DE2811684A1

DE2811684A1 - Brennkraftmaschine in einer druckfesten kapsel

Info

Publication number: DE2811684A1
Application number: DE19782811684
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr Hartmann
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-03-17
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1979-09-20

Description

Kiöckner-Humboldt-DeutzAG ^WJTS'&J? 5000 Köln CO, den 13. März 1978

Unser Zeichen: D 78/7 AG-XPB So/Lo

Brennkraftmaschine in einer druckfesten

Kapsel

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine in einer druckfesten Kapsel, bei der die Kühl- und Ladeluft von einem Gebläse am Eingang der Kapsel angesaugt und verdichtet wird und nach Durchgang durch die Maschine über einen Abgas- und einen Abluftkanal abgeführt wird.

Bei Brennkraftmaschinen führte die Forderung nach geräuscharmen Lauf neben. Einzelmaßnahmen an Bauteilen der Maschine zunehmend zu einer schallisolierenden Verkleidung und in besonderen Fallen zu einer völligen Kapselung der Maschine.

Bei der Anwendung einer Vollkapselung staut sich jedoch die Wärmeabgabe an die Umgebung. Im Vergleich zu Maschinen die in einen größeren und nach unten hin offenen Raum mit Luftschlitzen und Öffnungen zum Abzug der erwärmten Luft eingebaut sind fordert eine Vollkapselung eine dauernde Zwangsbelüftung des Innenraumes der Kapsel.

Bei luftgekühlten Maschinen wird die Kühlung mit steigendem Luftdurchsatz intensiver; dazu bedarf es.jedoch höherer Gebläsedrücke, was wiederum mit größerer Antriebsleistung für das Gebläse erkauft werden muß. Größere Gebläsedrücke erfordern auch besonders feste Kühlluftführungen, die sehr sorgfältig befestigt werden müssen. Aus diesem Grunde wurden bisher die Gebiäsedrücke niedrig gehalten und die Durchtrittsquerschnitte der. Kühlluft diesen Verhältnissen angepaßt. ...

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Es ist bekannt, DE-PS 841 830, eine gekapselte Brennkraftmaschine zwangsweise zu belüften und die erwärmte Kühlluft in einem Kamin der das heiße Abgasrohr umgibt, abzuführen. Nachteilig ist hierbei, daß weder die Abgas- noch die Druckenergie der Kühlluft zurückgewonnen werden.

Es ist zwar bekannt, DE-PS 10 63 854, die Abgasenergie für den Antrieb eines Kühlgebläses zu nutzen, dabei wird jedoch auf die Nutzung zur Aufladung verzichtet. Bei den bekannten Abgasturboladern wird zwar das Abgas zur Aufladung genutzt, ein etwa vorhandenes Kühlgebläse jedoch in der Regel mechanisch angetrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer luftgekühlten gekapselten Brennkraftmaschine einen möglichst großen Anteil der· Abgasenergie und der Energie der erwärmten Kühlluft zurückzugewinnen.

Dieses wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Kühlluft und die Abgase am Ausgang der Kapsel in einer Turbine annähernd auf Umgebungsdruck entspannt werden und die Turbine mit dem Gebläse verbunden ist. Durch die Nutzung der Energie der Abgase und der erwärmten Kühlluft ist es möglich, das Kühlgebläse und zusätzlich einen Lader anzutreiben. Damit ergibt sich zugleich eine bessere Leistungsausbeute. Da der Ladedruck der Brennkraftmaschine in der Regel über dem Kühlgebläsedruck liegt, wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, daß das Gebläse zweistufig ausgebildet ist. Damit ist es möglich, daß an die Niederdruckstufe des Gebläses die Kühlung der Maschine und im Bypaß die Hochdruckstufe zur Aufladung angeschlossen ist.

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Damit wird die größere Luftmenge für die Kühlung bei geringerem Druck und Temperatur entnommen, als die Ladeluft. Die Ladeluft wird in der anschließenden Hochdruckstufe verdichtet und nach einem weiteren Gedanken der Erfindung nach Durchgang durch die Hochdruckstufe durch einen Zwischenkühler geleitet. Zur Kühlung der Ladeluft im Zwischenkühler wird die Kühlluft der Niederdruckstufe verwendet, deren Temperatur geringer ist und die nach Durchgang durch den Zwischenkühler noch für die Kühlung des Maschinengehäuses durch Umströmen desselben geeignet ist. Nach Zusammenführung der Kühlluftströme innerhalb der Kapsel werden diese in der Niederdruckstufe einer zweistufigen Turbine bis nahezu auf Umgebungsdruck entspannt. Die Hochdruckstufe der Turbine wird von den Abgasen durchströmt. Nach Durchgang durch die Hochdruckstufe können die Abgase je nach Druck" und Temperatur der Niederdruckstufe zugeführt werden oder aus der Kapsel direkt ins Freie geführt werden. Durch den Verbund von Gebläse und Lader mit der zweistufigen Turbine ist es möglich, die in der Kühlluft und den Abgasen latent vorhandene Energie zurückzugewinnen.

Die Kapselung erlaubt dabei besonders den Druck der Kühluft zu steigern ohne daß die bei Serienmotoren üblichen Kühlluftführungen besonders verstärkt werden müssen, denn die an den Fugen austretende Kühlluft bewirkt innerhalb der Kapsel einen Druckausgleich.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Abb. 1 zeigt eine gekapselte luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Gebläse, Lader, Abgasturbine und Luftturbine im Prinzip,

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Abb. 2 zeigt die in Abb. 1 schematisch dargestellte Maschinenanordnung in einer möglichen Ausführungsform in der Seitenansicht,

Abb. 3 zeigt die in Abb. 2 dargestellte Maschinenanordnung in der Draufsicht;,

Abb. 4 zeigt die in der Abb. 3 dargestellte Maschinenanordnung in der Ansicht auf die Stirnseite.

In Abb. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1, die von einer druckfesten Kapsel 2 umgeben ist, schematisch dargestellt. Ein Gebläse 3 saugt über den Rohrstutzen 4 Frischluft an und führt diese über die angedeutete Rohrleitung 5 der Maschine zur Kühlung zu. Parallel zur Maschinenkühlung wird der Zwischenkühler 6 und der Lader 7 der nach Art einer zweiten Stufe mit dem Gebläse 3 verbunden ist, mit Luft beaufschlagt. Der Lader 7 ist über die Rohrleitung S, den Zwischenkühler 6 und die Rohrleitung 9 mit den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 1 verbunden.

Das Gebläse 3 und der Lader 7 sind durch die Antriebswelle 11 mit der Abgasturbine 12 und der Luftturbine 13 verbunden. Die Abgasturbine 12 wird über die Abgasleitung 14 mit den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagt und ist so ausgelegt, daß sie zusammen mit der Luftturbine 13 nach Art einer zweistufigen Turbine arbeitet. Druck und Temperatur der Abgase hinter der Turbine 12 sind auf den Zustand der erwärmten Kühlluft der Brennkraftmaschine 1 abgestimmt und werden über die Rohrleitung 15 der Luftturbine 13 zugeführt. Zugleich wird die Luftturbine 13 über die Rohrleitung 16 von der in der Kapsel 2 unter Druck stehenden erwärmten Kühlluft beaufschlagt und nach Entspannung knapp über den Umgebungsdruck durch den Auslaßstutzen 17 abgeführt. Die aus dem Zwischen-

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kühler 6 austretende erwärmte Kühlluft wird über die Rohrleitung 18 zur weiteren Kühlung der Brennkraftmaschine 1 zugeführt und gelangt schließlich über die Rohrleitung 16 in die Luftturbine 13.

In den Abb. 2, 3 und 4 ist das in. Abb. 1 schematisch dargestellte Prinzip in einer Ausführungsform mit einer luftgekühlten Brennkraftmaschine dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Ziffern gekennzeichnet. Das Gebläse 3 und der Lader 7 sind in einem Block nach Art eines Zweistufenverdichters dargestellt. Der parallele Luftstrom zur Kühlung der Maschine ist durch die angedeutete Leitung 5 dargestellt, die in den Luftaufnehmer 18 ausmündet. An diesen Luftaufnehmer 18 ist auch der Zwischenkühler 6 angeschlossen. Nach Durchgang der Kühlluft durch den Zwischenkühler 6 umströmt diese den unteren Teil der Maschine und gelangt durch den Spalt 19 in den Raum, der als Abluftsammelraum 20 mit der Luft-• leitung 16 der Luftturbine 13 in Verbindung steht. Die Trennung von kalter und erwärmter Kühlluft im Zylinderbereich erfolgt durch die Zwischenwände 21 und 22.

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Claims

Klcckner-Hjmba'dt-DgutAG Z^i Ι»'ia^J ', -W 5000 Κο1·ρ <?0, d-?n 13. März 1973

Unssr Zeichen: D 78/7 AG-XFB So/Lo

Patentansprüche

jft Erennkrafrrr.ascnine in einer druckfesten Kapsel, bei der die Kühl— und Ladeluft von einem Gebläse am Eingang der Kapsel angesaugt und verdichtet wird und nach Durchgang durch die Maschine über einen Abgas- und einen Abluftkanal abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft und die Abgase am Ausgang der Kapsel (2) in einer Turbine (12, 13) annähernd "äti'f"Umgebungsdruck entspannt werden und die Turbine (12, 13) mit dem Gebläse (3, 7) verbunden istβ
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (3, 7) zweistufig ausgebildet ist.
3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Niederdruckstufe (3) des Gebläses (3, 7) die Kühlung der Maschine (1) und im Bypaß die Hochdruckstufe (7) zur Aufladung angeschlossen ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluft nach Durchgang durch die 'Hochdruckstufe (7) des Gebläses durch einen Zwischenkühler (6) geleitet wird.

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5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkühler (6) von der Kühlluft der Niederdruckstufe (3) gekühlt wird.
6. ErenrJcraf tr.z-.rhina nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (12, 13) zweistufig ausgebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche Ibis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckstufe (12) der Turbine (12, 13) von den Abgasen der Maschine (l) durchströmt wird.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckstufe (13) der Turbine Cl2, 13) von den Abgasen der Hochdruckstufe (12) und/oder der erwärmten Kühlluft durchströmt wird.

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