DE3510492C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Damit geht die Erfindung von einer Brennkraftmaschine aus, wie sie bereits in der DE-AS 12 31 951 als gattungsgemäße Brennkraft­ maschine vorausgesetzt ist. Bei dieser gattungsgemäßen Brenn­ kraftmaschine wird die von dem Verdichter der Abgasturbine an­ gesaugte und geförderte Luft in zwei Teilluftströme aufgeteilt, von denen der eine Teilluftstrom als die Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine zugeführt wird, während der andere Teilluft­ strom einer als Motor oder als Verdichter betreibbaren volume­ trischen Maschine zugeführt wird, an deren Luftauslaß ein Luft­ verzweigungspunkt angeschlossen ist, in dem der die volumetrische Maschine verlassende Luftstrom aufgeteilt wird, wobei ein Teil­ gasstrom dieses Gasstromes den Motorabgasen zugemischt wird und der andere Teilgasstrom dieses Gasstromes eine weitere Expansions­ maschine antreibt, die nicht die Abgasturbine sein muß. Die volumetrische Maschine ist mit der Kurbelwelle der Brennkraft­ maschine verbunden. Bei der vorbekannten Brennkraftmaschine ist vorgesehen, daß bei einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine der der volumetrischen Maschine zuzuführende Teilluftstrom der volu­ metrischen Maschine über einen von den Motorabgasen nach dem Verlassen der Verdichterturbine beheizten Wärmetauscher zuge­ führt wird, um die Wärmeenergie der Abgase der Brennkraftmaschine besser nutzen zu können. In dem Wärmetauscher wird die der volu­ metrischen Maschine zugeführte Luft so stark aufgeheizt, daß mit dem nicht den Motorabgasen zugemischten Luftanteil die weitere Expansionsmaschine angetrieben werden kann.

Demgegenüber bildet die vorliegende Erfindung eine gattungsge­ mäße Brennkraftmaschine gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patent­ anspruches 1 aus. Während also bei der bekannten Ausbildung einer gattungsgemäßen Maschine ein Teil der vom Verdichter der Abgas­ turbine geförderten Luft unmittelbar der Brennkraftmaschine zu­ geführt wird und der andere Frischluftteil der volumetrischen Maschine zugeführt wird, saugt bei der Erfindung die volumetri­ sche Maschine Frischluft frei an, um sie in ihrer Gesamtheit der Brennkraftmaschine als deren Verbrennungsluft zur Verfügung zu stellen. Während des Betriebes einer erfindungsgemäßen Brenn­ kraftmaschine wird sich eine Anlaßphase ausbilden, in der bis zu einer bestimmten Drehzahl die volumetrische Maschine allein von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, um die angesaugte Frisch­ luft als Verbrennungsluft an die Brennkraftmaschine zu liefern, während anschließend die volumetrische Maschine von der Luft angetrieben wird, die der Verdichter des Turboladers fördert, um auf gleiche Weise wie vorher der Brennkraftmaschine deren Frisch­ luft zuzuführen, gleichzeitig aber überschüssige Leistung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zuzuführen. Insofern liegt also eine wesentlich andere Arbeitsweise zwischen einer in be­ kannter Weise ausgebildeten und einer erfindungsgemäß ausgebil­ deten gattungsgemäßen Brennkraftmaschine vor.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine angegeben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu­ tert. In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Brennkraftma­ schine schematisch und als Schnitt dargestellt.

Die Verbrennungsgase der Brennkraftmaschine 1 gelangen über ein Auslaßventil 2 in den Gasauslaßkanal 3, um eine Abgasturbine 4 anzutreiben. Danach gelangen die Abgase über die Auspuffleitung 11 und den Abgasschalldämpfer 12 ins Freie. Mit dem Turbinenrad der Abgasturbine 4 sitzt das Laufrad des Luftverdichters 13 auf einer gemeinsamen Welle 6. Der Luftverdichter 13 saugt Frisch­ luft über ein Frischluftfilter 16 und eine Eingangsöffnung 14 an.

Die von dem Luftverdichter 13 geförderte Luft gelangt über eine Auslaßöffnung 15 in die Expansionskammer 29 einer volumetrischen Maschine mit einer trochoiden Doppelkammer 29, 30, die außer der Expansionskammer 29 die Kompressionskammer 30 umfaßt und von dem Rotorgehäuse 20 umschlossen ist. In der Doppelkammer 29, 30 dreht sich der im wesentlichen dreiseitige Rotor 21, der in Verbindung mit dem eingezogenen Teil 28 die Kammern 29 und 30 voneinander trennt und mit der Expansionskammer 29 zusammen den Expansionteil 17, mit der Kompressionskammer 30 den Kompressionsteil 19 der volumetrischen Maschine bildet.

Die Auslaßöffnung 15 des Luftverdichters 13 steht mit der Luft­ einlaßöffnung 18 der Expansionskammer 29 in Verbindung, deren gegenüberliegende Luftauslaßöffnung 31 mit dem Gaseinlaß 5 der Abgasturbine 4 in Verbindung steht. Der Lufteinlaß 32 der Kom­ pressionskammer 30 steht nach dem Frischluftfilter 16 und vor der Eingangsöffnung 14 des Luftverdichters 13 mit der Atmosphäre in Verbindung. Die Auslaßöffnung 33 der Kompressionskammer 30 steht über das Lufteinlaßventil 34 mit der Brennkammer 35 der Brenn­ kraftmaschine 1 in Verbindung. Gegebenenfalls kann auch die Luft­ auslaßöffnung 31 statt mit dem Gaseinlaß 5 mit der Brennkammer 35 in Verbindung stehen.

Der Rotor 21 weist nicht dargestellte Lager auf, die um die Welle des Rotors 21 drehbar sind. Jedes Lager ist drehbar einer exzen­ trischen Welle 22 zugeordnet, die sich um eine Drehachse dreht, die exzentrisch bezüglich des jeweiligen Lagers ist und axial durch eine nicht dargestellte Seitenwand des Rotorgehäuses 20 fixiert ist. Innerhalb dieser Seitenwand ist ein Führungszahnrad 23 fest angeordnet, und zwar exzentrisch bezüglich der Drehachse der exzentrischen Welle 22. Das Führungszahnrad 23 ist mit einem Rotorzahnrad 24 versehen, das am inneren Endabschnitt des Rotors 21 angeordnet ist. Am einen Endabschnitt der exzentrischen Welle 22 ist eine Rotorseitenrolle 25 fest angeordnet. Diese Rotorsei­ tenrolle 25 ist so angeordnet, daß sie mit einer Maschinenseiten­ rolle 26 auf der Kurbelwelle 9 zusammenwirkt, die mit der Rotor­ seitenrolle 25 über einen Antriebsriemen 27 in einem festen Über­ setzungsverhältnis zusammenwirkt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser erfindungsgemäßen Brenn­ kraftmaschine beschrieben, und zwar zunächst bei niedrigen Ma­ schinendrehzahlen.

Ein Teil der Abtriebsenergie der laufenden Maschine 1 dient dem Antrieb der Rotorseitenrolle 25 mittels der Kurbelwelle 9, der Maschinenseitenrolle 26 und des Riemens 27 zum Antrieb des Rotors 21. Gleichzeitig wird der Kompressionskammer 30 durch das Luft­ filter 16 Luft zugeführt. Die in die Kammer 30 eingeführte Luft wird während etwa einer halben Umdrehung des Rotors 21 verdichtet. Die verdichtete Luft wird in die Brennkammer 35 der Brennkraft­ maschine 1 über das Einlaßventil 34 eingeführt, während gleich­ zeitig Kraftstoff eingebracht wird.

Wenn die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl läuft, wird das in der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Auspuffgas über den Gasauslaß­ kanal 3 vom Auslaßventil 2 der Turbineneinlaßöffnung 5 zugeführt, um die Abgasturbine 4 anzutreiben. Danach wird das Auspuffgas über die Auspuffleitung 11 und den Abgasschalldämpfer 12 abge­ führt. Der Antrieb der Abgasturbine 4 bewirkt den Antrieb des Luftverdichters 13. Mittels des Verdichters 13 wird die vom Luft­ filter 16 zur Verdichtereinlaßöffnung 14 kommende Luft verdichtet und durch die Verdichterauslaßöffnung 15 der Lufteinlaßöffnung 18 zugeführt, um den Rotor 21 des Expansionsteiles 17 in Richtung des Pfeiles anzutreiben. Nachdem sie den Antrieb des Expansions­ teiles 17 bewirkt hat, wird sie zusammen mit dem Abgas der Ma­ schine 1 - nachdem dieses den Antrieb der Abgasturbine 4 bewirkt hat - in den Schalldämpfer 12 entladen. Die Drehung des Rotors 21 bewirkt zunächst einen negativen Druck in der Kompressionskammer 30 und Luft wird dem Lufteinlaß 32 zugeführt, wobei diese durch das Luftfilter 16 geführt wird, um anschließend durch die Drehung des Rotors 21 verdichtet zu werden, um dann durch die Auslaß­ öffnung 33 in die Brennkammer 35 der Brennkraftmaschine 1 ent­ laden zu werden. Darüber hinaus wird die Drehung des Rotors 21 der Kurbelwelle 9 mitgeteilt, und zwar über die Rotorseitenrolle 25, den Riemen 27 und die Maschinenseitenrolle 26, um die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung zu erhöhen.

Die durch den Expansionsteil 17 durch die Öffnung 31 verlassende Luft unterstützt durch Einführung in den Gaseinlaß 5 der Abgas­ turbine 4 deren Antrieb. Stattdessen kann sie als zusätzliche Verbrennungsluft in die Brennkammer 35 eingeführt werden. Alter­ nativ hierzu kann die Luft gemäß der gestrichelten Linie in dem Bereich zwischen der Turbinenauslaßöffnung 11 und dem Abgasschall­ dämpfer 12 dem Abgas zugemischt werden, um die Wirkung einer Strahlpumpe zu ergeben und die Endeffizienz der Brennkraftmaschine zu erhöhen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einem von einer Abgasturbine angetrie­ benen Luftverdichter und einer volumetrischen Maschine, die eine Kompressions- und Expansionsmaschine ist, als Motor oder Verdichter betrieben werden kann und der Brennkraftmaschine Energie zuführt, wozu sie mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist, und die außerdem mit dem Luftverdichter Druck­ luft leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsteil (19) der volumetrischen Maschine (17, 19) freisaugend ist und die angesaugte Luft nach ihrer Verdichtung als Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine (1) dieser zugeführt wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) der volumetrischen Maschine (17, 19) eine trochoide Doppelkammer (29, 30) umschließt, in der ein im wesentlichen dreiseitiger Rotor (21) umläuft, der die Kom­ pressionskammer (30) von der Expansionskammer (29) trennt, wobei die Kompressionskammer einerseits nach einem Frischluft­ filter (16) und vor der Eingangsöffnung (14) des Luftverdich­ ters (13) an die Frischluft, andererseits an den Lufteinlaß (34) der Brennkammer (35) der Brennkraftmaschine (1) ange­ schlossen ist, während die Expansionskammer (29) einerseits an die Auslaßöffnung (15) des Luftverdichters, andererseits an den Gaseinlaß (5) der Abgasturbine (4) angeschlossen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) der volumetrischen Maschine (17, 19) eine trochoide Doppelkammer (29, 30) umschließt, in der ein im wesentlichen dreiseitiger Rotor (21) umläuft, der die Kompres­ sionskammer (30) von der Expansionskammer (29) trennt, wobei die Kompressionskammer einerseits nach einem Frischluftfilter (16) und vor der Eingangsöffnung (14) des Luftverdichters (13) an die Frischluft, andererseits an den Lufteinlaß (34) der Brennkammer (35) der Brennkraftmaschine (1) angeschlossen ist, während die Expansionskammer (29) einerseits an die Auslaß­ öffnung (15) des Luftverdichters, andererseits als zusätz­ liche Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine zugeführt wird.