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Brennkraftmaschine mit durch eine Abgasturbine angetriebenem Aufladeverdichter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen mit Aufladung durch
von Abgasturbinen angetriebene Kreiselgebläse, bei welchen die Brennkraftmaschine
einen Luftverdichter unmittelbar antreibt. Nach der Erfindung soll eine durch die
Brennkraftmaschine angetriebene Luftpumpe außer für die Zwecke der Brennkraftmaschine,
z. B. zum Anlassen --und Brennstoffeinblasen, Druckluft auch für den Antrieb des
Aufladeverdichters liefern. Dadurch kann die-Leistung der Abgasturbine gesteigert
werden, so daß in dem von ihr angetriebenen Aufladegebläse mehr Luft gefördert wird,
dergestalt, daß in der Brennkraftmaschine mehr Luft zur Verfügung steht und deren
Leistung deshalb gesteigert werden kann. Irgendeine Ausschaltvorrichtung oder Regulierung
der Druckluftpumpe braucht nicht vorhanden zu sein, indem bei weniger Verbrauch
an Anlaß-oder Einblaseluft der Überschoß selbsttätig in die Abgasturbine überströmen
kann. Durch die Luftzuführung wird auch die Temperatur der Abgase erniedrigt, was
besonders wichtig ist bei Brennkraftmaschinen mit hohen Auspufftemperaturen, wie
z. B. bei sehr raschlaufenden Brennkraftmaschinen. Die Reibungsarbeit der Pumpen
bleibt annähernd gleich, ob sie voll belastet sind oder leer mitlaufen, und es ist
deshalb von großem Vorteil, die Pumpen immer voll belasten zu können. Die Druckluft
kann in die Abgasleitung vor der Abgasturbine oder in irgendeine Stufe der Abgasturbine
eingeführt werden oder in bekannter Weise durch besondere Düsen in dieselbe strömen.
So könnte sie z. B. auch durch besondere Düsen entgegen der Richtung der die Abgasturbine
durchströmenden Abgase eingeiührt werden und sich nachher mit den Abgasen vor der
Abgasturbine mischen und mit denselben gemeinsam durch den für die Abgase vorgesehenen
Turbinenteil strömen. Es könnte aber auch für die Druckluft eine besondere Turbine
auf der Welle des Abgaskreiselgebläses angeordnet oder es könnte am Gebläse eine
hierfür ausgebildete Turbinenschaufelung angebracht sein. Die Druckluft kann nur
auf den Druck der Abgase vor der Abgasturbine verdichtet werden oder auf einen höheren
Druck, um kleinere Abmessungen der Druckluftpumpe und um eine größere Leistung der
Druckluft an der Welle des Abgaskreiselgebläses zu erhalten. Die Druckluft kann
auch durch die Abgase erwärmt werden, entweder bevor die Abgase in die Turbine eintreten
oder nachdem die Abgase die Turbine durchströmt haben. In diesem letzteren Falle
wird den Ab-, gasen noch Energie entzogen, die sonst verlorengehen würde. und die
Energie der zusätzlichen Druckluft dadurch entsprechend erhöht. Dir Temperatur der
erwärmten Druckluft ist in diesem Falle naturgemäß immer noch wesentlich tiefer
als die Temperatur der Abgase nach der Turbine, also noch viel tiefer als die Temperatur
der
Abgase bei Eintritt in die Turbine. Es wird deshalb durch die Druckluft außer der
Leistungssteigerung noch eine wesentliche Kühlung der heißen Teile der Abgasturbine
erreicht. Bei Turbinen mit mehrteiligem Eintrittsgehäuse können die Luftdüsen auf
die Mitte der Trennungswände im Eintrittsgehäuse angeordnet sein, damit sich die
Druckluft gleichmäßig auf die verschiedenen Eintrittskammern der Turbine verteilt.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Gleiche oder entsprechende Teile sind mit
gleichen Buchstaben bezeichnet.
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Fig. i zeigt die allgemeine Anordnung einer Maschinenanlage nach der
Erfindung.
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Fig. 2 und 3 zeigen je eine andere Ausführungsform, und in den Fig.
4 bis- 8 ist dargestellt, wie die Druckluft in verschiedener Weise in die Turbine
eingeführt werden kann.
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In Fig. i ist i eine Vierzylinderbrennkraftmaschine mit den Verbrennungszylindern
2 bis 5, dem Schwungrad 6 und dem Wellenende 7, von welchem aus die Kraft nach außen
übertragen wird. Zur 'Maschinenanlage gehört noch eine Abgasturbine 8, welche ein
Aufladegebläse 9 . antreibt. Die Aufladeluft wird durch die Leitung io von diesem
Gebläse angesaugt und gelangt durch die Leitung ii zu den vier Verbrennungszylindern.
Die Abgase dieser Zylinder verlassen dieselben hingegen durch die Leitungen 12,
13, 14 und 15 und gelangen von dort durch die Leitung -16 zur Turbine B. Sie verlassen
dieselbe durch die Leitung 17. Außer der Brennkraftmaschine i und dem Abgaskreiselgebläse
8, 9 ist noch eine einstufige Pumpe i9 angeordnet mit dem Kolben 18, der Kurbel
20, der Schubstange 21, welche von der Welle 7 angetrieben wird. Die von dieser
Pumpe angesaugte Luft wird durch die Leitung 25 und das Ventil ?2 angesaugt und
durch das Ventil 23
und die Leitung 24 in verdichtetem Zustand ausgestoßen.
Die Leitung 24 führt die Druckluft zum Gehäuse der Turbine 8 und hilft dort dieselbe
mitzutreiben.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer zweistufigen Druckluftpumpe
aufgezeichnet. i9 ist die Niederdruckstufe, 26 die Hochdruckstufe. 18 ist der Niederdruckkolben
mit dem Hochdruckkolben, welcher mit dem Niederdruckkolben auf einer Achse sitzt.
Die Luft wird durch das Ventil 27 in den Niederdruckzylinder i9 eingesaugt
und gelangt durch das Ventil 28 in verdichtetem Zustand aus demselben heraus.
Nach dem Druckventil 28 gelangt die Druckluft in die Leitungen 24 und 31. Die Leitung
24 führt durch einen Vorwärmer 35, welcher in der Abgasleitung 17 der Turbine angeordnet
ist, und von dort zur Turbine B. Die Leitung 31 führt hingegen die Luft zu der Hochdruckstufe
mit dem Einlaßventil 29, demDruckventil 30. Die in der Hochdruckstufe verdichtete
Luft gelangt durch die Leitung 32 an ihre Verwendungsstelle, z. B. zu den Anlaßventilen
33 und 34, welche an den Verbrennungszylindern angeordnet sind.
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In Fig. 3 ist eine ähnliche Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Nur ist dort eine dreistufige Druckluftpumpe i9 angeordnet. Ein Teil
der Druckluft der Niederdruckstufe wird durch die Leitung 24 und einen Vorwärmer
35 wieder zur Turbine geführt. Der Vorwärmer 35 ist in der Zuleitung 16 zur Abgasturbine
angeordnet. Die vorverdichtete Druckluft strömt nach ihrer Vorwärmung in diese Leitung
aus und mischt sich mit den dort vorhandenen Abgasen.
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Fig. 4 zeigt einen teilweisen Schnitt durch die Turbine B. Man sieht
dort, wie die Druckluft durch die besondere Leitung 24 und die Düsen 39 auf das
Turbinenrad 36 strömt, während die Abgase der Brennkraftmaschine aus der Leitung
16 ins Gehäuse 38, durch die Düsen 4o auf das Turbinenrad 36 gelangen. Mit 37 ist
die Welle der Turbine bezeichnet.
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In Fig. 5 und 6 ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher die Druckluft
durch Düsen 39 eintritt. Es handelt sich hier wieder um ein einstufiges Turbinenrad
36. Die Düsen sind aber so gerichtet, daß die Druckluft entgegen der Richtung der
die Turbine durchströmenden Abgase auf das Turbinenrad 36 geführt wird. Die aus
dem Laufrad austretende Druckluft wird dann (s. Fig. 6) durch den Kanal 41 aufgefangen
und gelangt von dort in den Raum vor den Düsen 40, durch welche die Luft mit den
Abgasen gemischt zur nochmaligen Arbeitsleistung auf das Turbinenrad 36 geleitet
wird.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Turbine mit vier Turbinenkammern, in
welche die Luft durch die Leitungen 2.1 und die Abgase durch die Leitungen 16 einströmen.
Die Kammern sind durch Wandungen 42 voneinander getrennt. Durch die Luftdüsen 39
strömen Luft und durch die Düsen 4o Abgase auf das Laufrad 36. Die Luftdüsen sind
so angeordnet, daß sie in der Mitte zwischen den Wandungen 42 liegen, dergestalt,
daß die Luft gleichmäßig auf die verschiedenen Eintrittskammern verteilt wird.