DE2331564A1 - Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung - Google Patents

Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung

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Description

Theo Müller, Münchenstein (Schweiz)
Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung .
Bisherige Kraftfahrzeugantriebsvorrichtungen umfassen Verbrennungsmotoren, nämlich Zwei- oder Viertakt-Kolbenmotoren, insbesondere Otto-Motoren und Dieselmotoren. Drehkolbenmotoren sind als Kraftfahrzeugantriebsvorrichtungen beschränkt erhältlich und Turbinenantriebsvorrichtungen sowie Antriebsvorrichtungen, welche Elektromotoren umfassen, sind erst in einem Versuchszustand und handelsmässig nicht erhältlich.
lsi Vergleich mit Turbinen weisen die als Kolbenmotoren ausgebildeten Verbrennungsmotoren einen guten Wirkungsgrad und schnelle Anpassbarkeit an die Belastung auf, geben aber in grossem Ausmass schädliche Auspuffgase an die Umgebung ab.
Insbesondere sind diejenigen Kolbenmotoren, deren Brennstoff Schmieröl enthält, umweltschädlich.
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30.5.73
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Mittel zum Beheben der schädlichen Abgase, insbesondere von Ottomotoren, umfassen gemäss dem Stand der Technik Katalysatoren, welche allgemein einen Nachbrenner aufweisen, in welchem insbesondere die umweltsfeindlichen Kohlenmonoxydgase zu Kohlendioxydgasen verbrannt werden. Die durch den Verbrennungsvorgang den Gasen zugeführte Energie wird jedoch nicht zurückgewonnen. Sie geht unausgenützt in Form eines höheren Wärmeinhaltes des Auspuffgases unbenutzt durch den Auspuff verloren. Zudem sind die Katalysatoren kostenaufwendig.
Im Vergleich mit den Kolbenmotorenantriebsvorrichtungen weisen Turbinenantriebsvorrichtungen einen schlechten Wirkungsgrad auf, passen sich leistungsmässig schlecht den Belastungswechseln an und erzeugen heisse Abgase. Da aber die Verbrennung mit Luftüberschuss erfolgt, sind die Auspuffgase wenig umweitschädlich.
Elektromotorantriebsvorrichtungen aufweisende Kraftfahrzeuge umfassen Batterien, welche schwer sind und zu oft nachgeladen werden müssen.
Zweck der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu beheben.
Die erfindungsgemässe Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit einer Kolbenmotorvorrichtung gasseitig zusammenarbeitende Gasturbinenantriebsvorrichtung aufweist.
Die Kolbenmotorvorrichtung weist einen herkömmlichen Kraftfahrzeugmotor auf, welcher mit einer Verdichtervorrichtung antriebsverbunden ist. Die Abgase des Kolbenmotors werden unmittelbar der Verdichtervorrichtung zugeführt. Diese Abgase enthalten vor allem das umweitschädliche Kohlenmonoxyd.
Zusätzlich wird der Verdichtervorrichtung Frischluft zugeführt.
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Daher ist in der Verdichtervorrichtung ein Gemisch von Abgasen und Frischluft verdichtet.
Dieses Geraisch wird vom Verdichter in eine herkömmliche Brennkammer geleitet, wo es unter Luftüberschuss verbrennbar ist. Damit ist versichert, dass alles Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd verbrennt. Diese hochenergetischen Abgase sind einer Turbinenvorrichtung zugeführt, welche ihrerseits mit dem Kraftfahrzeugübersetzungsgetriebe antriebsverbunden ist.
Die Kolbenmotor-Verdichtervorrichtung arbeitet mit vorwiegend gleichbleibender Drehzahl,was zur Folge hat,dass dieser Vorrichtung für einen besten Wirkungsgrad ausbildbar ist. Insbesondere ist der Wirkungsgrad im Vergleich zu einer einen Gasturbinenantrieb aufweisende Verdichtervorrichtung höher. V/eil die Kolbenmotorvorrichtung eine tiefere Drehzahl als die Verdichtervorrichtung aufweisen kann, können diese zwei Vorrichtungen mittels einer drehzahländernden Vorrichtung miteinander antriebsverbunden sein.
Die Brennkammer- und Turbinenvorrichtung weisen einen im Vergleich zum Kolbenmotor schlechten Wirkungsgrad auf, zeichnen sich aber durch umweltfreundlichere Abgase aus.
Um die Temperatur der aus der Arbeitsturbine austretenden Abgase zu verringern, kann in der Brennkammer Wasser eingespritzt werden.·
Weil ein Teil des thermischen Arbeitskreislaufes einen einen verhältnismässig guten Wirkungsgrad aufweisenden Kolbenmotor umfasst, weist die gesamte Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung, unter Abgabe umweltfreundlicher Abgase, einen im Vergleich mit reinen Gasturbinenantriebsvorrichtungen verbesserten Wirkungsgrad auf.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der
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Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Mit 1 ist eine Kolbenmotorvorrichtung schematisch dargestellt, welcher Frischluft 2 zuströmt und welche Abgase 3 abgibt. Die Kolbenmotorvorrichtung 1 ist mittels der Getriebevorrichtung 4 mit einer Verdichtervorrichtung 5 antriebsverbunden. Die Abgase 3 der Kolbenmotorvorrichtung 1 sind der Verdichtervorrichtung 5 zugeleitet. In der Verdichteryorrichtung 5 wird das Abgas/Luftgemisch 7 verdichtet und in einer Brennkammer verbrannt. Die Abgase 9 der Brennkammer sind einer Leistungsturbine 10 zugeführt und werden durch die Auspuffleitung 11 ausgestossen. Die Leistungsturbine 10 ist mittels eines herkömmlichen Schaltgetriebes 12 mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges verbunden.
Die Kolbenmotorvorrichtung kann einen Otto- oder Dieselmotor aufweisen. Diese können als Zwei- oder Viertaktmotoren ausgebildet sein.
Ebenfalls kann sie einen Kreiskolbenmotor aufweisen, welcher bezüglich einer drehbeweglichen resp. Turbinendiehtervorrichtung, besonders als deren Antriebsvorrichtung geeignet wäre.
Die Verdichtervorrichtung kann einen einfach- oder doppeltwirkenden Kolbenverdichter aufweisen. In einer solchen Ausführung könnte dieser im Motorblock des Kolbenmotores angeordnet sein, wobei die Pleuelstangen der Verdichterkolben an der Kurbelwelle des Kolbenmotores angelenkt sein können.
Die Verdichtervorrichtung kann auch als drehbeweglichen Verdrängungsverdichter ausgebildet sein.
Dieser könnte unmittelbar mit dem Antriebsmotor verbunden sein oder auch mittels eines Geschwindigkeitsumsetzers, beispielsweise einem mit zwei verschiedene Durchmesser aufweisende Scheiben arbeitenden Riemenantrieb oder einem Zahnrad-
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übersetzungsgetriebe, beipielsweise einem Planetengetriebe mit Antriebsmotor verbunden sein.
Weiter kann die Verdichtervorrichtung Turboverdichter umfassen, welche als Zentrifugal- oder Axialverdichter ausgebildet sind. Der Antrieb des Turbinenverdichters würde mittels eines Gurtenantriebes oder Zahnradübersetzungsgetriebes, beispielsweise eines Planetengetriebes erfolgen.
Eine weitere Getriebevorrichtung kann antreibbar zwischen der Verdichtervorrichtung und der Arbeitsturbine angeordnet werden, wobei diese Vorrichtung einen Freilauf aufweisen würde. Damit könnte die Verdichterantriebsvorrichtung, im Falle einer Panne der Brennkammer oder der Gasturbine,zum Notantrieb des Kraftfahrzeuges gebraucht werden, ähnlich heutigen Kraftfahrzeugen, welche im Notfall mit der Anlassbatterie bewegbar sind (z.B. Motorausfall auf einem Bahnübergang).
Der Arbeitsturbine kann ein Kondensator nachgeschaltet werden. Damit könnte einerseits das in die Brennkammer eingespritzte Wasser wiedergewonnen werden und anderseits die Abgase noch weiter gekühlt werden.
Weiter könnte die Brennkammer einen Katalysator aufweisen, mit welchem die Verbrennung der Abgase der Kolbenmotorantriebsvorrichtung unterstützt werden kann.
Weil ein Kraftfahrzeug nicht mittels einer herkömmlichen Gasturbine auch gebremst werden kann, kann man auf dem Antriebsschaufelkranz des Turbinenrades einen weiteren Bremsschaufelkranz anordnen. Dieser könnte für eine dem Antriebsdrehsinn entgegengesetzt arbeitbare Beaufschlagung ausgebildet sein und die die Brennkammer verlassenden Gase,im Falle einer erwünschten Bremsarbeit, dem Bremsschaufelkranz mittels einer Gasstromänderungsvorrichtung zugeführt werden.
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Claims (20)

  1. Patentansprüche
    Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit einer Kolbenmotorvorrichtung gasseitig zusammenarbeitende Gasturbinenantriebsvorrichtung aufweist .
  2. 2. Kraftfahrzeugsantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase des Kolbenmotors in der Brennkammervorrichtung der Gasturbinenvorrichtung verbrennbar· sind.
  3. 3. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Abgasen des Kolbenmotors Frischluft zuführbar ist.
  4. 4. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung unter Luftüberschuss erfolgbar ist.
  5. 5. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmotorvorrichtung mit einer Verdichtervorrichtung antriebsverbunden ist.
  6. 6. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass Frischluft den Abgasen der Kolbenmotorvorrichtung vor der Verdichtervorrichtung zuführbar ist.
  7. 7. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmotorvorrichtung einen Otto-Motor aufweist.
  8. 8. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmotorvorrichtung einen
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    Dieselmotor aufweist.
  9. 9. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmotorvorrichtung einen Kreiskolbenmotor aufweist.
  10. 10. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmotorvorrichtung mit der Verdichtervorrichtung antriebsverbunden ist.
  11. 11. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmotorvorrichtung mit der Verdichtervorrichtung mittels einer Riemenvorrichtung antriebsverbunden ist.
  12. 12. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmotorvorrichtung mit der Verdichtervorrichtung mittels einer Getriebevorrichtung antriebsverbunden ist.
  13. 13. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung ein Planetengetriebe aufweist.
  14. 14. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander mechanisch antriebsverbundenen Kolbenmotorvorrichtung und Verdichtervorrichtung nicht mit dem Gasturbinenrad mechanisch antriebsverbunden sind.
  15. 15. Kraftfahrzeugantriebsvorrdchtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtervorrichtung eine Verdrängerbauart darstellt.
  16. 16. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtervorrichtung einen Turboverdichter aufweist.
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  17. 17. KraftfahrzeugantriebsVorrichtung nach Anspruch
    16, dadurch gekennzeichnet, dass der Turboverdichter einen Zentrifugalverdichter ist.
  18. 18. Kraftfahrzeμgantriebsvorrichtung nach Anspruch
    17, dadurch gekennzeichnet, dass der Turboverdichter ein Axialverdichter ist.
  19. 19. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch
    18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenvorrichtung bewegliche Vorleitschaufeln aufweist.
  20. 20. Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenvorrichtung auf dem Turbinenrad aufgesetzte Umkehrschaufeln aufweist.
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