes. When the upper dead center of the piston is reached, the locking element is released from the locking device released so that it can open in the event of excess pressure on the steam side. Before reaching the bottom dead center of the piston is locked again of the closure element causes. Here func-

von dem Speisewasser durchströmt wird, während die heißen Auspuffgase das Rohrschlangensystem umströmen. Derartige Ausführungsformen sind jedenfalls dem Fachmann hinreichend bekannt.is traversed by the feed water, while the hot exhaust gases flow around the pipe coil system. Such embodiments are in any case sufficiently known to the person skilled in the art.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigtThe invention will now be described in detail using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing described. It shows

Fig. 1 eine Schemazeichnung, die den Aufbau einer mit Dampf beaufschlagbaren, wassergekühlten Brenn-Fig. 1 is a schematic diagram showing the structure of a with steam, water-cooled fuel

tioniert das Verschlußelement sozusagen als Sicher- 10 kraftmaschine verdeutlicht, wobei aus Übersichtlichheitsventil und wird nur über einen begrenzten Zeit- keitsgründen nur ein Arbeitszylinder dargestellt ist;
raum (etwa vom oberen Kolbentotpunkt bis vor den
unteren Kolbentotpunkt ) von dieser Arretierung frei
the closure element functions as a safety machine, so to speak, with only one working cylinder being shown for reasons of clarity and for a limited time only;
space (approximately from the top dead center of the piston to before the
lower piston dead center) from this lock

g gegeben. Wenn das Ventil freigegeben ist, bewirken alFig. 2 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Arbeitszylinder für einen dampfbeaufschlagten, wassergekühlten Viertakt-Otto-Motor mitgiven g. When the valve is released, alFig. 2 shows a longitudinal section through a schematically shown working cylinder for a steam-charged, water-cooled four-stroke Otto engine with

lein die Druckverhältnisse auf der Dampfseite und der 15 hängenden Ventilen, wobei im Schnitt das Ein- und das Zylinderinnenseit-e ein Öffnen bzw. Geschlossenhalten Auslaßventil für das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erkendes Ventils. Ist auf der Dampfseite ein Überdruck vor- nen sind;lein the pressure conditions on the steam side and the 15 hanging valves, with the on and the Inside of the cylinder an opening or holding closed exhaust valve for the fuel-air mixture can be recognized Valve. If there is excess pressure on the steam side;

handen, so wird das Ventil geöffnet und verbleibt so Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausfüh-handle, the valve is opened and so Fig. 3 remains a schematic representation of an embodiment

la:ige in diesem Zustand, bis die Arretiervorrichtung das rungsform einer Steuerungseinrichtung für die Dampf-Ventil schließt und dieses im geschlossenen Zustand 20 eintrittsöffnung des Arbeitszylinders; und
hält. Offensichtlich muß diese Arretiervorrichtung so F i g. 4 eine stark vereinfacht dargestellte Draufsicht
la: ige in this state, until the locking device closes the approximate form of a control device for the steam valve and this in the closed state 20 inlet opening of the working cylinder; and
holds. Obviously, this locking device must be so F i g. 4 is a greatly simplified plan view

ausgelegt sein, daß sie dem auf der Dampfseiti anste- auf den Kopf des Arbeitszylinders der F i g. 2 und 3.
henden Maximaldruck standhalten kann. Bei der in F i g. 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1
be designed so that it adjoins the head of the working cylinder of FIG. 2 and 3.
can withstand the maximum pressure. In the case of the FIG. 1 shown internal combustion engine 1

Hiermit kann eine automatische Zuschaltung des handelt es sich um einen Viertakt-Otto-Motor, von dem Dampfteils der Maschine zur Verbrennungsteil erfol- 25 aus Übersichtlichkeitsgründen nur ein Arbeitszylinder 2 gen, wenn der Dampfteil in der Lage ist, die über den dargestellt ist. Der Motor kann beispielsweise als Rei-Verbrennungsteil erreichte Leistung zu erhöhen. Die henmotor, V-Motor oder als Boxermotor ausgebildet Zuschaltung erfolgt in der vorstehend beschriebenen sein und eine beliebige Zylinderzahl aufweisen. Bei dem Weise durch Vergleich der Drücke auf beiden Seiten im Ausführungsbeispiel (F i g. 2 und 3) gezeigten Motor des Verschlußelementes, wobei jedoch, wie erwähnt, 30 handelt es sich um einen Reihenmotor mit oben liegennur innerhalb einer genau begrenzten Phase der KoI- der Nockenwelle und hängenden Ventilen.This enables automatic activation of the four-stroke Otto engine, of which From the steam part of the machine to the combustion part, there is only one working cylinder 2 for reasons of clarity gen, if the steam part is in the position shown above the. The engine can, for example, be used as a re-combustion part increase achieved performance. The henmotor, V-engine or designed as a boxer engine Activation takes place in the manner described above and can have any number of cylinders. In which Way, by comparing the pressures on both sides of the engine shown in the embodiment (Figs. 2 and 3) of the closure element, although, as mentioned, 30 is an in-line motor with only lying on top within a precisely delimited phase of the head of the camshaft and hanging valves.

Der Verbrennungsmotor weist in üblicher Weise einen Kraftstofftank 18 auf, von dem Kraftstoff einem Vergaser 17 zugeführt werden kann. Das im Vergaser rungseinrichtungen zu versehen, über die, entweder au- 35 gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird über entspretomatisch oder manuell, ein grundsätzliches Zu- oder chende Ansaugkrümmer in die einzelnen Arbeitszylinder eingeführt. Wie in F i g. 1 dargestellt ist, gelangt das im Vergaser 17 gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einer im Arbeitszylinder 2 ausgebildeten Eintrittsöffweder nur auf herkömmlichen Verbrennungsbetrieb 40 nung5.
oder auf Verbrennungs-Dampf-Betrieb geschaltet wer- Bei der in Fi g. 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1
The internal combustion engine usually has a fuel tank 18 from which fuel can be fed to a carburetor 17. The fuel-air mixture, which is either formed in the carburettor and which is provided in the carburettor, is introduced into the individual working cylinders via an entspretomatically or manually, a basic opening or closing intake manifold. As in Fig. 1, the fuel-air mixture formed in the carburetor 17 reaches an inlet opening formed in the working cylinder 2 only on conventional combustion operation 40 voltage5.
or switched to combustion steam operation. 1 shown internal combustion engine 1

den. So ist es beispielsweise möglich, nur dann, wenn die handelt es sich um einen wassergekühlten Motor, desMaschine unter bestimmten Lastbedingungen läuft, den sen im Kühlsystem befindliches Kühlwasser gleichzeitig Dampfteil zuzuschalten, was beispielsweise über geeig- als Speisewasser für eine Einrichtung zur Dampferzeunete automatische Steuerungseinrichtungen erfolgen 45 gung 13 verwendet wird; der dort erzeugte Dampf wird kann, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Last einen über ein geeignetes Leitungssystem 30 dem Arbeitszyderartigen Schaltvorgang bewirken. linder 2 zugeführt, und zwar einer Dampfeintrittsöff-the. For example, it is only possible if the machine is a water-cooled motor runs under certain load conditions, the sen cooling water in the cooling system at the same time To switch on the steam part, for example, about suitable as feed water for a device for the steam generator automatic controls are done 45 generation 13 is used; the steam generated there becomes can, depending on the respective load, a work cycle-like via a suitable line system 30 Effect switching operation. linder 2 supplied, namely a steam inlet opening

Die Brennkraftmaschine eignet sich insbesondere für nung 6 des Zylinders, die in diesem zusätzlich zu der mobile Antriebe. Sie kann in Form der bekannten Ver- Eintrittsöffnung 5 für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und brennungsmotoren ausgebildet sein, beispielsweise als 50 der Austrittsöffnung 4 für das verbrannte GasgemischThe internal combustion engine is particularly suitable for voltage 6 of the cylinder, which in this in addition to the mobile drives. It can be in the form of the known inlet opening 5 for the fuel-air mixture and Internal combustion engines be designed, for example as 50 of the outlet opening 4 for the burned gas mixture

benbewegung eine Zuschaltung erfolgen soll bzw. kann.movement a connection should or can take place.

Es empfiehlt sich, die erfindungsgemäß ausgebildeteIt is recommended that the inventively designed

Brennkraftmaschine desweiteren mit geeigneten Steue-Internal combustion engine furthermore with suitable control

, g, g

Abschalten des Dampfteils zum bzw. vom Verbrennungsteil möglich ist. Wenn die Maschine mit derartigen Einrichtungen versehen ist, kann sie phasenweise entd Switching off the steam part to or from the combustion part is possible. If the machine with such Facilities is provided, it can entd in phases

Zweitakt- und Viertakt-Otto-Motor, als Kreiskolbenmotor oder als Dieselmotor. Die Zahl der Arbeitszylinder bzw. Arbeitskammer ist ohne Bedeutung, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Motoren bei vergleichbarer Leistungsabgabe mit herkömmlich ausgebildeten Motoren eine Hubraumreduzierung und damit ein verminderter Kraftstoffverbrauch erzielen läßt.Two-stroke and four-stroke Otto engine, as a rotary piston engine or as a diesel engine. The number of working cylinders or working chambers is irrelevant, although It should be taken into account that the inventive design of the motors with comparable Power output with conventionally designed engines means a reduction in cubic capacity and thus a diminished one Can achieve fuel consumption.

Die Einrichtung zur Dampferzeugung umfaßt einenThe device for generating steam comprises one

vorgesehen ist. Das Speisewasser-Kühlwasser-System ist dabei folgendermaßen aufgebaut:is provided. The feed water / cooling water system is structured as follows:

Die Maschine ist mit einem Wassertank 7 versehen, in dem eine geeignete Menge Wassers gelagert wird. Da die Maschine Wasser verbraucht, muß der Tank 7 in bestimmten Zeitabständen wieder aufgefüllt werden. Vom Wassertank 7 gelangt Wasser über ein geeignetes Leitungssystem 8 zum Motorblock, wo es in die dort vorgesehenen Kühlräume eingeführt wird. In F i g. 1 ist i d dllThe machine is provided with a water tank 7 in which a suitable amount of water is stored. There the machine consumes water, the tank 7 must be refilled at certain time intervals. From the water tank 7, water reaches the engine block via a suitable line system 8, where it enters the there provided cold rooms is introduced. In Fig. 1 is i d dll

Dampfkessel, in dem Speisewasser durch Wärmeaus- 60 ein den dargestellten Arbeitszylinder 2 umgebender tausch mit den Auspuffgasen des Verbrennungsmotors Kühlmantel 3 gezeigt. Das im Kühlmantel 3 befindliche in Dampf überführbar ist. Der Dampfkessel ist hierzu
vorzugsweise als Wärmetauscher ausgebildet und weist
Steam boiler, in which the feed water is exchanged by heat exchange, surrounding the working cylinder 2 shown, with the exhaust gases of the internal combustion engine, cooling jacket 3. Which is located in the cooling jacket 3 can be converted into steam. The steam boiler is for this purpose
preferably designed as a heat exchanger and has

eine von den heißen Auspuffgasen des Verbrennungs-one of the hot exhaust gases from the combustion

Wasser nimmt die vom Arbeitszylinder 2 während des Betriebes desselben abgegebene Wärmeenergie auf und wird als Siedewasser über eine Leitung 9 und ein ent-Water absorbs the thermal energy given off by the working cylinder 2 during its operation and is used as boiling water via a line 9 and a

motors durchströmte Heizschlange für das Speisewas- 65 sprchendes Pumpaggregat 10 abgepumpt. In der Leiser auf. Naturgemäß sind auch andere Ausführungsfor- tung 9 ist ein geeignetes Dreiwegeventil 11 angeordnet, men für den Wärmetauscher denkbar. Beispielsweise
könnte dieser ein Rohrschlangensystem aufweisen, das
motor flowed through heating coil for the feed water 65 speaking pump assembly 10 pumped out. In the quieter on. Naturally, other embodiments 9 are also arranged, a suitable three-way valve 11 is conceivable for the heat exchanger. For example
this could have a coil system that

über das das siedende Kühlwasser entweder der Einrichtung 13 zur Dampferzeugung oder einem herkömm-Via which the boiling cooling water is either sent to the device 13 for generating steam or a conventional

lieh ausgebildeten Kühler 19 zugeführt werden kann. Natürlich kann mit dem Ventil 11 auch eine Aufteilung des Kühlwasserstromes durchgeführt werden, so daß eine Teilmenge in die Dampferzeugungseinrichtung und eine Teilmenge zum Kühler 19 geführt wird. Die zur Dampferzeugungseinrichtung 13 geführte Siedewassermenge gelangt über eine Leitung 12 in diese und wird dort in Trockendampf bzw. Heißdampf überführt. Um dies zu erreichen, ist die Einrichtung 13 als Wärmetauscher ausgebildet und weist ein Heizschlangensystem 14 auf, das von den heißen Auspuffgasen des Motors durchströmt wird. Der Dampf gelangt dann über ein weiteres Leitungssystem 30, in dem ebenfalls eine geeignete Ventileinrichtung 21 (Drosselventil, Sperrventil ) vorgesehen ist, zur Dampfeintrittsöffnung 8 des Arbeitszylinders 2.borrowed trained cooler 19 can be supplied. Of course, the valve 11 can also be used for a division of the cooling water flow are carried out, so that a partial amount in the steam generating device and a partial amount is fed to the cooler 19. The amount of boiling water fed to the steam generator 13 reaches this via a line 12 and is there converted into dry steam or superheated steam. Around To achieve this, the device 13 is designed as a heat exchanger and has a heating coil system 14 which is traversed by the hot exhaust gases from the engine. The steam then passes through a further line system 30, in which a suitable valve device 21 (throttle valve, shut-off valve) is provided to the steam inlet opening 8 of the working cylinder 2.

Die genaue Funktionsweise des Arbeitszylinders 2 wird in Verbindung mit den F i g. 2 bis 4 beschrieben. An dieser Stelle sei nur bemerkt, daß sowohl durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches als auch durch die Einführung des Dampfes in den Zylinder 2 Arbeit geleistet wird, die über eine geeignete Einrichtung (Kurbelwelle) in Form einer Rotationsbewegung zur Verfugung gestellt wird. Die über die im Arbeitszylinder 2 vorgesehene Austrittsöffnung 4 austretenden verbrannten Gase und der aus der Öffnung 4 austretende Niederdruckdampf gelangen über ein Leitungssystem 16 in die erwähnte Heizschlange 14 der Dampferzeugungseinrichtung 13 und werden nach Passieren der Heizschlange einem Auspuffsystem 15 zugeführt.The exact mode of operation of the working cylinder 2 is shown in connection with FIGS. 2 to 4 described. At At this point it should only be noted that both by the combustion of the fuel-air mixture and by the introduction of the steam into the cylinder 2 work is done via a suitable device (crankshaft) is made available in the form of a rotational movement. The over the in the working cylinder 2 provided outlet opening 4 exiting burnt gases and the low-pressure steam exiting from the opening 4 reach the aforementioned heating coil 14 of the steam generating device via a line system 16 13 and are fed to an exhaust system 15 after passing the heating coil.

Diejenige Teilmenge des Kühlwassers, die durch das Dreiwegeventil 11 für den Kühlkreislauf abgezweigt wird, gelangt über eine Leitung 20 in einen herkömmlich ausgebildeten Kühler 19, in dem das siedende Wasser gekühlt wird. Das abgekühlte Wasser wird dann in den Wassertank 7 zurückgeführt, von wo es erneut dem Motorblock zugeführt wird. Wie erwähnt, kann das Wasser je nach Bedarf durch den Kühlkreis bzw. den Dampfteil geführt werden.That part of the cooling water that is branched off through the three-way valve 11 for the cooling circuit is, passes through a line 20 in a conventionally designed cooler 19, in which the boiling water is cooled. The cooled water is then returned to the water tank 7, from where it is again fed to the engine block is fed. As mentioned, the water can, as required, through the cooling circuit or the steam section be guided.

In Fig. 2 ist in schematischer Weise der in Fig. 1 gezeigte Arbeitszylinder 2 im Längsschnitt dargestellt. Der Arbeitszylinder ist, wie vorstehend ausgeführt, neben den üblichen Ein- und Austrittsöffnungen 21, 22 für das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einer weiteren Eintrittsöffnung versehen, der über das Leitungssystem 30 von der Dampferzeugungseinrichtung 13 Heiß- bzw. Trockendampf zugeführt wird. Dieser Dampf wird nur dann in den Arbeitszylinder eingeführt, wenn er den durch Zündung des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches eingeleiteten Arbeitstakt des Kolbens 29 unterstützt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Dampfeintritt etwa im oberer. Totpunkt des Kolbens 29 erfolgt, so daß der im Zylinder expandierende Dampf die durch das expandierende gezündete Gasgemisch erfolgende Abwärtsbewegung des Kolbens beschleunigt.FIG. 2 shows, in a schematic manner, that in FIG. 1 Working cylinder 2 shown in longitudinal section. As stated above, the working cylinder is next to the usual inlet and outlet openings 21, 22 for the fuel-air mixture with a further inlet opening provided, which via the line system 30 from the steam generating device 13 hot or Dry steam is supplied. This steam is only introduced into the working cylinder when it has the The working cycle of the piston 29 initiated by the ignition of the compressed fuel-air mixture is supported. This is achieved by the fact that the steam inlet approximately in the upper. Dead center of the piston 29 takes place, so that the expanding vapor in the cylinder causes the downward movement caused by the expanding ignited gas mixture of the piston accelerates.

In F i g. 2 ist der Arbeitszylinder 2 in der Phase dargestellt, in der sich der Kolben 29 nach Zündung des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine übliche Zündkerze 28 abwärts bewegt und dadurch Arbeit leistet Dabei befindet sich sowohl das Einlaßventil 23 als auch das Auslaßventil 24 im geschlossenen Zustand. Bei beiden Ventilen handelt es sich um hängend angeordnete Ventile, die über Kipphebe! 25,26 betätigt werden, welche durch eine Nockenwelle gesteuert werden, von der ein Nocken 27 in schematischer Weise dargestellt ist.In Fig. 2, the working cylinder 2 is shown in the phase in which the piston 29 is compressed after ignition of the Fuel-air mixture is moved downwards by a conventional spark plug 28 and thereby work Here, both the inlet valve 23 and the outlet valve 24 are in the closed state. Both valves are suspended valves that are operated by means of tilting lifts! 25,26 are operated, which are controlled by a camshaft, of which a cam 27 is shown in a schematic manner is.

In F i g. 3 ist die Steuervorrichtung für das Ventil für die Dampfeintrittsöffnung dargestellt Die Steuervorrichtung sorgt dafür, daß das Öffnen des Ventiles 41 erst dann erfolgt, wenn der Druck des zugeführten Dampfes den Zylinderinnendruck nach erfolgter Zündung des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches übersteigt. Mit anderen Worten, hierbei erfolgt erst dann ein öffnen des Ventiles 41, wenn durch den bereitgehaltenen Dampf zusätzliche Arbeit geleistet werden kann. Dies wird steuerungstechnisch so verwirklicht, daß ein üblicher Kipphebel 42 von einer exzentrisch gelagerten Nockenscheibe 44 betätigt wird. Wenn das Ventil 41 die Dampfeintrittsöffnung 40 geschlossen hält, befindet sich der Kipphebel in der in F i g. 3 bei 43 gestrichelt dargestellten Lage. In dieser Lage wird der Kipphebel durch die Nockenscheibe 44 arretiert, so daß auch bei auf der Dampfseite vorhandenem Überdruck kein öffnen des Ventiles erfolgen kann. Wenn jedoch etwa der obere Totpunkt des Kolbens erreicht ist, hat die Nockenscheibe 44 durch Drehung etwa die in F i g. 3 dargestellte Stellung eingenommen, wodurch der Kipphebel 42 aus der bei 43 angedeuteten Stellung herausgeschwenkt werden kann. Die Arretierung des Ventils 41 ist nunmehr gelöst, so daß das Ventil durch den vorhandenen Überdruck geöffnet wird und der Dampf in den Arbeitszylinder einströmen kann. Vor Erreichen des unteren Kolbentotpunktes wird der Kipphebel durch die sich weiter drehende Nockenscheibe 44 mit Unterstützung der Ventilfeder in die bei 43 gezeigte Lage zurückgeschwenkt, wodurch das Ventil 41 wieder geschlossen wird.In Fig. 3 is the control device for the valve for the steam inlet opening shown. The control device ensures that the valve 41 is only opened occurs when the pressure of the supplied steam exceeds the cylinder pressure after the ignition of the compressed fuel-air mixture exceeds. In other words, only then does an opening take place of the valve 41, if additional work can be done by the steam kept ready. this is realized in terms of control so that a conventional rocker arm 42 is supported by an eccentrically Cam 44 is actuated. When the valve 41 keeps the steam inlet opening 40 closed, there is the rocker arm in the in F i g. 3 position shown in dashed lines at 43. In this position the rocker arm is through the cam disk 44 is locked so that even if there is overpressure on the steam side, the Valve can be done. However, when about the top dead center of the piston is reached, the cam plate 44 by rotation about the one shown in FIG. 3 assumed the position shown, whereby the rocker arm 42 from the position indicated at 43 can be pivoted out. The locking of the valve 41 is now solved so that the valve is opened by the existing overpressure and the steam in the working cylinder can flow in. Before reaching the bottom dead center of the piston, the rocker arm is through the further rotating cam disk 44 pivoted back into the position shown at 43 with the support of the valve spring, whereby the valve 41 is closed again.

Fig.4 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf den Zylinderkopf, wobei die Dampfeintrittsöffnung 40, die Eintrittsöffnung 21 für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und die gemeinsame Austrittsöffnung 22 für das verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch und den Niederdruckdampf dargestellt sind. Es versteht sich von selbst, daß in bezug auf den Arbeitszylinder entsprechende Maßnahmen getroffen sind, um eine Korrosion durch den in den Brennraum eingeführten Dampf zu vermeiden. Hierzu können die bei Dampfmotoren gewonnenen Erfahrungen nutzbar gemacht werden. 4 shows a greatly simplified representation Top view of the cylinder head, with the steam inlet opening 40, the inlet opening 21 for the fuel-air mixture and the common outlet opening 22 for the burned fuel-air mixture and the low pressure steam are shown. It goes without saying that in relation to the working cylinder Appropriate measures are taken to prevent corrosion by the introduced into the combustion chamber Avoid steam. The experience gained with steam engines can be used for this purpose.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Wassergekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens einer Arbeitskammer, in der durch Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches ein Arbeitstakt eines Kolbens eingeleitet wird, einer Einrichtung zur Dampferzeugung, die durch die von der Arbeitskammer abgegebene Wärmeenergie und deren heiße Auspuffgase betreibbar ist und durch das Kühlwasser der Brennkraftmaschine gespeist wird, einer Einrichtung zur Zuführung des erhitzten Kühlwassers zur Dampferzeugungseinrichtung, einer Einrichtung zur Zuführung des Dampfes von der Erzeugungseinrichtung zu der Arbeitskammer, einer Dampfeintrittsöffnung für die Kammer, einem bewegbaren Verschlußelement für die Dampfeintrittsöffnung und einer Steuereinrichtung zum taktweisen Öffnen und Schließen des Verschlußelementes, so daß der Kolben während seines Arbeitstaktes durch das geöffnete Verschlußelement mit Dampf beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch
ein Dreiwegeventil (11) in einer das erhitzte Kühlwasser führenden Leitung (9), durch welches das Kühlwasser über anschließende Leitungen (12, 20) gleichzeitig oder alternativ der Dampferzeugungseinrichtung (13) und/oder über einen Kühler (19) einem nachfüllbaren Wassertank (7) zuführbar ist, und eine Steuervorrichtung (42, 43, 44), die das Ventil (41) zum Einlaß von Dampf in die Arbeitskammer (2) schließt, bzw. geschlossen hält und nur während eines Teils des Expansionstaktes freigibt, so daß es dann bei Überdruck auf der Dampfseite öffnen kann.
Water-cooled internal combustion engine with at least one working chamber in which a working cycle of a piston is initiated by igniting a fuel-air mixture, a device for steam generation that can be operated by the heat energy emitted by the working chamber and its hot exhaust gases and is fed by the cooling water of the internal combustion engine a device for supplying the heated cooling water to the steam generating device, a device for supplying the steam from the generating device to the working chamber, a steam inlet opening for the chamber, a movable closure element for the steam inlet opening and a control device for the cyclic opening and closing of the closure element, so that the piston can be acted upon by steam during its working cycle through the opened closure element, characterized by
a three-way valve (11) in a line (9) carrying the heated cooling water, through which the cooling water is fed via connecting lines (12, 20) at the same time or alternatively to the steam generating device (13) and / or via a cooler (19) to a refillable water tank (7 ) can be supplied, and a control device (42, 43, 44) which closes the valve (41) for the inlet of steam into the working chamber (2) or keeps it closed and only releases it during part of the expansion stroke, so that it then can open if there is overpressure on the steam side.
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