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Brennkraftmaschine mit mindestens einer Abgasturbine zum Antriebe
eines Ladegebläses Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen,
deren Abgase Turbinen beaufschlagen, die Gebläse zur Förderung von Ladeluft in die
Brennkraftmaschine antreiben. Beim Anlassen der Brennkraftmaschine, einem Zeitpunkt
also, wo noch keine Abgase zur Verfügung stehen, oder bei bestimmten Belastungen
der Brennkraftmaschine ist nun die Energie in den Abgasen kleiner als die, .die
zum Antriebe der Gebläse zur Förderung der zum Betrieb der Brennkraftmaschine nötigen
Ladeluftmenge erforderlich ist. Es ist daher schon vorgeschlagen worden, die Anlaßluft
zum Betrieb der Abgasturbine heranzuziehen. Das hat den Nachteil, daß die Anlaßluft,
die hoch verdichtet ist, vor ihrer Verwendung in der Abgasturbine auf einen beträchtlich
niedrigeren Druck heruntergedrosselt werden muß. Der Wirkungsgrad einer solchen
Anlage wird dadurch sehr klein. Ferner sind die Einrichtungen zur Beschaffung der
Anlaßluft an den Brennkraftmaschinen klein bemessen, so daß nur für eine kurzbefristete
Zeitspanne Anlaßluft verwendet werden kann und deren Vorrat bald erschöpft ist.
Eine längere Verwendung von Anlaßluft zum Antrieb der Abgasturbine kommt somit nicht
in Frage.
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Andere Vorschläge gehen .dahin, das abgasturbinengetriebene -Gebläse
noch mit einem Elektromotor zu kuppeln. Dies hat den Nachteil, daß die Geschwindigkeiten
der Abgasturbinen und des Elektromotors immer vollständig übereinstimmen müssen,
wenn Verluste an Energie vermieden werden sollen. Sobald nämlich die Turbine schneller
läuft als der Elektromotor, wird dieser von der Turbine angetrieben und verbraucht
Energie, statt solche abzugeben. Läuft umgekehrt der Elektromotor schneller als
die Turbine, so dreht diese sich schneller, als der Eintrittsgeschwindigkeit der
Gase entspricht. Die Gase treffen nicht mehr stoßfrei auf die Laufräder auf, und
der Wirkungsgrad :der Turbine sinkt beträchtlich. Soll ferner der Elektromotor abgeschaltet
werden können, so muß eine Kupplung vorgesehen werden, die bei den für Abgasturbinen
üblichen hohen Drehzahlen sehr verwickelt ist, zu Störungen Anlaß gibt und dadurch
die Betriebssicherheit der Luftförderanlage heruntersetzt. Alle diese Nachteile
werden durch die vorliegende Erfindung vermieden.
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Gemäß der Erfindung ist neben dem abgasturbinengetriebenen Gebläse
ein weiteres Gebläse vorgesehen, das von einer anderen Kraftquelle angetrieben ist
und in den gleichen Raum vor der Brennkraftmaschine fördert ,vie das abgasturbinengetriebene
Gebläse. Es
sind ferner in den Förderleitungen dieser Gebläse Riickschlagorgane
vorgesehen, mittels welcher in Abhängigkeit vom Druck im für beide Gebläse gemeinsamen
Förderraum vor der Brennkraftmaschine sowohl die Förderleitung des durch die fremde
Kraftquelle angetriebenen Gebläses als auch die Förderleitung des abgasturbinengetriebenen
Ladegebläses abgeschlossen oder geöffnet wird. Dabei ist an 'und für sich die Maßnahme
als bekannt vorausgesetzt, zwei Pumpen bzw. Gebläse, die in eine gemeinsame Druckleitung
fördern, durch den Druck in dieser gemeinsamen Förderleitung zu steuern. Bei höheren
Belastungen der Brennkraftmaschine können schließlich beide Gebläse gleichzeitig
fördern. Zweckmäßigerweise wird nur hinter dem abgasturbinengetriebenen Gebläse
ein Luftkühler angeordnet.
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Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
eine Einspritzbrennkraftmaschine schematisch dargestellt.
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i ist eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit vier Arbeitszylindern 2,
3, .4 und 5 und einem Schwungrad 6 auf der Maschinenwelle 7, welche die Leistung
der Maschine abgibt. Die Spül- und Ladeluft tritt aus der für sämtliche Zylinder
gemeinsamen Sammelleitung 9 durch Schlitze in die Zvlinder ein. Ein Entweichen von
Verbrennungsgasen in die Sammelleitung 9 ist durch Rückschlagventile 8 verhindert.
Ein Gebläse i i von verhältnismäßig kleiner Leistung wird von einem Elektromotor
15 angetrieben und fördert beim Anlassen und bei kleiner Belastung die zum Betrieb
der Brennkraftmaschine notwendige Spül- und Ladeluft allein aus seiner Saugleitung
12 in seine Druckleitung 13, deren Mündung in die Sammelleitung g von einem Rückschlagventil
rd. beherrscht wird, so daß also bei Sichtbetrieb dieses Gebläses die Spül-und Ladeluft
nicht durch dasselbe hindurch ins Freie gelangen kann. Bei größeren Belastungen
wird die Spül- und Ladeluft von einem Gebläse 16 geliefert, «,-elches durch eine
Abgasturbine 17 angetrieben wird. Die Abgase der Brennkraftmaschine strömen durch
die Auslaßsammelleitung in den Einlaßstutzen 18 der Abgasturbine 17 und verlassen
dieselbe durch die Leitung i9. Die Luft wird dem Gebläse 16 durch die Leitung 2o
zugeführt und verläßt dieselbe in verdichtetem Zustand durch die mit einem Luftkühler
22 versehene Leitung 21, deren Mündung in die Sammelleitung 9 von einem Rückschlagventil
23 beherrscht ist, so daß also beim Anlassen und bei kleinen Belastungen die vom
Gebläse i i geförderte Luft nicht durch das Gebläse i6 hindurch in die Atmosphäre
entweichen kann. Eine Zweigleitung 24 mit einem Abschlußorgan 25 ermöglicht, bei
entsprechender Einstellung des Abschlußorgans 25 die Verbrennungsgase unter Umgehung
der Abgasturbine 1 7 direkt in die Atmosphäre zu leiten.
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Bei der Inbetriebsetzung der Brennkraftmaschine wird das Gebläse i
i in Betrieb gesetzt, welches eine, wenn auch beschränkte, so doch für das Anlassen
der Brennkraftmaschine genügende Luftmenge liefert. Das Gebläse i i kann aber auch
so groß sein, daß die von ihm geförderte Luftmenge auch für den Betrieb mit kleiner
Belastung noch ausreicht. Die Auspuffgase der Brennkraftmaschine werden bei diesem
Betriebszustand zweckmäßig nach Abschließen des Abgas'turbineneinlasses durch das
Organ 25 über die Leitung 2,4 ins Freie gelassen. Soll nun die Brennkraftmaschine
stärker belastet werden, so wird der Auslaß z4. durch die Klappe 25 geschlossen
und werden die Auspuffgase durch die Leitung 1 8 auf die Turbine 17 geleitet. Diese
setzt das Gebläse 16 in Betrieb, «-elches aber erst dann Luft in die Sammelleitung
9 liefert, wenn der für eine geordnete Spülung und Aufladung der Arbeitszylinder
erforderliche Druck erreicht ist. Die Zuschaltung erfolgt selbsttätig durch Öffnung
des Abschlußorgans a3, sobald der Druck des Gebläses 16 den Druck in der Sammelleitung
9 überschritten hat.
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Bei gesteigerter Leistung der Brennkraftrnaschine sind je nach der
Fördermenge des Gebläses 16 beide Gebläse im Betrieb, oder das Gebläse i i ist abgestellt,
so daß die ganze Spül- und Ladeluft durch das mittels der Abgase betriebene Gebläse
16 gefördert wird. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die vom Gebläse geförderte Luft
nicht gekühlt wird, um ein sicheres Zünden und Anlassen der Brennkraftmaschine zu
erreichen. Die Förderluft des Gebläses 16 wird hingegen zweckmäßig gekühlt, damit
bei großen Belastungen die Temperaturen nicht zu hoch steigen. Bei umsteuerbaren
Maschinen gibt die Anwendung des Erfindungsgegenstandes die Möglichkeit, die besondere
Ladepumpe während des Urnsteuervorganges dauernd in Betrieb zu halten. Dadurch ist
auch während dieses Vorganges eine dauernde Lieferung von Aufladeluft möglich, auch
wenn die Verbrennungskraftmaschine zeitweise stillsteht oder nur langsam läuft.
In diesem Fall gibt die V erbrennungskraftniaschine gar keine oder sehr wenig Auspuffgase
ab und wird deshalb die Gasturbine ihres Betriebsmittels vorübergehend beraubt.
Bei umsteuerbaxen Maschinen wird während der Zeiten des Umsteuerns das Gebläse i
i zweckmäßig dauernd in Betrieb gehalten, indem die Umsteuervorrichtung so ausgebildet
ist, daß während des
Umsteuervorganges die Antriebsmaschine 15
in
Betrieb bleibt. Kann das Gebläse i i aus irgendwelchen Gründen keinen so hohen Druck
erzeugen wie das Gebläse 16, so schließt das Organ 1q. die Sammelleitung 9 gegen
das Gebläse ii ab.
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Statt eines rotierenden Gebläses ii kann auch eine Kolbenpumpe verwendet
werden. Statt elektrisch kann dieses Gebläse m .auch von einer Brennkraftmaschine
angetrieben werden.
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Die Erfindung kann in gleicher Weise wie bei Zweitaktmaschinen auch
bei Viertaktmaschinen angewandt werden. Auch bei diesen Maschinen kann durch Anordnung
eines besonderen Gebläses beim Anlassen Aufladeluft in die Verbrennungszylinder
eingeführt werden. Klan hat deshalb die Möglichkeit, solche Maschinen rasch zu beschleunigen,
oder mit anderen Worten, dieselben können eine plötzliche Belastung schnell übernehmen,
was z. B. bei rascher Inbetriebsetzung, in Störungsfällen oder nach dem Umsteuern
von großem Wert sein kann.