CH211352A - Verfahren zum Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasturbinen-Aufladung. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Betrieb einer     Kolbenbrennkraftmaschine    mit       Abgasturbinen-Aufladung.       Die Erfindung betrifft ein     Verfahren     zum Betrieb einer     Kolbenbrennkraftmaschine     mit     Abgasturbinen-Aufladung,    und besteht  darin, dass die der Abgasturbine zugeführten  Gase (Abgase oder Luft)     zwischen    der     Kol-          benbrennkraftmaschine    und der Abgasturbine  nicht nur     zusätzlich    erhitzt werden, sondern  die Erhitzung auch     derart    geregelt wird,

   dass  beim     Ausbleiben        bezw.    nicht genügender Zu  fuhr von     Kolbenbrennkraftmaschinen    - Ab  gasen, die zum Antrieb des Verdichters feh  lende Energie erzeugt     wird.    Die     Erhitzung     der Gase kann mit Hilfe einer     Heizeinrich-          tung    oder durch     Verbrennung    von Brennstoff  erfolgen, wobei die Erhitzung     in    Abhängig  keit von einer Betriebsgrösse der Kolben  brennkraftmaschine oder der     Abgasturbine     oder von einer     Zustandsgrösse    der vom Ver  dichter gelieferten Luft geregelt werden  kann.

   Zum Zweck, die Abgasturbine ohne  Abgase der     Kolbenbrennkraftmaschine    durch  eine den Verdichter antreibende     Hilfs-          maschine    zum     Beispiel    anlassen zu können,    kann dafür gesorgt werden, dass die vom Ver  dichter gelieferte Luft unter Umgehung der       golbenbrennkraftmaschine,    der     Abgasturbine     zugeleitet werden kann.  



  An sich     ist    es bekannt, die Abgase von       Kolbenbrennkraftmaschinen    zu erhitzen.       Durch    die Erfindung wird bei     Abgas-          turbinen-Aufladung    der Vorteil erreicht, dass  der wirtschaftliche Wirkungsgrad der An  lage gegenüber demjenigen von bekannten       golbenbrennkraftmaschinen    mit     Abgastur-          binen-Aufladung    erhöht werden     kann,

      da bei  diesen die bei nicht genügender     Zufuhr    von       Kolbenbrennkraftmaschinen    - Abgasen feh  lende     Verdichtungsarbeit    in einem von einer  besonderen Kraftquelle angetriebenen Ver  dichter     geleistet        wird,    der die Luft     mit    dem  durch die     Abgasturbine        angetriebenen    Ver  dichter entweder in Parallel- oder in     Hinter-          einanderschaltung    verdichtet.  



  Zur     beispielsweisen        Erläuterung    des Ver  fahrens dient die auf der     Zichnung    schema-      fisch dargestellte     Kolbenbrennkraftmaschine     mit     Abgasturbinen-Aufladung.     



  Die     Kolbenbrennkraftmaschine    1, deren  Kolben 2 die Kurbel 3 antreibt, ist mittels  der an die     Auslassschlitze    4 angeschlossenen       Abgasleitung    5 mit der das Laufrad 6 und  die Leiträder 7 besitzenden Abgasturbine 8  verbunden, deren Welle 9 den Verdichter 10  antreibt. Der Verdichter 10, der zwei Lauf  räder 11 mit zwischengeschaltetem Leitrad  12 aufweist, fördert die Luft durch die Lei  tung 13, die     Rüekschlagventile    14 und die       Einlassschlitze    15 in die     Brennkraftmaschine     1. Der Brennstoff wird letzterer durch das  Brennstoffventil 16 zugeführt.  



  Erfolgt die zusätzliche Erhitzung der Ab  gase oder der vom Verdichter kommenden  und     durch    die     Verdichtung    bereits erwärmten  Luft mit Hilfe einer Heizeinrichtung, so  kann dafür die strichpunktiert     eingezeieh-          nete    Rohrschlange 17 benutzt werden, die  dazu von einem Heizmittel mit einer über  der Abgastemperatur liegenden Temperatur  nach     Massgabe    der Einstellang des Regel  ventils 18 durchströmt wird.  



  Bei der zusätzlichen Erhitzung durch  Verbrennung von Brennstoff wird dieser in  die Leitung 5 durch die Düse 19 mittels der  vom Elektromotor 20 angetriebenen Pumpe  21 in einer durch das Regelventil 22 be  stimmten     112enge    eingespritzt. Für die Ver  brennung ist in der Leitung 5 ein Raum 24  vorgesehen, in welchem eine     elektrische     Zündvorrichtung 25 angeordnet ist, um den  Brennstoff beim Ausbleiben von     bezw.    bei  zu tiefer Temperatur der     Kolbenbrennkraft-          maschinen-Abgase    zu entzünden.

   Die Regel  ventile 18     bezw.    22 werden durch den Dreh  zahlregler 26 auf der Turbinenwelle 9 in  Abhängigkeit von der Drehzahl der Abgas  turbine 8     eingestellt.     



  Die beschriebene Anlage arbeitet wie  folgt:       Läuft    die     Kolbenbrennkraftmaschine    zum       Beispiel    mit Vollast und wird ihre Belastung       verringert,    so verringert sieh die Zufuhr von  Abgasen zur Turbine B. Die Temperatur der  Abgase sinkt, ihr     Volumen    wird kleiner     und       die Leistung der Turbine 8 nimmt ab. Dabei  sinkt die Drehzahl der Turbine 8 und des  Verdichters 10 in dem Bestreben, den bei  kleinerer Drehzahl sich einstellenden klei  neren Kraftbedarf des Verdichters der ver  ringerten Leistung der Turbine anzupassen.

    Infolge der Drehzahlverringerung öffnet nun  aber der Regler 26 das Regelventil 22 und  damit die Brennstoffzufuhr durch die Düse  19. wobei angenommen wird, dass die Pumpe  21 schon vorher in Betrieb gesetzt ist. Sind  die Abgase heiss genug, so     entzündet    sich der  Brennstoff ohne weiteres, während bei zu ge  ringer Temperatur der Abgase die Zündvor  richtung 25 eingeschaltet werden muss.  



  Die zusätzliche Erhitzung der Abgase  durch Verbrennung von     eingespritztem     Brennstoff wird     ermöglicht,    weil die vom  Verdichter 10     geförderte    Luft nur zum Teil  für die     Verbrennung    in der     Kolbenbrenn-          kraftmaschine    1 gebraucht wird und in den  aus den     Auslassschlitzen    4 austretenden Ab  gasen noch Luft im     Überschuss    vorhanden ist.

    Die der Abgasturbine 8     zugeführten    Abgase  werden nun vor ihrem Eintritt in die Tur  bine 8 derart zusätzlich veränderlich erhitzt,  das trotz der nicht genügenden Zufuhr von       golbenbrennkraftmaschinen-Abgasen    die zum  Antrieb des Verdichters 10 fehlende Energie  je nach Bedarf erzeugt wird. Durch die zu  sätzliche Verbrennung wird nämlich das Vo  lumen der Abgase     und    damit die     in    ihnen  enthaltene     ausnutzbare    Energie vergrössert.

    Zweckmässig wird die Regelung so getroffen,  dass die Volumenvergrösserung mindestens  ausreicht zur Erzeugung einer     Abgastur-          binenleistung,    die dem Kraftbedarf des     Ver-          diehters    10 entspricht, wenn in demselben die  gesamte     Verdichtungsarbeit    für die der Be  lastung der     Kolbenbrennkraftmaschine    1 ent  sprechende. Zufuhr von Luft geleistet werden  soll. Wenn die Abgase infolge kurzzeitigen  Unterbruches der     Verbrennung    ausbleiben, so  wird die in den Vorrichtungen 10 und 1 ver  dichtete und dadurch erwärmte Luft zusätz  lich erhitzt.  



  Bekanntlich wird bei niedrigem Ruflade  druck von nur     wenigen    Zehnteln Atmo-           sphären        Überdruck    die     Abgasturbinen-Auf        -          ladung    nur     mit        Hilfe    der     Kolbenbrennkraft-          maschine    in Gang gesetzt und betrieben. Bei  hohen     Aufladedrücken,    z.

   B. von mehreren  Atmosphären     Überdruck,    kann es vorteilhaft  sein, die     Turbine    8 und den Verdichter 10  vor der     Kolbenbrennkraftmaschine    1 in Gang  zu setzen.  



  Zum     Inbetriebsetzen    des Verdichters 10  wird dann der Motor 27 zum     Beispiel    an das  Netz angeschlossen und die Kupplung 28 ein  gerückt. Durch Öffnen des Ventils 30 strömt  die vom Verdichter 10 gelieferte Luft der.  Turbine 8, unter Umgehung der     Kolben-          brennkraftma.schine    1, unmittelbar durch die  Leitung 29 zu.

   Sowohl bei Zweitakt-, als  auch     llei        Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen     kann eine solche     Umgehungsleitung    erforder  lich sein, sofern bei Stillstand ein     Durchtritt     für die Luft durch die Ein- und Auslass  organe solcher Maschinen nicht in ausreichen  dem Masse vorhanden     ist    oder ganz fehlt.  



  Nachdem     nun    der Motor 27 den Ver  dichter 10 und die Turbine 8 auf ihre An  laufdrehzahl gebracht hat, wird die Erhit  zung mittels des     Heizrohres    24     bezw.    mit  tels der     Brennstoffzufuhr    durch die Düse 19  eingeschaltet. Der Brennstoff wird dabei  durch die Zündvorrichtung 25 entzündet.  Beim Erreichen der Anlaufdrehzahl kann  dann auch die Kupplung 28 ausgekuppelt  werden; der Motor 27 wird abgestellt und  der Betrieb der Turbine 8 mittels der Er  hitzung der Luft-.     bewirkt,    bis zum Beispiel  die     Förderung    des Verdichters 10 dem Leer  laufluftbedarf der     Kolbenbrennkraftmaschine     1 entspricht.  



  Soll die Leistung der     Abgasturbine    8 be  sonders hoch gesteigert     bezw.    der Betrieb des  Verdichters 10 bei den kleinsten Belastungen  der     Kolbenbrennkraftmaschine    1 sicher  gestellt werden, so kann zum Beispiel mittels  des     strichpunktiert    gezeichneten, von der       Kolbenbrennkraftmaschine    1 angetriebenen  Verdichters 31     zusätzlich    Druckluft durch  die Leitung 32     in    die     Leitung    5     bezw.    durch  die Leitung 35 in die     Leitung    13 gefördert  werden.

   Diese zusätzliche     Druckluftzufuhr       ermöglicht eine     Erhöhung    der Erhitzung       bezw.    der Verbrennung und damit der     Tur-          binenleistung    über das     durch    die Menge der       Kolbenbrennkraftmaschinen-Abgase    gegebene  Mass     hinaus,    ohne     Überschreitung    der durch  die     Turbinenschaufelung        bedingten    Höchst  temperatur der Abgase.

   Ist an Stelle des Ver  dichters 31 ein durch den Elektromotor 33  angetriebenes Gebläse 34 vorgesehen, so kann  letzteres auch zum Anlassen der Turbine 8  ohne     Kolbenbrennkraftmaschinen-Abgase    ver  wendet werden, wobei der Motor 27 weg  fallen würde.  



  An Stelle des Reglers 26 kann     eine    Re  gelung der     Erhitzung    in Abhängigkeit von  der D_     rehzahl    der     Kolbenbrennkraftmaschine,     von Druck oder Temperatur in der Leitung  5     bezw.    dem Raum 24, sowie von Tempera  tur, Druck oder     Menge    der Luft in der Lei  tung 13 vorgesehen sein.

   Durch die Erwei  terung des     Durchtrittsquerschnittes    im Raum  24 gegenüber dem     Querschnitt    im übrigen     -          Teil    der     Leitung    5 wird der Vorteil erreicht,  dass     infolge    der     Verringerung    der Geschwin  digkeit der Luft     bezw.    der Abgase im Raum  24     ein        Ei.n.trih    von     unverbranntem        Brenn-          stoff    in die Turbine 8 hintangehalten wird  und dadurch ein Brennstoffverlust vermieden  werden     kann.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Betrieb einer Kolben- brennkraftmaschine mit Abgasturbinen-Auf- ladung, dadurch gekennzeichnet, dass die der Abgasturbine zugeführten Gase zwischen der Kolbenkraftmaschine und der Abgas turbine nicht nur zusätzlich erhitzt werden, sondern die Erhitzung auch derart geregelt wird,

   dass beim Ausbleiben bezw. nicht ge nügender Zufuhr von Kolbenbrennkraft- maschinen-Abgasen, die zum Antrieb des Verdichters fehlende Energie erzeugt wird. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung der Gase mit Hilfe einer Heizeinrichtung er folgt. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung der Gase durch Verbrennung von Brennstoff erfolgt. .

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung in Ab hängigkeit von einer Betriebsgrösse der golbenbrennkraftmaschine geregelt wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung in Ab hängigkeit von einer Betriebsgrösse der Abgasturbine geregelt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung in Ab- hängigkeit von einer Zustandsgrösse der vom Verdichter gelieferten Luft geregelt wird. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, daB die vom Verdichter gelieferte Luft unter Umgehung der Kol- benbrennkra.ftmaschine der Abgasturbine zugeleitet wird, zum Zweck, die Abgas turbine ohne von der Kolbenbrennkraft- maschine kommende Gase durch eine den Verdichter antreibende Hilfsmaschine an zutreiben.