Br ennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft eine Brennkraft maschine mit nachgeschalteter Gasturbine und bezweckt, in den durch den Auslass abströmenden Gasen enthaltene kinetische Energie als solche in der Turbine nutzbar machen zu können.
Die Erfindung besteht darin, dass der Querschnitt der den Auslass des Brennkraftzylin:ders mit der Turbine ver bindenden Leistung kleiner ist als der Quer schnitt des Auslasses und sprunghafte Quer schnittserweiterungen in dieser Leitung ver mieden sind.
Bei Brenukraftmasclhinen mit Auslassschlitzen und Freikolben legt der die Auslassschlitze steuernde Freikolben vorteil- hafterweise nach dem vollständigen Ab decken der Auslassschlitze noch eine weitere Hubstrecke bis zur Kolbenumkehr zurück, um durch Verlängerung der Spülzeit einen kleinen Auslassquerschnitt ohne gleichzeitige Erhöhung des Spüldruckes zu ermöglichen.
Bei bekannten Bremskraftmaschinen, wel che mit Abgasturbinen zusammenarbeiten, ist der Querschnitt der Auspuffleittzn;gen wesentlich ;grösser als dis grösste Eröffnung der Auspuffquerschnitte am Zylinder. Beim Austritt der Auspuffgase aus dem Auslass des Brennkraftzylinders wird die kinetische Energie infolge der Verwirbelung beim Übergang vom kleineren zum grösseren Quer schnitt in
Wärmeenergie umgewandelt. Die Ausnutzung der in Wärme umgewandelten kinetischen Energie ist mit ,grösseren Ver lusten verbunden als die Ausnutzung der kinetischen Energie als solche in der Turbine.
Die bekannten Anordnungen haben daher den Nachteil, @dass sie eine wesentliche Aus nutzung der kinetischen Energie der Aus puffgase nicht ermögliohen.
Diese Nachteile werden gemäss .der Er findung .durch .die vorteilhafte Ausbildung der Verbindungsleitung zwischen ,dem Brenn- kraftzylinder und der Turbine vermieden.
Auf der Zeichnung sind Ausführungs- beispiele der Erfindung schematisch dar= gestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brenukraft-Freikolben-Verdichteranlage mit der dem Brennkraftzylinder nach geschalteten Gasturbine;
Fig. 2 und 3 zeigen,die Ausbildung der Schlitze und der Verbindungsleitung bei ein seitiger Anordnung der Auslassschlitze, Fig. 4 und 5 bei auf dem ,ganzen Umfang verteilten Auslassschlitzen; Fig. 6 zeigt den Anschluss mehrerer Zy lindereinheiten an. eine gemeinsame Turbine. Der Brennkraft-FneikolbenverdÄ@chter 1 in.
Fig. 1 hat einen Brennkraftzylinder 2 zwi schen den Verdichterzylindern 3 und 4. Die zu Stufenkolben zusammengesetzten Brenn- kraft- und Verdichterkolben 5, 6 arbeiten als Freikolben. Die in gen Verdichterzylindern 3 und 4 verdichtete Luft gelangt durch :
den Aufnehmer 7 und die E.inlassschlitze 8 in,den Brennkraftzylinder z. Beim Einwärtshub -der Freikolben 5, @6 wird die Luft im Brennkraft- zylinder verdichtet, und am Ende des Hubes über das Brennstoffventil 9, das an ,einer nicht dargestellten Brennstoffpumpe an geschlossen ist,
Brennstoff in die 'hochver dichtete Luft eingespritzt, wonach die Ver brennung einsetzt und der Ausdehnungshub beginnt. Am Ende desselben werden zu nächst die Auslassschlitze 10 ,geöffnet, und die im Brennkraftzylinder '2 enthaltenen<B>Ab-</B> gase strömen .durch die Verbindungsleitung 11 und die Düse 12 und beaufschlagen das Laufrad :
der Gasturbine 13, das die Leistung über die Welle 14 an eine Arbeitsmaschine, einen Stromerzeuger oder dergleichen abgibt.
Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch die Auslassschlitze 10 :dar, die nur an einer .Seite des Brennkraftzylinders 2 angeordnet sind. Die Abgase entströmen dem Zylinder 2 durch die Schlitze 10 in den Auslassstutzen 1.5, der einen Teil -der Verbindungsleitung 11 darstellt.
In Fig.,3 ist die Anordnung :der Schlitze nach Fig. 2 im Längsschnitt gezeigt. Nach dem vollständigen Abdecken der Auslass- schlitze legt der,die Auslassschlitze steuernde Freikolben -6 beim Auswärtshub noch die weitere Hubstrecke la,, bis zur Kolbenumkehr zurück.
Dadurch wird die @Spülzeit verlän gert"da während dieser Hubstrecke die Aus- lassschlitze vollständig offen bleiben und die durch die Einlassschlitze 8 eintretende Spül luft ständig durch die Auslassschlätze ent weichen kann, bis der Kolben 6 beim Ein- wärtshub,die Hubstrecke h,
zurückgelegt hat und das Zudecken der Schlitze 10 beginnt. Das hierbei entstehende Druckdiagramm ist aus Fig. 3 ersichtlich.
Vom Beginn des Aus- lasses <I>a</I> senkt sich bis <I>b</I> der Druck im Zylin- der auf -den Gegendruck ab und bleibt über die Zeit der Kolbenumkehr bei c vollständig gleich, bis der Kolben 6 die Stellung d er reicht und bei d die Kompression im Zy linder 2 beginnt.
Der Querschnitt des Zy linders f Z verhält sich zum Querschnitt ,des Auslasses f", das heisst zu dem vollständigen, am innern Umfang ges Zylinders 2 gemes senen Querschnitt der ,Schlitze 10, und zum Querschnitt f r der Zwischenleitung 11 wie 100 :2,2,5 : 20.
In Fig. 4 und :5 sind,die Schlitze 10 über den ganzen Zylinderumfang verteilt, so @dass ,der Auspuffstutzen als Ringwulst ausgebil- det ist.
Es verhalten sich hier der Quer- schnitt ges Brennkraftzylinders 2 zum Aus- lassquers,chnitt f", und zum Querschnitt fr der Zwischenleitung wie 100 : 54. 31.
Die Druck- absenkung hat infolge -des ,grösseren Auslass- querschnittes bereits vor .der völligen Ab deckung der Auslassschlitze 10 bei b' statt gefunden, so idass die Verlängerung des Hubes h2 kleiner sein kann als der Hub teil h,. in Fig. 3 und auch,
die Kolbenumkehr c' näher zum wirksamen Hub der Freikolben gerückt ist. Der Querschnitt f.* der Schlitze 10 beim Erreichen des Druckausgleiches bei b' beträgt 0,3,5 des Zylinderquerschnittes. Es sind dies lediglieh Beispiele von Querschnitts- verhIltnissen, die in beliebig andern Verhält nissen gewählt werden können.
In Fig.-6 sind die Auslassstutzen 15 .der Brennkraftzylinder 16 einer Kurbelwellen- maschine oder einer Freikolbenmaschine mit Luftverdichtern an die Abgasleitungen 17 angeschlossen. Je zwei Leitungen 17 münden in eine Leitung 18, welche denselben Quer schnitt wie jede der beiden Leitungen 1,7 auf wehst.
Da die Auslasszeiten der an die Lei- tungen 17 angeschlossenen Brennkraftzylin- der 16 verschieden sind, ist die grösste sekundliche Abgasmenge, die durch je eine Leitung 18 strömt, ebensogross wie die grösste sekundliche Abgasmenge, welche aus einem der beiden Brennkraftzylinder austritt, wenn sich die Auspuffstösse,der beiden Brennkraft zylinder 16 nicht überdecken.
Die Leitungen 18 führen zu -den Düsenkammern 19 der Tur bine 20, die die auf .der Welle 21 befestig ten Laufräder 22 beaufschlagen. Zwischen den beiden Laufrädern 22 ist ein Leitrad 23 angeordnet, und die entspannten Gase .ge langen über den Abgasstutzen 24, an den eine nicht gezeichnete Abgasleitung an geschlossen ist, ins Freie. In den Leitungen 17 und 18 sind Leitschaufeln 25 eingebaut.
Besonders wichtig ist eine gute Aus nutzung der kinetischen Energie bei Frei kolbenverdichtern, welche als reine Treibgas erzeuger in Verbindung mit Gasturbinen arbeiten, denn hier liegt die der Gesamt- anla.geleistung entsprechende Energie aus schliesslich in der Druckenergie und in :der kinetischen Energie der aus den Brennkraft zylindern abströmenden Auspuffgase und Luft, während bei bisher bekannten Kurbel wellenmaschinen mit Abgaeturbinenanschluss die in den Abgasen enthaltene Energie nur einen Bruchteil der Gesamtleistung ent spricht.
Bei Brennkraft-Freikolbenverdich- tern beträgt nun die in den Abgasen enthal tene kinetische Energie des Auspuffstosses 20 bis 30 % der in dem aus der Brennkraft- masehine austretenden Abgasluftgemisch ent haltenen reinen Druckenergie.
Ferner liegen bei der Freikolbenmaschine die Spülverhältnisse insofern vorteilhafter als bei Isurbelwellenmasehinen, als die .Spül dauer durch beliebige Verlängerung des Frei kolbenhubes über den Teil hinaus, während dessen die Ausdehnung und der Vorauspuff stattfindet, ohne nennenswert vergrösserte Bauhöhe und erhöhte Baukosten verlängert werden kann. Es lässt sich daher bei Frei kolbenmaschinen der Querschnitt der Aus puffleitung vermindern, ohne gleichzeitig die Spüliiberdrücke in unwirtschaftlicher Weise zu erhöhen.