CH107453A - Verbrennungsmotor mit Abgasturbine zum Antrieb einer Ladepumpe. - Google Patents

Description

  Verbrennungsmotor mit Abgasturbine zum Antrieb einer Ladepumpe.    Die Erfindung bezieht sich auf     Verbrcn-          nungskraftmaschinen,    welchen die Ladung       unter    Druck durch einen Kompressor zuge  führt wird,     welcher    durch eine durch die  Abgase der     Verbrennungskraftmaschine        be-          aufschlagte    Turbine angetrieben wird.  



  Gemäss der Erfindung sind Mittel vorge  sehen, um den Betriebszustand mindestens  eines dieser drei     Maschinenteile    durch die  Regeleinrichtung eines andern Maschinen  teils zu beeinflussen. Dabei     können    dauernd,  den Betriebszustand bestimmende Faktoren  gleich oder in einem konstanten Verhältnis  zueinander gehalten werden. Die     Verbindung     kann aber auch so ausgebildet sein, dass diese  Faktoren dem Belastungsgrad oder der Be  triebsart der Kraftanlage entsprechend ge  ändert werden.  



  Faktoren, welche den Betriebszustand be  stimmen, sind unter anderem Druck, Menge  und Temperatur der im Kompressor vorver  dichteten Ladung, Brennstoffladung der       Verbrennungskraftmaschine,    Druck und  Temperatur in derselben und der von dort  in die Turbine     übertretenden    Gase. Ferner    ,die Drehrichtung,     sowie        die    Drehzahl der ver  schiedenen Teile der Maschine.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind in den       Fig.    1 bis 6 beispielsweise Ausführungsfor  men des Erfindungsgegenstandes in schema  tischer Weise dargestellt.  



  In     Fig.    1 ist 1 eine Verbrennungskraft  maschine mit vier Arbeitszylindern 2, wel  chen die Ladung durch die Leitung 3 zuge  führt     wird.    Die Auspuffgase verlassen diese       Verbrennungszylinder    durch die Leitung 4.  Die     Verbrennungskra.ftmaschine    steht unter  der     Einwirkung    des Reglers 5, welcher die  Drehzahl der Maschine regelt, indem er auf  die nicht dargestellte     Einlasssteuerung        _    ein  wirkt. Im rotierenden Kompressor 6 wird  die Ladung für die     Verbrennungskraftma-          schine    verdichtet und strömt derselben durch  die Leitung 3 zu.

   Der Kompressor 6 wird  von der Turbine 7 direkt angetrieben. Die       Turbine    wird durch die durch die Leitung 4  unter Druck zuströmenden Abgase der     Ver-          brennungskraftmaschine        beaufschlagt.    Die       Abgase    gelangen durch die Regelvorrichtung  9 in die     Turbine    7.

   Die Regelvorrichtung 9  wird durch den Regler 5 der Verbrennungs-           kraftmaschine        mittelst    des     Gestänges    8     be-          lätigt.    In dem Gestänge 8 ist eine Verstell  vorrichtung 10 einbebaut, welche das Ver  hältnis der Leistungen der beiden Kraftma  schinen zu ändern erlaubt.  



  Der     Förderdruck    des     Kompressors    ist  durch die Drehzahl der Turbine 7, durch die       Stellung    der     Einlasssteuerun,    und die Dreh  zahl der     Verbrennungskraftmaschine    bedingt.  



  Die     Leitungen    3 und 4 können mittelst  der Ventile 11     bezw.    12 mit der Atmosphäre  in Verbindung gesetzt werden.  



  Bei     Sehiffsmasehinen    tritt an die Stelle  des Reglers 5 zum Beispiel eine von Hand       einstellbare    Regel- und     Umsteuervorrichtun-.     Auch bei stationären Kraftanlagen kann eine       Handregelvorrichtunb        vorgesehen    sein.  



  In     Fig.    2 wirkt der mit einer     Verstell-          vorrielitun-    14 ausgerüstete Regler 13, der  von der     Kompressor        bezw.        Turbinenwelle     angetrieben wird, auf das     Eintrittsorgan    9  der     Abgasturbine    7.

   In der     Zuleitung    3 vom       Kompressor    zur nicht; gezeichneten Verbren  vun     gskraftmaschine    ist ein Regelorgan 15       eingebaut,        übertretende        um        die        zur        Ladung        Verbrennungskraft-        zu        regeln.   <B>'</B>  Durch das     Gestänge    16     wird    das Organ  15 vom nicht gezeichneten Regler der     Ver-          brennungSkraftmaschine    ans eingestellt.

   In       dasselbe    kann eine     Verstellv        orrichtun-,    einbe  baut sein.  



       Fig.    3 betrifft eine     Ga,suiaschine    mit  zwei Kompressoren 6 und 6' für Glas und  Luft.  



  Der Regler 13 wirkt     gleichzeitig    auf das       lintrittsorgan    9 der     Abgasturbine    7 und auf       ilie        Eintrittsquerschnitte    in den Saugstutzen  der beiden     Kompressoren    6 und 6' mittelst  der Drosselklappen l i und 18. Das     Clestänge     19 der Organe: 17 und 18 ist mit     Verst.ell-          vorriclitungen    20 versehen. Die nicht ge  zeichnete     Verbrennunbäkra.ftmaschine    besitzt  ihren     cibenen    Regler.

   Die     11Tisehung    der bei  den Teile der Ladung kann kurz vor oder  erst in der     Verbrennungskraftmaschine    statt  finden.  



  In     Fig.    4 ist eine     Ausführunbsforrn    dar  gestellt, bei     welcher    die Verstellung des Ein-         trittsorganes    9 der Abgasturbine 7 von einem  Druckregler 21 bewirkt wird. Dieser Druck  regler 21 steht unter dem Druck der im  Kompressor verdichteten Ladung.

   Der Druck  regler 21 ist in     Fig.    4 mit einer     Verstellvor-          rielitung    22 versehen,     welche    vom Regler 5  der     Verbrennungskraftmaschine    1 aus durch       Zusammenpressung    der Feder 23     betätigt     wird: hierdurch wird der     Rebulierbereieli    des       Kompressoraggregates    vom Regler 5 aus     be-          einflusst.    Die Abgasturbine 7 treibt ausser  dem Kompressor 6 noch einen     Eleldrogene-          ralor    24 an und gibt also Kraft nach  aussen ab.  



  In ganz ähnlicher Weise kann bei Rege  lung des     Kompressors    durch die     Verbren-          wenn    mit einem be  stimmten. Druck vor     der    Abgasturbine gear  beitet werden soll. ein     Druckregler    21. in die  Zuleitung 4 eingebaut sein, der dann seiner  seits auch die     Stellung    des     Eintrittsorganes     9 der     Turbine    beeinflusst.  



       Fi-.    5 zeigt eine Kraftanlage, bei wel  cher die Zylinder     \?    gespült werden. Vom       Regler    5 der     Verbrennungskraftmaschine     wird die Steuerung der Ein-     und        Auslass-          vent:

  ile    25     bezw.    26 beeinflusst durch Ver  stellung der die Ventile 25     bezw.    26 steuern  den     schrägen        Noeken    27     bezw.    28,     welche     auf der     Steuerwelle    29 sitzen und     mittelst     des     Flandhebels    30 verschoben werden. Dabei  bleiben diese Ventile eine     zeitlang    gleich  zeitig geöffnet, was auf der     Zeichnung    nicht  zu sehen ist.  



       -9,'äbrend    dessen bläst die durch die Lei  tung 3 in die Zylinder ? eintretende neue  Ladung die noch in     denselben        befindlielien          verbrannten    Gase in die Auspuffleitung 4  zur     Turbine    7.

   Durch entsprechende     Bemes-          sun    - der Fördermenge des     Kompressors    6  kann, wenn dort nur Luft komprimiert wird,  die     Temperatur    in der Turbine. zum Beispiel  bei Überlast herabgesetzt     werden.    Der Regler  5 der     Verbrennungskraftmaschine    beherrscht  mittelst des Gestänges 8 die Organe 9 und  31 und     beeinflusst    damit     den        Betriebszustand     der Turbine 7 und des     Kompressors.         Im Regelgestänge 8 sind     Verstellvorrich-          tungen    10     

  bezw.    32 angeordnet.  



  In der Leitung 4 kann eine in     Fig.    5       punktiert    .angedeutete Regelvorrichtung 33  angeordnet sein, die beim Überschreiten einer  bestimmten Temperatur in der Zuleitung 4  zur Gasturbine 7 die Steuerung der Verbren  nungskraftmaschine 1 und diejenige des       Kompressoraggregates    7 und 6 so einstellt,  dass von diesem Momente ab die Verbren  nungszylinder gespült werden, wobei die  dazu notwendige Luft vom Kompressor ge  fördert wird. In diesen Fall     wirkt    der Re  gler 5 in auf der Zeichnung nicht ersichtlichen  Weise nur auf die Brennstoffzufuhr ein.

    Durch die Regelvorrichtung 33 wird, gleich  wie oben vom Regler 5 geschildert, die  Steuerwelle 29 mit den Nocken 27 und 28  verschoben und die Ein- und     Auslassorgane     25     bezw.    26 werden, was auf der Zeichnung  nicht zu sehen ist, eine     zeitlang        gleichzeitig     offen gehalten, sobald     die    Temperatur in der  Leitung 4 eine bestimmte Hölle erreicht. Die       Regelvorrichtung    33 wirkt auch auf die Or  gane 31 und 9 ein, damit der Druck in der  Leitung 3 während des Spulens stets höher  als derjenige in den     Arbeitszylindern    ist.

    Das Spülen bedingt eine Vergrösserung der       Turbinenleistung,    welche durch     entspre-          ehende    Einstellung des     Eintrittsorganes    9  der Turbine 7 durch die gleiche Regelvor  richtung 33     bewirkt    wird, die unten mit dem  Gestänge 8 für die Organe 9 und 31 in Ver  bindung steht. Der Handhebel 30 fällt in  diesem Falle ganz weg und das Gestänge 8  ist mit dem Regler 5 der     Verbrennungskraft-          masehine    in nicht gezeichneter Weise so  verbunden, dass die Regelvorrichtung 33 auf  die Steuerung der Turbine 7 wirken kann.  



  In     Fig.    6 sind die Drosselklappen 11 und  12, welche die Verbindung der Leitungen 3       bezw.    4 mit der Atmosphäre beherrschen,  mit der     Verstellvorrichtung    34 derart ver  bunden, dass bei den Stellungen der.     ,Vorrich-          tung    34 auf Halt, Anlassen oder kleine     Be-          lastunog    die     Drosselklappen    12 und 11 in den  Leitungen 3     bezw.    4 geöffnet und damit  diese     Leitungen    mit der     Atmosphäre    in Ver-         bindung    gebracht werden.

   Dann wird Luft  unter atmosphärischem Druck in die     Ver-          brennungskraftmaschine    gesaugt und die  Auspuffgase puffen, z. B. durch einen nicht  gezeichneten Auspufftopf, in die Atmo  sphäre. Die     ausgezogenq    Stellung gilt für  den Betrieb mit grossen Belastungen, strich  punktiert angedeutet ist diejenige für An  lassen mit Druckluft. Die Zwischenstellun  gen entsprechen der Haltestellung     bezw.    der  Stellung für kleine Belastungen der Ma  schine. Die Turbine 7 und der Kompressor  6 stehen unter der Einwirkung des Reglers  37, der die Drehzahl dieses Aggregates be  stimmt.  



  Der Regler 37 wird vom Regler 5 der       Verbrennungskraftmaschine    durch das Ge  stänge 8 beeinflusst, der so auf die Regelung  des     Kompressoraggregates        einwirkt.     



  Bei umsteuerbaren Maschinen wird  zweckmässig beim Übergang auf die Halt  stellung der     Verbrennungskraftmaschine    die  Turbine und der Kompressor durch Öffnen  der Organe 12 und 11 abgeschaltet und blei  ben es     während    der ganzen     Umsteuerung.     



  Die Vorrichtungen 34, 35, 11, 36, 12 und  37, 8, 9 können so ausgebildet sein, dass beim  Anlassen der ganzen Kraftanlage die Tur  bine 7 zuerst     angewärmt    und     dann    mit dem  Kompressor sukzessive auf normalen Betrieb  gebracht wird, wobei die Organe 12 und 11  zuerst geöffnet     sind    und langsam geschlossen  werden.  



  Natürlich kann auch die Temperatur der  Ladung der Betriebsart der     Verbrennungs-          kraftmaschine    entsprechend durch die Vor  richtung zur Regelung der     Verbrennungs-          kraftmasehine    beeinflusst werden. Zum Bei  spiel wenn der Kompressor mit einer Kühl  vorrichtung versehen ist, kann die dem Kom  pressor zuströmende     KüMmittelmenge    von  ihr derart geregelt werden, dass dieselbe bei  kleiner Belastung der Kraftanlage einen  kleineren     Kühlmittelzufluss    ergibt, damit die  Ladung eine höhere     Temperatur    erhält, was  zur Sicherung der Zündung zweckmässig ist.

    Bei Verwendung schwerflüchtiger Brenn  stoffe und bei der Inbetriebsetzung kann die           Kühlwirkung    vermindert oder ganz     ausge-          schaltet    werden. Bei     grosser        Belastung    der       Kra.ftanlabe    wird zwecks Tiefhalten der       Temperaturen    der     AZaschine    und um mög  lichst viel Ladung in die     Verbrennungszylin-          der    zu bringen, die     Kühlung        zweckmässig          verstärkt,

      und zwar sowohl die des     ]Kom-          pressors,    als auch die der     Verbrennungshraft-          maschine.    Dadurch     bann        gegenüber        bewölin-          lichen        Verbrennungsmotoren    ohne     Kompres-          sor    eine viel stärkere     Kühlwirkung    erzielt  werden, indem dadurch die     Temperatur        der     Ladung selbst stark     beeinflusst    wird,

   wäh  rend eine indirekte     Kühlung    durch die Zy  linderwandungen     hindurüh        erfahrungsgemäss     viel weniger wirksam ist.  



  Statt der, in den     Ausführungsbeispielen          bezeichneten,        gewöhnlichen    Reglern     können     auch solche zur     Anwendung        gelangen,    welche       mittelst    Servomotoren     auf    die zu regelnden       Organe    einwirken.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCII VErbrennunbsniotor mit Abgasturbine zum Antrieb einer Ladepumpe, dadurch ge- l@ennzcichnet, class Mittel vorgesehen sind, <B>'in,</B> den Betriebszustand mindestens eines die ser drei Maschinenteile durch die Pieyelvor- richtunb eines andern 112ascliinenteils zti be einflussen.

   UNTERANSPRüCHE: 1.. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rege- lunc der Abgasturbine von der Regzelvor- riclitung des Verbrennungsmotors \beein- flusst wird.

   \?. @'erbrenuungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kom- liressorab@grega.t unter dem Einfluss eines von demselben angetriebenen Reglers steht, und dass der V erbrennunbs-iiol-or unabhängig davon mit einer besondci-n Regelvorrichtung versehen ist.

   3. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gel@eniizeiclinet, dass dis Koni- pressora;

   gregat unter dem Einfluss eines von demselben angetriebenen Reglers steht-, der einerseits die Fördermenge des Kompressors und .iiiclerseits die in die Turbine einströmenden Abgase regelt, und dass der Verbrennungsmotor unab hängig davon mit einer besondern Regel- vorrichtung versehen ist.

   1. Verbrennungsinot.or nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vom Druck beeinflussten Raume des Kom- pressors ein Drticl@regler einbebaut ist., welcher die in die Turbine einströmende Abgasmeri^,e regelt.,

   und dass der Ver- brennungsmotor unabhängig davon mit einer besondern Rubelvorrichtung ver sehen ist. 5. Verbrennnn.iiiotor nach Patentanspruch und Unteranspruch t, dadurch gehenn- zeichnet, dass die Rubelvorrichtung des Verbrennungsmotors die. Wirkung des Druclaegicrs auf die Turbine der Kraft anlage beeiriflusst. G.

   Verbrenniin-sinotor nach Patentanspruch, dadurch gehennzeiclinet, dass von der Re gelvorrichtung der Verbrennungskraft- niaschine der Regulierbereich eines P.eb- lers des Kompressoraggregates beeinflusst wird.

   7. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch. dadurch gekennzeichnet, dass von dem <U>Regler</U> des Verbrennungsmotors die Steuerung der Ein- und Auslassorgane so beeinflusst wird, dass dieselben, zwecks Spülung der Arbeitszylinder durch die neue Laclun-, eine zeitlang bleiclizeiti@"- offen gehalt:eii werden.

   B. Verbreniinnbs_riiotoi.@ nach Patenta.nsprucli, dadurch behennzeichnet, dass bei Errei chung einer bestiniinten Temperatur der Abgase des Verbrennungsmotors in der Verbindungsleitung zwischen Verbren nungsmotor und Turbine die Ein- und Austrittsorgane im ersteren gleichzeitig offen gehalten werden. uni die Arbeits

   zylinder zu spülen und damit die Tem- peratur von der Turbine innert zulässiger Grenzen zii halten. 9. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch behennzeiehnet, dass bei grossen Belastungen das Kompressoraggregat auf vermehrte Ladung eingestellt ist. 10.

   Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vor richtung zum Einstellen auf Halt, An lassen und Betrieb am Verbrennungsmo tor Regulierorgane in dessen Verbin dungsleitungen zum Kompressoraggregat beeinflusst. 11. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Vorrichtung zum Einstellen auf Halt, Anlassen oder Betrieb am Verbrennungs motor die Verbindungsleitung zwischen Kompressor und Verbrennungsmotor und diejenige zwischen Verbrennungsmotor und Turbine in der Haltstellung des Ver brennungsmotors mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt sind. 12.

   Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Vorrichtung zur Einstellung auf Halt, Anlassen oder Betrieb am Verbrennungs motor die Verbindungsleitung zwischen Kompressor und Verbrennungsmotor und diejenige zwischen Verbrennungsmotor und Turbine in der Anlassstellung des Verbrennungsmotors mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt sind. 13. Umsteuerbarer Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung vom Kompressor zum Verbrennungsmotor und diejenige vom Verbrennungsmotor zur Turbine während der Umsteuerung mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt sind. 14.

   Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl wirkung am Kompressor beeinflusst wird.