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Brennkraftturbine mit einer Viertakt-Brennkraftmaschine nebst Aufladepumpe
als Gaserzeuger, insbesondere für,Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftturbinen
mit Viertakt-Brennkraftmaschinen nebst Aufladepumpen als Gaserzeuger, insbesondere
für Fahrzeuge. -Sie besteht darin, daß die Brennkraftmaschine, unabhängig von der
Kraftabgabestelle, mindestens eine Pumpe antreibt, welche außer der während des
Einlaßvorgangs eintretenden Aufladeluft zusätzliche Druckluft von anderem Druck
liefert, wobei diese während des Auspuffhubes in die Verbrennungszylinder eingeführt
wird und die Gase der Brennkraftmaschine in eine allein Kraft nach außen abgebende
Turbine treten und durch Veränderung der Beaufschlagung dieser Turbine der Zusatzluftdruck
eingestellt wird. Damit kann mit den die Brennkr'aftmaschine verlassenden Gasen
ein beliebig veränderliches Drehmoment mittels der Gasturbine, z. B. auf die Triebachsen
eines Fahrzeugs, übertragen werden, was z. B. bei der Anwendung von Brennkraftmaschine'n
auf Fahrzeugen von Vorteil ist. Die während des Auspuffhubes in die Brennkraftmaschine
eingeführte zusätzliche Luft kann durch die gleichen Organe in die Verbrennungszylinder
eintreten wie die während des Einlaßvorgangs eintretende Aufladeluft. Es kann außerdem
während des Einlaßvorgangs der Brennkraftmaschine ebenfalls zusätzliche Druckluft
eingeführt werden, wobei für die Ableitung der überschüssigen Luft besondere Leitungen
von den Verbrennungszylindern zu einer Stufe niedrigeren Druckes der Gasturbine
angeordnet sind. Dabei kann die Ausbildung so getroffen sein, daß die während des
Einlaßvorgangs aus den Verbrennungszylindern tretende überschüssige Luft durch die
gewöhnlichen Auslaßorgane aus den Verbrennungszylindern treten kann. Die Brennkraftmaschine
kann mit der Auflade- oder Zusatzpumpe oder mit beiden zusammen zu einer Maschine
zusammengebaut sein. Die zusätzliche Druckluft kann vor Eintritt in die Verbrennungszylinder
gekühlt werden. Für die Einstellung der Einlaßorgane der Turbine bei verschiedenen
Beaufschlagungen kann eine gemeinsame Einstellvorrichtung vorhanden sein. Dabei
kann die Zu- und Abschaltung der Zusatzluftpumpe ebenfalls durch diese gemeinsame
Einstellvorrichtung erfolgen, ebenso auch die Zu-und Abschalttuig überschüssiger
Aufladeluft in eine niedere Druckstufe der Turbine. Durch die Einführung der zusätzlichen
kalten Druckluft wird die Temperatur während des Auspuffhubes erniedrigt, so daß
unter Einhaltung der für die Verbrennungszylinder und die Auspuffventile zulässigen
Temperaturen c.in höherer Auspuffgegendruck im Arbeitszylinder
eingehalten
werden kann. Durch dieseix höheren Gegendruck wird die Leistung der Brennkraftturbine
gesteigert, so daß mit derselben, bei kleineren Abmessungen der Brennkraftmaschine,
eine höhere Leistung abge geben werden kann. Durch die verschiedene Bemessung dieser
zusätzlichen Druckluftmenge mittels der verschiedenen Beaufschlagung der Brennkraftturbine
kann auch erreicht werden, daß die Gastemperatur während eines großen Belastungsbereiches
sohoch gehalten wird, daß das in der Turbine ausgenutzte Wärmegefälle groß und der
Brennstoffverbrauch der Kraftanlage klein ist.
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Auf den Zeichnungen sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dargestellt.
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Abb. t zeigt eine schematische Darstellung einer Maschinenanlage auf
einer Lokomotive. Abb.2 und 3 stellen zwei verschiedene Ausbildungen der Brennkraftmaschinenzylinder
dar.
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Nach Abb. i ist auf dem Fahrzeuggestell i eine Brennkraftmaschine
2 mit._ ihren sechs Verbrennungszylindern 3 angebracht. Diese Brennkraftmaschine
2 treibt mittels des Getriebes 4 einen Verdichter 5 an. Dieser Verdichter saugt
atmosphärische Luft durch die Leitung 6 an und gibt dieselbe in vorverdichtetem
Zustand durch die Leitung 7 und die Einlaßventile 8 der Brennkraftmaschinenanlage
an die letztere ab. Die Gase der Brennkraftmaschine verlassen dieselbe unter einem
Gegendruck, j;e nach der beabsichtigten Leistung, durch die Auspufforgane g und
treten durch die Leitungen io meine Turbine i i über. Durch die drei Eintrittsorgane
12, 13, 14 ist angedeutet, daß die Beauischlagung der Turbine geändert werden kann.
Die Abgase verlassen die Turbine i i durch die Leitung 15. Sie können vor Austritt
in die Atmosphäre noch den Auspufftopf 16 durchstreichen. Die Turbine i 1 treibt
mittels doppelter Zahnradübersetzung 17, 18 und i9, 2o die Blindwelle 21 und von
dort mittels der Kuppelstangen 22, 23 und 24 die Triebräder 25, 26, 27 und 28.
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Die Brennkraftmaschine 2 ist mit einem Regler29 ausgerüstet, einer
Brennstoffpumpe 30 und einem Anlaßluftverdichter 31. Die -Regelung der Leistung
der Maschine kann durch Einstellung der Fördermenge der BrennstoffPumPe3o mittels
des Gestänges 32 vom Führerstand aus erfolgen. Beim Anlassen der Brennkraftmaschine
empfiehlt ges sich, unter Umgehung des Verdichters 5 und der Abgasturbine i i anzusaugen
und auszustoßen. Dies kann durch Öffnen der Organe33 und 34 mittels des Gestänges
3,5 ebenfalls vom Führerstand aus in dem dargestellten Fahrzeug geschehen. In der
Gasleitung io kann auch ein Ausgleichbehälter oder Dampferzeuger 36 für Heii- oder
Kraftzwecke angeordnet sein.
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In der Abb. i ist ferner dargestellt, daß die Aufladepumpe 5 außer
der für die normale Aufladung der Brennkraftmaschine erforderlichen Luft noch zusätzliche
Druckluft durch die Leitung37 liefert. Die zusätzliche Druckluft wird den Einlaßorganen
der Brennkraftmaschine durch die Leitungen 43 zugeführt und erst nach Durchstreichen
der Verbren; nungszylinder 3 mit den Gasen durch die Leitung i o weiter in die Turbine
i i gelangen. Ist der Druck eines Teils der zusätzlichen Luft tiefer als der Druck
der in der Leitung i o befindlichen Gase, so wird .diese Luft zweckmäßig während
des Einlaßhubes den Verbrennungszylindern zugeführt. In diesem Falle ist dafür Sorge
;zu tragen, daß die überschüssige Luft und die Gase durch ,eine Leitung 44 an einen
Ort niederen Druckes, z. B. in .eine Stufe niederen Druckes der Turbine i i, geleitet
werden. Zu diesem Zwecke ist das Organ 45 in der Leitung 44 zu öffnen. Die zusätzliche
Druckluft kann nach Durchstreichen des Behälters 38 mindestens teil: weise durch
die Leitungen39,und 4o der Gasturbine unmittelbar zugeführt werden, wobei diese
Zuschaltung auch regelbar sein kann, was durch die Einzeichnung der beiden Organe
41 und 42 angedeutet ist.
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Die die zusätzliche Druckluft liefernden Stufen des Verdichters 5
können durch das zu- und abschaltbare Organ 46 mit der die Aufladeluft liefernden
Pumpe o er der Leitung 7 in. Verbindung gesetzt werden. Um eine einfache, Mißgrifte
ausschaltende Bedienung der Maschinenanlage zu sichern, können die verschiedenen
Regeltuzgsorgane 12, 13, 14, 41, 42, 45, 46, wie dies in Abb. i dargestellt ist,
von .einem gemeinsamen Fahrschalter 47 aus eingestellt werden. Der Übersichtlichkeit
halber sind die Steuerorgane. nur jeweils auf einem Führerstande in der Abb. 1 dargestellt.
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Die Abb. 2 zeigt nun einen Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 2 in
schematischer Darstellung. Derselbe ist so ausgebildet, daß die Zufuhr der zusätzlichen
Druckluft während des Auspuffhubes stattfindet, Die der Abb. i entsprechenden Teile
sind mit den gleichen Zahlen wie dort bezeichnet, 7 ist die Leitung für die Aufladeluft,
i o die Gasleitung. 43 ist die Leitung . für ;die zusätzliche Druckluft. Diese wird
äm gezeichneten Beispiel, im Gegensatz .zur Darstellung in Abb. i, von der ebenfalls
als Verdichter ausgebildeten Brennkraftmaschine geliefert, und zwar durch die untere
Kolbenseite 5o und .die obere Kreuzkopfseite 51. Damit nun der Durchtritt der zusätzlichen
Luft von 43 durch den Arbeitszylinder 3 in die Gasleitung i o erfolgen kann, ist
vor dem Eintrittsorgan 8 ein weiteres - Organ 52 `angeordnet,
das
mit Doppelsitz versehen ist. Dasselbe wird so eingestellt, daß es während des Auspuffhubes
in der gezeichneten Stellung steht, also die Leitung 43 mit dem Zylinderinnern und-
durch das geöffnete Auspufforgan g mit der Gasleitung in Verbindung setzt. Ist die
zusätzliche Luftzufuhr beendet, so wird das Organ 5a gehoben, wodurch die Leitung
43 gegen oben abgeschlossen ist. Der obere Sitz von 52 wird geöffnet Lind
gibt die Aufladeleitung 7 für den nächsten Einlaßhub frei.
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In der Abb.3 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher-niedrig gespannte,
zusätzliche Luft während des Saughubes der Brennkraftmaschine in dieselbe eingeführt
wird. Entsprechende Teile sind wie =in den Abb. i und - bezeichnet. Die zusätzliche
Luft tritt im gezeichneten Beispiel durch die gleiche Leitung 7 in den Brennkraftmaschinenzyli!nder
3 ein wie die Aufla deluft. Damit die überschüssige Luft entweichen kann, ist eine
Leitung 44 hinter dem Auspuffventil 9 angeschlossen. Um aber zu verhindern, daß
in der Leitung i o befindliche Gase von höherem Druck zurück in den Arbeitszylinder
gelangen, ist am Anfang derselben ein Doppelsitzventil53 eingebaut. Mit diesem wird
während des Einlaßhubes, bei geöffnetem Auspufforgan g, wen:, die niedrig gespannte
zusätzliche Ladung durclden Arbeitszylinder streichen soll, die Gay leitung io gegenüber
dem Auspufforgan geschlossen, der Eintritt zur Leitung 44 hingegen freigegeben.
Während des Auspuffhubes schließt hingegen das Organ 53 gegen die Leitung 44 ab
und gibt den Durchtritt der Gase aus dem Zylinder in die Leitung i o frei.
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Die Wirkungsweise einer nach Abb. i arbeitenden Brennkraftmaschinenaiilage
ist folgende: Die Brennkraftmaschine a, eine Viertaktmaschine, saugt während des
Einlaßvorgangs im Verdichter 5 vorverdichtete Luft an. Als Vorverdichterdruck kann
ein über Atmosphärenspannung liegender. - bis 3 Atmosphären betragender Druck gewählt
werden. Der Einlaßvorgang ist in dem Schaubild nach Abb. 4. der Zeichnung durch
die Linie a-b-c dargestellt. 'Während des Verdichtungshubes c-d wird die Ladung
in den Brennkraftzylindern weiter verdichtet. Im Beginn des Ausdehnungsbubes d-e-f
findet die Verbrennung und anschließend daran der erste Teil der Ausdehnung der
verbrannten Gase statt. Der Druck wird während des Ausschubhubes so gewählt, daß
die von der Brennkraftmaschine geleistete Arbeit hinreicht, um außer der Aufladeluft
von verhältnismäßig niederem Druck noch zusätzliche Luft zu liefern, ohne daß zu
einer weiteren Antriebsmaschine Zuflucht genommen werden muß. Die Einführung der
zusätzlichen Luft kann auf verschiedene Weise geschehen. Dieselbe kann z. B. während
des Ausschubhubes g-a eingeführt werden; hierzu ist eine Verdich-tung --über
den Aufladedruck notwendig. Damit die Brennkraftmaschine außer der Aufladeluft auch
noch- die zusätzliche Luft verdichten kann, muß der Ausschubdruck in derselben,
je nach der nach außen von der Gasturbine abzugebenden Leistung, auf einige Atmosphären,
z. B. 3 bis 9 Atmosphären, eingestellt werden. Ist die zusätzliche Luftmenge groß,
so muß der Ausschubdruck kleiner, ist sie klein, dagegen größer gewählt werden.
Infolge der Einführung zusätzlicher- Druckluft ist das der Gasturbine zuströmende
Gasgewicht größer, als wenn die Gase der Brennkraftmaschine allein in dieselbe übertreten.
würden. Diese ist in Abb. 4. durch die Linie a-g-h dargestellt. Vom Zustand entsprechend
Punkth findet dann in der Turbine Entspannung bis auf den Atmosphärendruck statt,
was durch die Linie h-i angedeutet ist.
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Die Gasturbine kann, um eine unmittelbare Umsteuerung, d. h. eine
Umkehr der Fahrrichtung, zu gestatten, aus Vor- und Rückwärtsturbine bestehen, oder
es können andere 'Iittelhierfür vorgesehen sein. Die Gase und die zusätzliche Druckluft
werden bei Anordnung von Vor- und Rückwärtsturbinen durch Leitungen und Organe,
je nach der verlangten Zugkraft, unter Umständen in verschiedenen Mengen, diesen
zugeführt. Die Aufladeader die zusätzliche Druckluft können vor Eintritt in die
Brennkraftmaschine oder Gasturbine gekühlt werden.