DE2427682A1 - Power plant with exhaust driven super charger - has auxiliary combustion chamber for high performance requirements - Google Patents

Power plant with exhaust driven super charger - has auxiliary combustion chamber for high performance requirements

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Abstract

The power plant consists of a water cooled internal combustion engine (11) an air compressor (12) turned by a turbine (16) powered by the engines exhaust gases, a cooler (13) to cool the compressed air and an auxiliary combustion chamber (15) driving a separate turbine to turn the power units radiator cooling fan (14). Only sufficient air and fuel is fed to the auxiliary combustion chamber to maintain a stable low flame and the exhaust gases are fed to the cooling fan turbine (17) at low output. For sudden increased performance, the auxiliary exhaust gases are shunted by means of a valve (19) to the air compressor turbine (16). In the case of a stationary power plant where there is no slip stream to cool the radiator, the whole output from the auxiliary combustion chamber can be diverted to the cooling fan turbine.

Description

Antriebsanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanlage, bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einem abgasgetriebenen Ladeluftverdichter, einem Ladeluftkühler, einem abgasgetriebenen Kühlgebläse für das Motorkühlwasser sowie einer Zusatzenergie liefernden Brennkammer. Drive system The invention relates to a drive system, consisting of an internal combustion engine, an exhaust gas-driven charge air compressor, a charge air cooler, an exhaust gas-driven cooling fan for the engine cooling water as well as a combustion chamber providing additional energy.

Es ist Zweck einer solchen Antriebsanlage, durch nutzbringende Verwertung der Energie, die den Abgasen bei Verlassen der Brennkraftmaschine noch innewohnt, eine hohe Leistungsausbeute zu erreichen. Der Brennkammer fällt dabei die Aufgabe zu, bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine deren Abgas durch Zufuhr von zusätzlicher Energie aufzuheizen. Damit ist eine Verbesserung des Abgasturbinen-Wirkungsgrades zu erreichen oder die Abgasmenge, d.h. die Leistungen der Abgas turbinen kurzfristig und unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu vergrößern. So wird z.B. durch Erhöhen der Antriebsleistung des Ladeluftverdichters eine verbesserte Auf ladung und damit eine gesteigerte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine erreicht.It is the purpose of such a drive system, through beneficial recycling the energy that is still inherent in the exhaust gases when they leave the internal combustion engine, to achieve a high power output. The task falls to the combustion chamber to, in certain operating states of the internal combustion engine, its exhaust gas by supply of additional energy to heat up. This improves the efficiency of the exhaust gas turbine or the amount of exhaust gas, i.e. the performance of the exhaust gas turbines for a short time and to increase regardless of the operating state of the internal combustion engine. So will e.g. by increasing the drive power of the charge air compressor an improved On charge and thus an increased power output of the internal combustion engine achieved.

Bei einer bekannten Antriebsanlage wird die Brennkammer vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt und zusätzlich eingespritzter Brennstoff unter Zufuhr von Luft aus der Ladeluftleitung verbrannt. Die gesamte Abgasmenge aus Brennkammer und Brennkraftmaschine durchströmt dann nacheinander die Abgasturbinen für Ladeluftverdichter und Kühlgebläse.In a known drive system, the combustion chamber is made up of exhaust gas the internal combustion engine flows through and additionally injected fuel below Supply of air from the charge air line burned. The total amount of exhaust gas from the combustion chamber and Internal combustion engine then flows through the exhaust gas turbines for charge air compressors one after the other and cooling fan.

Die Nachteile dieser Anordnung bestehen nun darin, daß der Verbrennungsablauf in einer abgasdurchströmten Brennkammer unbefriedigend ist, weil sich Temperatur und Menge der von der Brennkraftmaschine gelieferten Abgase mit der Belastung der Brennkraftmaschine ständig ändern, und daß je nach der einmal gewählten Auslegung der beiden Turbinenstuten das Verhältnis der Leistungen von Ladeluftverdichter und Kühlgebläse zwangsläufig aneinander gekoppelt sind.The disadvantages of this arrangement are that the combustion process in a combustion chamber through which exhaust gas flows is unsatisfactory because the temperature and the amount of exhaust gases supplied by the internal combustion engine with the load of the Internal combustion engine constantly change, and that depending on the design once selected of the two Turbinenstuten the ratio of the performance of the charge air compressor and Cooling fans are inevitably coupled to one another.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannte Antriebsanlage durch optimale Verbrennungsverhältnisse in der Brennklammer und durch den unabhängigen Einsatz der Brennkammerleistung für Ladeluftverdichter und/oder Kühlgebläse zu verbessern.It is therefore the object of the invention to provide the known drive system optimal combustion conditions in the combustion clamp and by the independent Use of the combustion chamber performance for charge air compressors and / or cooling fans to improve.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: Zum Antrieb von Ladeluftverdichter und Kühlgebläse ist je eine Abgasturbine angeordnet; die Brennkammer verarbeitet nur Luft, die der Druckleitung des Ladeluftverdichters vor dem Ladeluftkühler entnommen wird, und Kraftstoff, und eine Einrichtung lenkt den Abgasstrom der Brennkammer zur Abgasturbine des Ladeluftverdichters oder zur Abgasturbine des Kühlgebläses, oder teilt ihn veränderbar zwischen beiden Abgasturbinen auf.This object is achieved according to the invention by the combination of the following Features solved: There is one each to drive the charge air compressor and cooling fan Exhaust gas turbine arranged; the combustion chamber only processes air that comes from the pressure pipe of the charge air compressor is taken before the charge air cooler, and fuel, and a device directs the exhaust gas flow from the combustion chamber to the exhaust gas turbine of the charge air compressor or to the exhaust turbine of the cooling fan, or divides it variably between the two Exhaust turbines on.

Nach der Erfindung erfolgt die Aufteilung des Abgasstromes der Brennkammer durch die Einrichtung in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftrnaschine. Bei geringer Last z.B.According to the invention, the exhaust gas flow of the combustion chamber is divided by the device as a function of the load on the internal combustion engine. At low load e.g.

erhält die Abgasturbine des Kühlgebläses nur wenig Abgas aus der mit geringer Leistung betriebenen Brennkammer, da auch nur entsprechend wenig Verlustwärme abzuführen ist.the exhaust turbine of the cooling fan receives only a little exhaust gas from the with Combustion chamber operated with low power, as there is only correspondingly little heat loss is to be discharged.

Mit zunehmender Belastung der Brennkraftmaschine und damit wachsendem Kühlluftbedarf bekommt die Abgas turbine des Kühlgebläses jedoch einen sich stetig vergrößernden Strom von Brennkammerabgasen durch die Einrichtung zugeteilt.With increasing load on the internal combustion engine and thus increasing However, the exhaust gas turbine of the cooling fan has a constant need for cooling air increasing flow of combustor exhaust gases allocated through the facility.

Andererseits ist es aber auch möglich, durch entsprechendes Verstellen der Einrichtung die volle Brennkammerleistung, wenigstens für kurze Zeit, allein zur Leistungserhöhung des Ladeluftverdichters zur Verfügung zu stellen, wenn durch sogenannten kick-down" von der Brennkraftmaschine eine spontane Lastaurahme gefordert wird.On the other hand, it is also possible by adjusting accordingly the device the full combustion chamber power, at least for a short time, alone to make available to increase the performance of the charge air compressor, if by so-called kick-down "demanded a spontaneous increase in load from the internal combustion engine will.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch Einsatz der gesamten Brennkammerleistung für den Antrieb des Ladeluftverdichters die Brennkraftmaschine zumindest kurzzeitig mit Maximal-Leistung betrieben werden kann, z.B. beim Anfahren eines schweren Fahrzeuges oder beim Austauchen eines Tragflügelbootes, daß sich die Nenn3eistung der Brennkraftmaschine um den von der Brermkammer gedeckten Leistungsbedarf für das Kühlgebläse erhöht, daß die Brennkammer eine von der Belastung der Brennkraftmaschine unabhängige stabile Verbrennung aufweist, und sich eine kontinuierliche Brennkammerauslastung während Betriebszeit der Brennkraftmaschine erreichen läßt.The advantages achieved with the invention are in particular: that by using the entire combustion chamber power to drive the charge air compressor the internal combustion engine can be operated at least for a short time at maximum power can, e.g. when starting a heavy vehicle or when leaving a hydrofoil, that the nominal power of the internal combustion engine is covered by that of the combustion chamber Power requirement for the cooling fan increases that the combustion chamber is one of the load the internal combustion engine has independent stable combustion, and continuous Can achieve combustion chamber utilization during the operating time of the internal combustion engine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and is described in more detail below.

Bei einer Antriebsanlage, die aus einer wassergekühlten Brennkraftmaschine 11, einem abgasgetriebenen Ladeluftverdichter 12, einem Ladeluftkühler 1), einem abgasgetriebenen Kühlgebläse 14 und einer Zusatzenergie liefernden Brennkammer 15 besteht, ist zum Antrieb von LadeluStverdichter 12 und Kühlgebläse 1t je eine Abgasturbine 16, 17 angeordnet.In the case of a drive system that consists of a water-cooled internal combustion engine 11, an exhaust gas-driven charge air compressor 12, a charge air cooler 1), a exhaust gas-driven cooling fan 14 and a combustion chamber 15 which supplies additional energy exists, there is an exhaust gas turbine each to drive the charge air compressor 12 and the cooling fan 1t 16, 17 arranged.

In der Brennkammer 15 werden nur Luft und Brennstoff verarbeitet, was die Gewähr für stabile Verbrennungsverhältnisse in der Brennkammer 15 ist. Die Verbrennungsluft wird der Druckleitung 18 des Ladeluftverdichters 12 entnommen und über Leitung 21 der Brennkammer 15 zugeführt, während der Brennstoff, der dem Brennstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine entnommen wird, über die Leitung 25 der Brennkammer 15 zufließt. Mit den Regeleinrichtungen 22 für Verbrennungsluft und 24 für Brennstoff ist die Leistung der Brennkammer 15 regulierbar.In the combustion chamber 15 only air and fuel are processed, which is the guarantee of stable combustion conditions in the combustion chamber 15. the Combustion air is taken from the pressure line 18 of the charge air compressor 12 and is supplied via line 21 to the combustion chamber 15, while the fuel is supplied to the fuel supply system the internal combustion engine is taken, via the line 25 of the combustion chamber 15 flows. With the control devices 22 for combustion air and 24 for fuel is the The power of the combustion chamber 15 can be regulated.

Das Abgas der Brennkammer 15 strömt über eine Leitung 20 einer Einrichtung 19 zu, die mit Mitteln zur Lenkung des Abgas stromes ausgestattet ist. Damit ist es möglich, entweder das gesamte Abgas einer der Abgasturbinen 16, 17 zuzuführten oder den Abgas strom zwischen den beiden Abgasturbinen 16, 17 beliebig aufzuteilen.The exhaust gas from the combustion chamber 15 flows via a line 20 of a device 19, which is equipped with means for steering the exhaust gas flow. So is it is possible either to feed the entire exhaust gas to one of the exhaust gas turbines 16, 17 or to split the exhaust gas stream between the two exhaust gas turbines 16, 17 as desired.

Die Aufteilung des Abgasstromes der Brennkammer 15 durch die Einrichtung 19 erfolgt in Abhangigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine 11.The division of the exhaust gas flow of the combustion chamber 15 through the device 19 takes place as a function of the load on internal combustion engine 11.

Bei kleiner Belastung der Brennkraftmaschine 11> z.B. im Leerlauf, ist nur wenig Verlustwärme im Kühler 25 abzuführen. Die Brennkammer 15 brennt dann z.B. mit kleiner Flamme und durch die Einrichtung 19 wird das in der Brennkammer 15 erzeugte Abgas der Abgasturbine 17 zugeführt. Das Kühlgebläse läuft in diesem Fall mit geringer Leistung und der Ladeluftverdichter wird allein mit den Abgasen der Brennkraftmaschine betrieben.With a low load on the internal combustion engine 11> e.g. when idling, only a little heat loss is to be dissipated in the cooler 25. The combustion chamber 15 then burns, for example, with a small flame and the device 19 is used in The exhaust gas generated in the combustion chamber 15 is supplied to the exhaust gas turbine 17. The cooling fan runs in this case with low power and the charge air compressor is alone operated with the exhaust gases of the internal combustion engine.

Wird von der Brennkraftmaschine 11 spontan erhöhte Leistung verlangt, z.B. beim Anfahren eines schweren Fahrzeugs an einer Steigung, so wird die Einrichtung 19 umgeschaltet, daß kurzfristig der gesamte Abgasstrom der Brennkammer 15 wenigstens für kurze Zeit zur Leistungserhöhung der Abgas turbine für den Ladeluftverdichter und damit zur Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Läßt man außerdem die Brennkammer 15 mit voller Leistung arbeiten, ist auf diese Weise eine solche Antriebsanlage innerhalb kürzester Zeit von Leerlauf auf Höchstleistung oder auch Überleistung zu bringen.If the internal combustion engine 11 spontaneously demands increased power, e.g. when starting a heavy vehicle on an incline, the device 19 switched that briefly the entire exhaust gas flow of the combustion chamber 15 at least for a short time to increase the output of the exhaust gas turbine for the charge air compressor and is thus available to increase the power of the internal combustion engine. Leaves one also works the combustion chamber 15 at full power in this way Such a drive system goes from idling to maximum performance in a very short time or to bring too much performance.

Andererseits kann aber auch die volle Brennkammerleistung allein auf die Abgasturbine 17 des Kühlgebläses 14 gegeben werden, wenn z.B. die Brennkraftmaschine 11 eines stillstehenden Fahrzeugs mit Vollast arbeiten muß und keine Kühlung durch Fahrtwind erfolgt.On the other hand, the full combustion chamber output can also be used on its own the exhaust gas turbine 17 of the cooling fan 14 can be given when, for example, the internal combustion engine 11 of a stationary vehicle must work at full load and no cooling by Airstream takes place.

Da der Antrieb des Kühlgebläses allein durch Abgasenergie der Brennkammer gedeckt wird, entfallen an der Brennkraftmaschine die sonst dafür üblichen Antriebseinrichtungen, wie z.B. Hydrostatikpumpe oder Keilriemenscheiben. Die Nennleistung der Brennkraftmaschine 11 erhöht sich daher um den von der Brennkammer gedeckten Leistungsbedarf für das Kühlgebläse.As the cooling fan is driven solely by the exhaust gas energy of the combustion chamber is covered, the internal combustion engine does not have the usual drive devices, such as hydrostatic pumps or V-belt pulleys. The nominal power of the internal combustion engine 11 is therefore increased by the power requirement covered by the combustion chamber for the Cooling fan.

Claims (2)

Patentansprüche Claims Antriebsanlage, bestehend aus einer wassergekühlten Brennkrafkmaschine, einem abgasgetriebenen Ladeluftverdichter, einem Ladelurtkhler, einem abgasgetriebenen Kühlgebläse für das Motorkühlwasser sowie einer Zusatzenergie liefernden Brennkammer, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: daß zum Antrieb von Ladeluftverdichter (12) und Kühlgebläse (14) je eine Abgasturbine (16, 17) angeordnet ist, daß die Brennkammer (15) nur Luft, die der Druckleitung (18) des Ladeluftverdichters (12) vor dem Ladeluftkühler (13) entnommen wird, und Kraftstoff verarbeitet, und daß eine Einrichtung (19) den Abgasstrom der Brennkammer zur Abgasturbine (16) des Ladeluftverdichters (12) oder zur Abgasturbine (17) des Kühlgebläses (14) lenkt oder veränderbar zwischen beiden Abgasturbinen (16, 17) aufteilt.Drive system, consisting of a water-cooled internal combustion engine, an exhaust gas-driven charge air compressor, a charge belt cooler, an exhaust gas-driven one Cooling fan for the engine cooling water as well as a combustion chamber providing additional energy, characterized by the combination of the following features: that for driving charge air compressors (12) and cooling fan (14) each have an exhaust gas turbine (16, 17) arranged that the Combustion chamber (15) only air that is supplied to the pressure line (18) of the charge air compressor (12) is removed in front of the intercooler (13), and fuel is processed, and that a device (19) the exhaust gas flow from the combustion chamber to the exhaust gas turbine (16) of the charge air compressor (12) or to the exhaust gas turbine (17) of the cooling fan (14) directs or changeable between divides two exhaust gas turbines (16, 17). 2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des Abgasstromes der Brennkammer durch die Einrichtung in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine erfolgt. 2. Drive system according to claim 1, characterized in that the Distribution of the exhaust gas flow of the combustion chamber through the device as a function takes place from the load on the internal combustion engine.
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DE2427682B2 DE2427682B2 (en) 1976-12-09
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