DE2012730C3 - Freikolben Brennkraftverdichter in Tandemanordnung mit zwei Motorzylindern - Google Patents

Description

daß zwecks Regelung der von Jen Brennk¹ aftzylindern erzeugten Druckluftmenge in an sieh bekannter Weise ein Teil der von dem Turbogebläse veidichteten Luft den aus den Brennkraftzv lindern austretenden Verbrenntingseasen vor dem 'I'urhinentcil des Turhogehlüses /ugemischt wird, und daß dem Turbinent-jn des Turbojebläses eine Brennkammer vorgeschaiie: ist, welche von dem Gemisch aus Vc" brennüngiigasen und Zusatzluft durchströmt ist. und in welche eine regelbare Menge von Zusatzbrennstoff eingespritzt wird, der in dem gesamten Gemisch verbrannt wird.

Eine Verbesserung dieser Lösung wird erreicht, indem die Auspuffgase des "^! irbinenieils in an sich bekannter Weise auigenuir. werden, um in einem Wärmeaustauscher die für den Turbinenteil bestimmte Zusatzluft vor ihrer Zufuhr zu der Brennkammer /¹U erwärmen.

Ferner empfiehlt sich eine Ausgestaltung, bei der der Verdichterteil des Turbogebläses in an si:h bekannter Weise zwei Stufen oder n.jhr hat.

Der auf einem anderen Gebiet liegerde Gegenstand nach der USA-Patentschrift 3 163 984 dient zur Regelung der Brennstoffmenge, die in der dem Turbincp:ei! de- Turbogebläses vorgeschalteten Brennkammer verbrannt wird, um zu verhindern, daß die Ί emperatur der abgezweigten und der dem Turbinentei! des Turbogebläses zugeführten Luft unzulässig hohe Werte annimmt. Sie dient also weder zur Regelung der Leistung der Brennkraftmaschine noch zur Regelung der von einem Brennkraftverdichter zu liefernden Liiftmenge.

Dagegen handelt es sich bei der Erfindung darum, die vom Brennstoffverdichter verdichtete Luft zu regeln, und zwar durch Veränderung der in diesen Verdichter hineingeschickten Energie, nicht jedoch durch Veränderung der Energie aus dem Verdichter austretenden Gase.

Nach der Erfindung wird eine Maschine hoher Leistung, jedoch von sehr geringem Gewicht und geringstem Platzbedarf erhalten.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Der dargestellte Freiflugkolben-Brennkraftverdichter weist zwei gleichachsige Brennkraftzylinder 1, und I₄ in Tandemanordnung auf, welche mit zwei Paaren von Brennkraftkolben 2,, 3, bzw. 2₂, 3₂ zusammenwirken. Die inneren Brennkraftkolben 3, und 3j sind starr mit einem doppeltwirkenden Verdichterkolben 4 verbunden, welcher auf zwei von ihm in einem Verdichterzylinder S abgegrenzte, be nachbarte Verdichterräume einwirkt.

Die drei Kolben 3,, 3,,, 4 bilden zusammen die eine hin- und hergehende Bewegung ausführende innere bewegliche Einheit.

Die äußere bewegliche Einheit wird dadurch gebildet, daß durch Stangen 8 die äußeren Brennkraftkolben 2,, 2₂ starr miteinander und mit Verdichterkolben 3I₁, 3I₂ verbunden werden, wobei die Verdichterkolben 3I₁, 3I₂ mit einfach wirkenden Verdichterzylindern 37j, 37₂ zusammenwirken.

Der Einlaß der Verdichterzylinder 37,, 37₂ steht mit der Förderseite der durch den doppeltwirkenden Verdichterkolben 4 in dem Verdichterzylinder S bestimmten Verdichterräume in Verbindung, und zwar über zweckmäßig in einem Wärmeaustauscher 41 gekühlte Leitungen 4O₁, 4O₂.

Die gesamten Verdichterkolben 4, 3I₁, 3I₈ und Verdichtet) linder 5. 37,. 37., bilden somit einen zweistufigen Kolbenverdichter, welcher Luft nach außen in ein Sammelrohr 42 fördert.

Die Anlage wird durch ein von einem Turbinentei!

16 angetriebenes Turbogebläse vervollständigt, dessen Verdichterteil 43 mit zwei Stufen 43,, 4J₂ aufweist. Die Verdichterstufe 43, saugt Luft von ajüfi an. Ein Teil der in dieser Stufe 43 verdichteten Luft wird nach Durchgang durch einen Kühler 44 der

ίο Saiigseile der zweiten Verdichterstufe 43., zugeführt, während der andere Feil nach dem Austritt aus dem gleichen Kühler 44 auf die beiden Verdichterräume des Verdichterzylinders 5 durch die Leitungen 45,. 45₂ verteilt wird.

Die von der zweiten Verdichtungsstufe 43, geförderte, verdichtete Luft wird in zwei Ströme unterteilt, von denen der eine durch an den Einlaßöffnungen 12, and 12₂ der Brennknützylinder I₁ und I₂ mündentk-Leitungen 46,, 46₂ die P-^nnkraftzylinder I₁. I₂ speist, während der andere durch die Leitung abgeleitete Strom nach Mischung mit den aus den Auslaßötfnungen 13, und I3₂ der Brennkraftzyünder I₁, I₂ austretenden und durch die Leitungen 48, und ^₁ ankommenden Verbrennungsgasen dem Turbinenteil 16 zugeführt wird. Vor dem Eintritt in der. Turbinenteil 16 wird das Gemisch einer Brennkammer 18 zugeführt, in der eingespritzter Brennstoff verbrannt wird. Die au.i der Brennkammer 18 abgeführten Gase werden dem Einlaß des Turbinenteils 16 zugeführt, aus welchem sie nach Verrichtung ihrer Arbeit durch eine Leitung 49 austreten.

Schließlich wird der Wirkungsgrad des T.:'bogebläses des Brennkraftverdichters noch dadurch verbessert, daß die Luft der Leitung 47 strömungsaufwärts von der Brennkammer 18 durch einen von den in dem Turbinenteil 16 entspannten Auspuffgasen durchströmten Wärmeaustausche! "0 geleitet wird.

Hierdurch entsteht ein dreistufiger Verdichter, bei welchem die Niederdruckstufe durch die erste Stufe 43, des Turbogebläses, die Mitteldruckstufe durch den Verdichterkolben 4 mit dem Verdichterzylinder 5 und die Hochdruckstufe durch die Verdichter-Kolben 3I₁, 3I₂ mit den Verdichterzylindern 37,, 37₂ gebildet wird. Die auf hohen Druck verdichtete Luft wird auf der Förderseite der Verdichterzylinder 37,.

37₂ in ein gemeinsames Sammelrohr 42 aufgefangen.

Gemäß einer Ausführungsabwandlung kann man

auch, anstatt die den Kolbenverdichter speisende Luft der ersten Stufe 43, des Turbogebläses zu entnehmen, diese Entnahme an der zweiten Stufe 43_ä vornehmen (nicht dargestellt). Die Drücke in den drei aufeinanderfolgenden Verdichtungsstufen werden dann etwa verdoppelt, wobei jedoch die entnommenen Massen kleiner sind. In beiden Fällen ist es erfindungs°emäß stets möglich, die Abmessungen des Turbogebläses so zu bestimmen, daß das Verhältnis des Massenflusses in den Leitungen 47 und 48 derart ist, daß die Motorarbeit und die Widerstands- arbeit in jeder der eine hin- und hergehende Bewegung ausführenden Einheiten des Freiflugkolbenmotorverdidtters gleich sind.

Selbstverständlich muß die eingespritzte Brennstoffmenge in Abhängigkeit dieses Verhältnisses ver- ändert werden.

Wie bereits ausgeführt, kann man für die gleiche Spülluftmenge der Brennkraftmaschine des Freiflugkolbenverdichters die Menge des verdichteten, nach

außen geförderten Gases in weiten Grenzen verändern, indem man die in der Brennkammer 18 verbrannte Brennstoffmenge verändert, welche zwischen 0 und der am Einlaß des Turbinenteils 16 die höchstzulässige Temperatur ergebenden Menge liegen kann. Die Größe dieser Veränderung ergibt sich

daraus, daß die dem Turbinenteil 16 ohne Nach brennung zugeführten Gase infolge des sta Gehalts an Spülluft gegenüber den in den Br kraftzylindern des Freiflugkolben-Brennkraftverc ters verbrannten Gasen nur eine niedrige Temper haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Vv.-

3533

Claims (3)

1 2 Die von der Erfindung gelöste Aufgabe besteht Patentansprüche: darin, bei Motorverdichtern mit FreifiugkHben in Tandemanordnung die Lieferleistung des Verdich-

1. Freiflugkolben-Brennkraftverdichter in Tan- lers in weiten Grenzen veränderlich zu machen und demanordnung mit zwei Brennkraftzylindem, in 5 dabei gleichzeitig bei allen Betriebsverhältnissen für denen je zwei gegenläufige Brennkraftkolben einen guten Wirkungsgrad zu sorgen.

arbeiten, deren Arbeitsperioden derart versetzt Bezüglich der Regelung der Lieferleistung zwisind, daß die auswärts gerichteten Hübe der sehen Freiflugkolbjnmaschinen gewöhnlicher Art Brennkraftkolben in dem einen Zylinder mit den und Freiflugkolbenma^chinen in Tandemanordnung nach einwärts gerichteten Hüben der Brennkrafi io bestehen wesentliche Unterschiede, derentwegen einkolben in dem anderen Zylinder zusammenfallen. fache Bauarten dieser Gattung nicht mit Tandemsowie mit einem mit diesen Brennkraftkolben ge- maschinen vergleichbar sind. z. B. solche nach kuppelten Kolbenverdichterteil, wobei sowohl die deutscher Patentschrift 687 277.
Brennkraftzylinder als auch der Verdichtertei! Bei Freiflugkolbenmaschinen gewöhnlicher Art du,ch ein Turbogebläse, dessen Turbinenteil 15 wird der Kolbenhub im auswärts gerichteten Sinn durch die aus den Brennkraftzylindem austreten- durch die Verbrennung von Brennstoff im Brennden Verbrennungsgase angetrieben wird, mit vor- kraftzylinder bewirkt, während der Kolbenhub im verdichteter Luft gespeist werden, dadurch enteegensiesetzten Sinn unter dem Einfluß pneumatigekennzf'chnet, daß zwecks Regelung der scher Energie geschieht, die während des auswärts von den Brennkraftzylindem (I₁, l_t) erzeugten 20 gerichteten Hubs in Luftpolstern aufgespeichert ist. Druckluftmenge in an sich bekannter Weise ein Bei diesen Maschinen ist es möglich, die Hublänge Teil der von dem Turbogebläse verdichteten Luft der Kolben in weiten Grenzen zu verändern und den aus den Brennkraftzylindem (I₁, 5,) ausirc- damit auch die Lieferleistung des Verdichterteils tenden Verbrennungsgasen vor dem Turbinenteil allein durch Veränderung der Kolbenhublänge weil 6) des Turbogebläses zugeirnscht wird, und daß 25 scntlich zu verändern. Die Möglichkeit einer wesentdem Turbinenteil (16) des Turbogebläses eine liehen Veränderung der Kolbenhublänge besteht bei Brennkammer (18) vorgeschaltet ist, welche von einer sogenannten Tandemmaschine nicht. Bei einer dem Gemisch aus Verbrennungsgasen und Zu- Tandemmaschine wird sowohl der auswärts gesatzluft durchströmt ist, und in welche eine regel- richtete Kolbenhub als auch der einwärts gerichtete bare Menge ·οη Zusatzbrennstoff eingespritzt 30 Kolbenhub durch die Verbrennung von Brennstoff wird, der in dem genannten Gemisch verbrannt bewirkt. Es ist daher eine Charakteristik der wird. Tandemmaschine, daß sie zwei Brennkraftzylinder

2. Freiflugkolben-Brennkrafverdichter nach mit entsprechenden Brennkraftkolben aufweist, wo-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei die Verbrennungsperiode in dem einen Brenn-Auspuffgase des Turbinenteils (16) in an sich 35 kraftzylinder mit der Verdichtungsperiode im anderen bekannter Weise ausgenutzt werden, um in einem Brennkraftzylinder zusammenfällt und umgekehrt. Wärmeaustauscher (20) die für den Turbinenteil Da der Arbeitshub der Brennkraftkolben in dem (16) bestimmte Zusatzluft vor ihrer Zufuhr zu einen Brennkraftzylinder mit dem Verdichtungshub der Brennkammer (18) zu erwärmen. der Brennkraftkolben in dem anderen Brennkraft-

3. Freiflugkolben-Brennkraftverdichter nach 40 zylinder zusammenfällt und die am Ende des VerAnspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dab dichtungshubs in dem letztgenannten Brennkraftder Verdichterteil (43) des Turbogebläses in an zylinder zu erreichende Kolbenstellung konstant ist, sich bekannter Weise zwei Stufen (43_t, 43g) oder so ist auch die in dem anderen Brennkraftzylinder mehr hat. zu erreichende äußere Kolbentotpunktstellung kon-

45 stant, so daß es auch nicht mehr möglich ist, die Hublänge der Kolben wesentlich zu ändern. Dies

steht im Gegensatz zu den üblichen Freiflugkolbenmaschinen, bei denen die äußere Kolbentotpunktsteilung nicht festliegt.

Die Erfindung betrifft einen Freiflugkolben-Brenn- 50 Bei den Tandemmaschinen nach der Erfindung kraftverdichter in Tandemanordnung mit zwei Brenn- fehlt also eine Regelungsmöglichkeit für die Lieferkraftzylindern, leistung, die bei gewöhnlichen Freiflugkolben-

In solchen Verdichtern pflegen je zwei gegenläufige maschinen vorhanden ist.

Brennkraftkolben zu arbeiten, deren Arbeitsperioden Wenn trotzdem Freiflugkolben-Tandemmaschinen derart versetzt sind, daß die auswärts gerichteten 55 gebaut werden, so deswegen, weil bei großer Leistung Hübe der Brennkraftkolbcn in dem einen Zylinder die zur Aufspeicherung der Rückführenergie dienenmit den nach einwärts gerichteten Hüben der Brenn- den Luftpolster sehr große Dimensionen annehmen, kraftkolben in dem anderen Zylinder zusammen- die häufig die Verwendung großer Freiflugkolbenfallen, maschinen gewöhnlicher Art unmöglich machen. Innerhalb dieser Gattung verbessert die Erfindung 60 Auch ergibt sich bei Maschinen großer Leistung diejenigen Tandemverdichter mit einem mit den eine derartige Vergrößerung der hin- und hergehenbeschiiebenen Brennkraftkolbeii gekuppelten KoI- den Massenkräfte, daß trotz der durch die Luftbenverdichterteil, bei denen sowohl die Brennkraft- speicherung gegebenen Regelungsmöglichkeit die zylinder als auch der Verdichterteil durch ein Verwendung von Tandemmaschinen zweckmäßiger Turbogebläse mit vorgedichteter Luft gespeist wer- 65 ist. Es muß dann bei einer Tandemmaschine für den und bei denen der Turbinenteil durch die aus eine andere Regelungsmöglichkeit gesorgt werden, den Brennkraftzylindem austretenden Verbrennungs- und dies ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gase angetrieben wird. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch,