CH202931A - Brennkraftmaschine mit Spülung und Aufladung, insbesondere für Höhenflug. - Google Patents

Description

      Br        ennkraftmasghine    mit Spülung und     Aufladung,    insbesondere für     Höhenflug.       Mit     zunehmender    Höhe über dem -Meeres  spiegel nimmt     ,die,    in einer     Brennkraftmaschine          erzie,lbareLeistung    ab.

   Diesen     Leistunb        abfall          kann        man        ausgleichen,        wenn.    die     Verbren-          nungsluft    vor Eintritt in die     Brennkraft-          Maschine        in        einem        besonderen        Verdichter    auf       ,den    Druck, der     in.        Erdnähe    herrscht,     -verdich-          @tet    wird.

   In grossen Höhen     ist    nun aber zur       Verdichtung    der gesamten     Inftmenge    auf       -den    in     Erdnähe    herrschenden     Druck    eine  ganz     bedeutende        Antriebsleistung        erforder-          lich,        die    den Betrieb .der     Brennkraftmm@chine     im höchsten Grad unwirtschaftlich     bestalten     würde.

   Man verwendet daher zur     Vorverdich-          tung    der Luft     Abgasturbagebläse,welche    :die       Energie    Ader Abgase zur     Luftverdichtung          ausnützen.    Infolge des Zusammenarbeitens       zwischen,    Motor     und        Abgasturbine'        einerseits     und     Gebläse        und        Motur    anderseits     ist    es nun  nicht möglich,

       mit    einem     Abgasturbogebläse     ohne     besondere        Regelvorrichtungen    die     Lei-          stung,der        Brennkraftmaschine        in    jeder Höhe         gleich    zu halten.

   Die     Leistungsabnahme    mit       zunehmender    Höhe ist bei Verwendung     eines          Abgasturbogebläses    allerdings weit     .geringer     als bei einer     Brennkraftmaschine    ohne     Ab-          gasturbogebläse,    sie     ist    aber doch je nach  Veränderlichkeit     des        Wirkungsgrades        des          Abgasturbogebläses    mehr oder     weniger    grüss.

    In     Fig.    1     ist    das von einem     Abgastrurbo-          gebläse    .geförderte     Luftgewicht        in        @bh@än@gig-          keit    vom     Luftaussendruck        aufgetragen.    Die  ausgezogene     Kurve        stellt    das     Luftgewidht     bei gleichbleibendem     adiabatischen        Wirkungs-          graddes        Abigasturbogebläses    dar     und,

  die    ge  strichelte     Kurve    bei     mit    der Höhe     abnehmen-          dem        Wirkungsgrad    von 50 auf 45 %. Man       kann    bei     -#Tsrbrennun-gskraftma,-chinen    die       Änderung    des     Luftgewichtes    der     Änderung     .der     indizierten    Leistung     .gleichsetzen.     



  Es ist     nun    zur     Erzielung    einer möglichst  hohen     Leistung    bei     mit        Abgmturbogebläse          ausgerüsteten        Brennkraftmaschinen    bekannt,  die bei der Entspannung der Verbrennungs-           gase    bei Öffnung des     Auslassventils    frei  werdende Energie .durch zweckmässige Be  messung und Anordnung der Auspuffleitun  gen auszunützen     und    ausserdem Vorkehrun  gen für eine     möglichst    wirksame Spülung  der     Zylinder    der     Brennkraftmaschine    zu  treffen.

   Um eine     .Störung    der Spülung durch  die     Auspuffstösse    zu verhindern,     unterteilt     man     zweckmässigerweise    die Auspuffleitun  gen je nach der     Zündfolge    und der Kurbel  versetzung. Man hat bei     vielzylindrigeii          Brenükraftmasehinen    also immer mehrere       Auspuffleitungen        und        entsprechend    mehrere       Düsenkammern    an der     Abgasturbine.     



       Wollte    man daher ein derartiges     Abgas-          turbogebläse        regeln,    dann     müssten    die     Regel-          vorrichtungen    bei jeder     Düsenkammer    an  gebracht werden,

   was ausser einer sehr un  erwünschten Gewichtsvermehrung beachtliche  bauliche     Schwierigkeiten        bietet.    Beider Re  gelung .der Abgasturbine durch     Umführung     von     Luft    aus !dem Gebläse     unter    Umgehung  des     Motors    in die     Abgasturbine    ist ausserdem  noch die     Tatsache    unangenehm, da.- durch  die     Ausnutzung    der     Auspuffstösse        beim     Öffnen     :

  des        Auslassorganes    in der Auspuff  leitung kein gleichbleibender, sondern ein er  heblich schwankender Druck     herrscht.    Wäh  rend der mittlere     Auspuffdruck    vor der A<B>b</B>  gasturbine unterhalb des     Luftdruckes    hinter  dem     Gebläse    liegt, überschreiten die     Druck-          spitzen    in der Auspuffleitung den     Luftdruck     ganz beträchtlich.

       Bei        Luftumsohleusung     kann also     während    dieser     Druckspitzen    Ab  gas in die     Umführunbgsleitung        zurückströmen.     Da dieses Rückströmen periodisch im Takt       ,der        Brernnkraftmaschine        auftritt,    kann ein  lebhaftes Hin.-     und        Herpendeln        verursacht     werden.  



  Nach der Erfindung werden nun zur Er  zeugung der .Spül- und     Aufla;deluft    zwei       hintereinaüdergeschaltete        Abgasturbinen    vor  gesehen, die je     ein    Turbogebläse     antreiben.     



  Inder     I"ig.    2 ist     in        schematischer        Weise     ein     Ausführungsbeispiel    ,der     Erfindung        nar-          gestellt.     



  Von einer     Brennkraftmaschine    1 führen  je nach der     Zylinderzahl        mehrere    Abgas-    leitengen 2, 3 zu der     ersten        Abgasturbine    4,       aus    ,der sie nach     Beaufschlabaung    .des Turbi  nenrades 5 .durch die Leitung 6 der     zweiten     Abgasturbine 7     zuströmen,    welche sie durch  den     Aulassstutzen    8 verlassen.

   Die     Aussenluft     wird von dem mit der Turbine 7     verbundenen     Gebläse 9     angesaugt    und durch die     Leitung     7.0 zum Gebläse 11     gedrückt,        .das    mit der Ab  gasturbine 4 verbunden ist. Von hier aus  wird die     verdichtete    Luft durch die Leitung  12 der     Brennkraftmaschine    1 zugeführt.

   Die  Abgasturbine 4, in das die Abgase der     Brenn-          kraftmaschine    zuerst     eintreten,        arbeitet    mit  veränderlichen Druck vor den Düsen der  Abgasturbine 4.     Diese    Turbine nützt die  durch die     Entspannung    der     -#Terbrennungs-          baMe        freiwerdende    Energie aus und hat je  nach der     Zylinderzahl    der     Brenakraft-          niaschine        mehrere    getrennte     Düsenkammern.     Nach Durchströmen der ersten  <RTI  

   ID="0002.0104">   Abgastur-          bine    4     werden    die Abgase in eine zweite  Abgasturbine 7     geleitet.    Die vor     :dem.        Eintritt     in die     erste    Turbine     bestehenden    Druck  <B>(</B>     chwankungen    werden     in    der ersten Turbine  4 ziemlich     abgeschwächt.        Durch    die     weite          Leitring    6 von der     ersten        Turbine    zur zweiten  Turbine 7     werden;

      die     Drueksehwankungen     noch     weiter    abgeschwächt, ;so     da3    vor der  zweiten Turbine 7 ein     praktisch        gleichblei-          bender        Druck        herrscht.    Die zweite Turbine 7  hat nur eine     einzige        Düsenkammer.     



  De     Luftführung        ist        :der        Ab,--.isführuug          entgegengesetzt,    das     heisst    die     Aussenluft     wird von dem mit     der        zweiten        Abgasturbine     7 ,gekuppelten     Turbogebläse    9     angesaugt    und  hier auf     etwa    1,0     ata    verdichtet.

   Dann wird  sie dem mit der ersten Abgasturbine     ge-          kuppelten        Turbogebläse    11,     zugeleitet        und          hier    auf     den    für .die     .Spülung    und     Aufladung     des Motors erforderlichen     Druck    verdichtet.  



  Wenn man die     beiden        Abgasturbogebläse     ohne jede     besondere        Regelungsvorrichtung          betreibt,    dann kann man wohl eine grössere  Höhe mit einer grösseren     Motorleistung    er  reichen,

   eine Abnahme der     Motorleistung        ist     aber auch hier mit     zunehmender    Höhe     fest-          zustellen.    Da nun aber die     zweite    Abgas  turbine 7 nur     eine        Düsenkammer        hast    und mit           ann:

  ällernd        gleichbleibendem    Druck vor     dar          Düsenkammer    arbeitet, ist     hier    die     Anörd-          nunLg        einer        R,egelüng        ohne        praktische        Sehwie-          rigkeiten    möglich.

       Ausserdem        ist    .durch die  vorhergehende     Entspannung    der Abgase in  der     ersten,-        Turbine    ' 4 "     lieüeits        eine'        -gewisse          Temperaturabsenkung        eingetreten,    ;

  so     dass          sich    der     Betrieb    der     Regelvorrichtungen        eiu-          facher    gestaltet.     Durch    eine     entsprechende          Regelungsvorrichtung    .ist man     2n    .der     Lage,

            biss    in Höhen von etwa 8     km        eine    gleich  bleibende     Leistung    der     Brennkraftmuschne     zu     erzielen.    Im     Ausführungsbeispiel    der       Fig.    2 ist     Luftumschleusung    vorgesehen.

    Das Turbogebläse 11     bekommt        unabhängig     von der Höhe     stets    das     gleiche        Luftgewicht     und     auch    etwa das gleiche     Luftvolumen    von  dem Turbogebläse 9     zugeführt        und    hat es auf  ein ebenfalls unabhängig von     der    Höhe       gleichbleibendes        Druckverhältnis    zu verdich  ten.

   Da     mit        steigender        Flughöhe    der     Aus-          puffgegendruck    der     Turbine    7     kleiner        wird,          vergrössert    sich     -das    in der     Turbine    zu ver  arbeitende Gefälle und damit     die        Leistung     der Turbine.

   Sie läuft schneller und saugt,  dabei ein     grösseres    Luftvolumen     an.    Da die  Dichte der Luft aber     ,geringer        ist,        bleibt        das          angesaugte        Luftgewicht        infolge    der     Re-          gelungsmöglichkeit    der     Turbinenleistung    an  nähernd gleich.  



       In.        Weiterausbildung    ,der     Erfindung    kann  man die erste     Abgasturbine    4,     die        die        aus     der     Brennkraftmaschine        austretenden    Abgase       unmittelbar        aufnimmt,

          unter        Zwischenschal-          tung        eines        Getriebes    16 mit der     Brennkraft-          maschine    1     kuppeln.        Diese        Massnahme    hat  den     Vorteil,        dass    in den     Fällen,    in denen die       Abgasenergie.    nicht     ;

  ganz    zum     Antrieb    der  Spül- und     Aufl.alegebläse        ausreicht,    was     zum          Belieiel    beim Anfahren und beim     Leerlauf-          betrieb    von     Z,weitaiktbsennkraftmaschinen          eintreten        kann,

          der        Betrieb    doch     noch        gesi-          chert        ist.        Ferner    kommt der     mechanischen          Kupplung        das        erstens        Abgasturbogebläses    mit  der     Brennkraftmaschine    bei     Ausfas1        einer     oder     beider        Abgasturbinen        eine        erhebliche       <RTI  

   ID="0003.0136">   Bedeutung    als     Reserve    zu     und    Schliesslich  kann     noch    etwa auftretende     Ü:berschussenergi    e    der     Abgasturbine    auf     den.    Motor übertragen       werden.    '       Die    '     Frischlüftzuführung    zwecks Re  gelung     der    Abgasturbine Verfolgt mittels  -der     Leitung    .<B>13</B>     und    des eingebauten     Regel-          organes    14.

   Die     Leitung    13     verbindet    die       Luftleitung    10     mit    der     Abgasleitung    6. Eine       Regelung        der        eisten        Abgasturbine    4 findet       nicht        statt.        Es        ist        .jedoch    nicht     unbediugt          nötig,        ,

  dass        die        Regelung    der     Abgasturbine    7  durch     Frisehluftzuführuog    erfolgt, sondern  sie kann auch in irgend     einer    andern     Weise,     z.<B>B.</B> durch     Veränderung    der     Düsenquer-          schnitte,    vorgenommen     werden:.     



  In     Fig.    2 sind     beide        Abgasturbinen    und       Turbogebl:äse        einstufig        dargestellt.    Es kön  nen natürlich auch mehrstufige Abgastur  binen und Turbogebläse verwendet werden.  



  Die'     Brennkraftmaschine    nach     der        Erfin-          dung        isst        nicht    nur für den     Höhenflug    ver  wendbar,     sondern        überall    dort, wo     Brenn-          kraftmoschianeil        in    verschiedenen Höhen über  dem     Meeresspiegel        betrieben        werden,        z.    B.

   bei       Lokomotiven,    die in Gebirgen     .grössere    Höhen  unterschiede zu     Überwinden    haben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Brennkraftmascbdne mit Spülung und Aufladung, insbesondere für Höhenflug, da durch ,gekennzeichnet, @dass zur E rzeugung der Spül- und Aufladeluft zwei hiutereinan- d emgeschaltete Abgasturbinen (4, 7) vor gesehen sind,

   die je ein Turbogebläse (11, 9) antreiben. . UNTERANSPRüCHE: 1. Brennikraftmasehine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ,die zuerst von den Abgasen beaufschlagte Turbine (4) mit einer der Zahl der Abgasleitungen entsprechenden Zahl von :

   getrennten Düsen- kammern versehen ist und nicht geregelt wird, während die zweite Abgasturbine (7) nur eine Düsenkammer besitzt und die Energ@eizufubr .geregelt wird. z.

   Brennkraftmas@chine nach Patentanspruch, ,dadurch RTI ID="0003.0247" WI="15" HE="4" LX="1197" LY="2130"> gekennvzei chnet, dass die Luft von dem mit der zweiten, regelbaren Turbine (7) verbundenen Gebläse (9<B>)</B> angesengt und dem mit der ersten, nicht regelbaren Turbine (4)

   verbundenen CTabläse (11) zu- geführt wird, von dem aus sie zur Brenn- kraftmaschine (1) strömt. 3.

   Brennkraftmaschine nach Patentanspruch, -dadurch gekennzeichnet, @dass die erste un mittelbar von den Abgasen beaufsahla,gte EMI0004.0021 Turbine <SEP> (4) <SEP> mittels <SEP> eines <SEP> Uhnradvor bgelegas <SEP> (1r5) <SEP> mit <SEP> der <SEP> Kurbelwelle <SEP> der <tb> Brennkraftmaschine <SEP> (1) <SEP> verbunden <SEP> ist.