DE316421C

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Publication number: DE316421C
Application number: DENDAT316421D
Authority: DE

Description

Es ist bekannt, in der Auspuffleitung von Verbrennungskraftmaschinen Abgasturbinen einzubauen, die den Zweck haben, die in den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine noch enthaltene Wärmemenge weiter auszunützen. Hierzu wird das verhältnismäßig große Druckgefälle zwischen dem Enddruck der Expansion im Arbeitszylinder der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine und

ίο dem im Leitapparat der Abgasturbine herrschenden Überdruck von einigen Zehnteln Atmosphäre benutzt. Der letztere übt aber bei den bisher bekannt gewordenen Konstruktionsanordiiungen einen so großen, nachteiligen Einfluß auf die Arbeitsweise der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine aus, daß die durch die Abgasturbine angestrebte Verbesserung in Frage gestellt wird. Im Kompressionsraum der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine verbleibt nach beendigter Auspuft'periode immer noch eine gewisse Restgasmenge zurück, die um so. größer ist, je höher der Auspuffgegendruck ist. Eine geringe Zunahme dieses Gegendrucks von nur

wenigen¹ Zehnteln Atmosphäre ruft nun,· im Verein mit der verhältnismäßig hohen Temperatur der Auspuffgase, während der Saugperiode eine so große Envärmung und damit auch eine Ausdehnung der frisch in den Arbeitszvlinder eingeführten Ladung hervor, daß letztere, und damit auch die nutzbare Leistung der Verbrennungskraftmaschine bei jedem Arbeitsspiel um einen größeren Betrag verringert wird, als durch' die Abgasturbine erzeugt werden kann.

Ferner wird durch die stärkere Verunreinigung der frischen Ladung durch die größere Restgasmenge der thermische Wirkungsgrad verschlechtert, was einen größeren Brennstoffverbrauch für die Einheitsleistung der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine zur Folge hat.

Diese Übelstände vermeidet die neue Erfindung dadurch, daß einerseits die in den Abgasen noch enthaltene Wärmeenergie in einem besonderen, an den Arbeitszylinder der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine angeschlossenen, gesteuerten Vorauslaßorgan in Strömungsenergie und diese in den besonders geformten Leit- und Laufrad- 5c schaufeln der ein- oder mehrstufigen Abgas-■türbine in mechanische Arbeit umgesetzt wird. Andererseits wird die noch im Arbeitszylinder verbleibende kleinere Restgasmenge durch ein zeitlich nach dem Vorauslaßofgan geöffnetes, gesteuertes Hauptauslaßorgan durch einen besonderen Kanal abgeführt bzw. abgesaugt. Dies wird dadurch erreicht·, daß unmittelbar vor dem Ende des Arbeitshubes der Verbrennungskraftmaschine in bekannter Weise ein gesteuertes Vorauslaßventil oder ein vom Arbeitskolben gesteuerter Vorauslaßschlitz freigegeben wird. Die Hauptmenge der mit großer Geschwindigkeit austretenden Abgase wird direkt in die ein- oder mehrstufige Abgasturbine geleitet, wo der größere Teil der in den Abgasen enthaltenen .Strömungsenergie in bekannter Weise in nutzbare, mechanische Arbeit umgesetzt wird.

Sobald die Vorauslaßexpansion bis auf

(i. Auflage, ausgegeben am 7. September igxoj

Wenige Zehntel Atmosphäre durchgeführt ist, wird'das Häuptauslaßventil bzw. der vom Arbeitskolben gesteuerte Hauptauslaßschlitz geöffnet. Durch die unmittelbare Verbindung des Arbeitszylinder mit dem Auspuffsammel- ·■■■ raum .beginnt beim Viertaktmotor die eigentliche Auslaßperiode, während bei Zweitaktmotor unmittelbar darauf das Laden des Ar-'beitszylinders mit frischer Ladung erfolgt.

ίο Das Absaugen der-Restgase'aus dem .-Arbeitszylinder durch den Nachäuslaßkanal , kann durch eine, vor diesem angeordnete, • größere Anzahl. Ventilatorschaufeln, welche am Laufrad der Abgasturbine befestigt sind, oder durch eine an diesem Nachäuslaßkanal angeschlossene, umlaufende Saugpumpe/ die: ■bei Luftfahrzeug- und ähnlichen Motoren durch .den Hohlraum des aus Metall hergestellten Propellers gebildet werden 'kann,¹ oder

2o- durch beide Einrichtungen gemeinsam gefördert werden. Dabei kann die aus der Abgasturbine austretende Abgasmenge direkt ins Freie geleitet und nur die durch den Nachäuslaßkanal abgeführte Restgasmenge durch die Saugpumpe abgesaugt' werden, oder die ganze Abgasmenge in einöm Sammelraum gesammelt und von. diesem aus abgesaugt bzw. ins Freie geleitet werden.
Infolge der hohen Temperatüren der Abgase der spezifisch hoch beanspruchten Verbrennungskraftmaschine für Luftfahrzeuge und ähnliche Motoren ist das spezifische Gewicht dieser Abgase so gering, daß ein zum Laden dieser Motore nötiger Unterdruck durch den Hohlraum der Propeller oder eine ähnliche Saugpumpe allein nicht vollkommen erreicht, wird. Mit Rücksicht auf die großen, in den Abgasen enthaltenen' Wärmemengen ist eine Abkühlung dieser Abgase mit besonderen

40. Kühlern wegen ,des außerordentlich großen Mehrgewichts nicht angängig. Die neue Erfindung erreicht diese notwendige Abkühlung auf einfache Art in sicherer und vorteilhafter ,_: Weise durch die zweckmäßige Umsetzung der in den Abgasen noch enthaltenen Wärme in mechanische nützliche Arbeit, in einer besonders konstruierten Abgasturbine, ohne daß dabei die Wirkungsweise der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine nachteilig

· beeinflußt wird. .

Bei Verwendung eines besonderen Untersetzungsgetriebes, zwischen das Laufrad der Abgasturbine und die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine geschaltet, kann

durch entsprechende Wahl der Umlaüfzahl der Abgasturbine erreicht werden, daß die

. aus dem Arbeitszylinder austretenden Abgase fortlaufend eine andere, z. B. die vorhergehende oder die nachfolgende der zuletzt beaufschlagten Schaufelgruppe der Abgasturbine bzw. des Absaugeventilators treffen, so daß erst nach einigen Umdrehungen der Ab- ^; gasturbine dieselbe Schaufelgruppe von den ■-,.. eintretenden Abgasen getroffen \vird. Dadurch wird eine vorteilhafte, gute Abführung der von den Schaufeln aufgenommenen Wärme ermöglicht. '^

Die Abgasturbine bzw. die Absaugeventilatorschaufeln, können entweder auf, der Kurbelwelle oder einer besonderen Achse gelagert" werden. Im ersteren-.-Fall ist es zweckmäßig, die" Arbeitszylinder, in bekannter Wei-se stern-. förmig um die gemeinsame: Achse anzuordnen. Gleichzeitig kann hierbei jeder Arbeitszylinder durch einen besonderen Leitapparat .an- die Abgasturbine bzw. den Absaugeventilator angeschlossen werden, was besonders bei Zweitaktmotoren Vorteil bietet. :

Ferner ist bei der neuen Erfindung das . Auspuffgeräusch um, ein Vielfaches geringer s_ö als bisher, ohne daß, wie bei den bisherigen Auspufftöpfen, ein schädlicher .Rückdruck der Auspuffgase auf den Kolben der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine erföl-, gen kann. Die einzelnen, aus Metall hergestellt ten Teile.der neuen Erfindung werden durch Schrauben, Nieten, Schweißen öder . sonst eine geeignete Art und Weise derart zusammengesetzt, daß bestimmte Teile jederzeit bequem auseinandergenommen werden kön-■rieri. ■■'."·■'. ' ■' .'

Die neue Erfindung soll auf einfache Art und Weise eine weitgehende 'Ausnutzung- der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie und; eine zweckmäßige Verbindung von Abgasturbine und Abgasabsaugeyentilator erreichen. '-.-..■'.,

Das Schema einer Ausführungsmöglichkeit V ist in der Zeichnung für eine Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine zur Darstellung gebracht. "

Am Arbeitszylinder 1 öffnet der Arbeitskolben 6 zuerst den vor dem inneren Hubende angeordneten Vorauslaßschlitz 2. Der größte Teil der Abgase tritt durch die Laufräder 7 und die Leiträder 8 in den Abgassammelraum 9 oder direkt ins Freie. Der Nachauslaßschlitz 4 wird etwas später durch den Arbeitskolben 6 freigegeben. Der noch im Arbeitszylinder befindliche, kleinere Abgasrest no wird durch den Kanal 4 und den als Ventilator ausgebildeten Kanal 10 durch den als umläufende Saugpumpe ausgebildeten Hohlraum des Propellers 15 in den Abgassammelraum 9 gesaugt. An Stelle der Schlitze kön-. nen auch besondere, gesteuerte Ventile als Vorauslaß- bzw. Nachauslaßorgan bzw. eine Verbindung von Ventilen und Schlitzen für Eintritt der frischen Ladung bzw. Austritt der Verbrennungsprodukte angeordnet werden, welche bei Zweitakt-,. Viertakt- oder Mehrtaktmotoren derart zwangläufig ge-

steuert wer den, daß die Eröffnung bzw. Schluß derselben jeweils bei den vorteilhaftesten Kolbensteilungen erfolgt. Die Abgase verlassen durch den Schlitz 16 an der äußeren Propelierspitze den Hohlraum des Propellers. Die von der Abgasturbine erzeugte Energie wird durch dleArme Ii und die auf der Hülse 12 dreriBar gelagerte, mit einer Verzahnung versehene Nabe der Abgasturbine ίο unter Vermittlung des ebenfalls an den festen Hülsen, 12 drehbar gelagerten Zahnräder 13 durch Zahnrad 14 auf den Propeller übertragen. '

Claims

Patent-An-SPRüche:

■ I. Einrichtung zur Ausnutzung der Abgase, von in normalem Zweitakt oder Mehrtakt arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen in Abgasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte, nachdem sie den größeren Teil ihrer Wärme im Arbeitszylinder der vorgeschalteten . Verbrennungskraftmaschine in mechanische Expansionsarbeit umgesetzt haben, durch zwei zeitlich nacheinander öffnende Auslaßorgane aus dem Arbeitszylinder der vorgehaltenen Verbrennungskraftmaschine derart abgeführt werden, daß das zuerst öffnende, gesteuerte Vorauslaßorgan den größeren, noch Arbeitsenergie enthaltenden Teil der Abgase in die ein- oder mehrstufige Abgasturbine leitet, während das nachher öffnende, gesteuerte Nachauslaßorgan den kleineren Abgasrest direkt durch einen besonderen Umführungskanal abführt.
2. Einrichtung nach Anspruch "i, dadurch· gekennzeichnet, daß die nach der Vorauslaßexpansion im. Arbeitszylinder noch zurückbleibende Restgasmenge durch den besonderen Umführungskanal vom Hohlraum eines Propellers oder eine ähnliche Saugpumpe abgesaugt werden.
3. Einrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der ' Abgasturbine austretenden Abgase abgesaugt werden.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen.

Berlin, gedruckt In der reichsdruCkekei.