DE614348C - Brennkraftmaschine mit durch Abgasturbine angetriebenem Spuel- und Aufladeverdichter - Google Patents

Description

• Brennkraftmaschine mit durch Abgasturbine angetriebenem Spül- und Aufladeverdichter Es ist bekannt, die Leistung von Brennkraftmaschinen dadurch zu erhöhen, daß man das Brennstoff-Luft-Gemisch verdichtet in die Zylinder liefert, die Maschine, wie es kurz bezeichnet wird, aufladet. Zur Verdichtung benutzt man ein Gebläse, das von einer Gasturbine angetrieben wird; die Gasturbine erhält ihre Energie aus den Abgasen der Brennkraftmaschine. Neben der Aufladung ermöglicht diese Verdichtung auch ein Durchspülen der Zylinder, wobei die hierfür gelieferte zusätzliche Luft dazu dient sowohl den Abgasrest auszuschieben als auch die Temperatur der Abgase zu erniedrigen.
• Die Menge der Spülluft ist nicht beliebig erhöhbar, da es nicht möglich ist, in der kurzen, zur Verfügung stehenden Zeit größere Luftmengen durch die Ventilöffnungen und Zylinderräume zu pressen. Aus diesem Grunde ist es besonders bei rasch laufenden Maschinen und Vergasermotoren, wie sie die Flugmotoren darstellen, bei denen die Auspuffgase infolge reicher Gemische und Nachbrennens noch sehr heiß sind, unmöglich, die Auspuffgase durch die Spülluft so weit abzukühlen, als es in Anbetracht der Haltbarkeit der Düsen und Schaufeln der Gasturbine erforderlich wäre.
• Um nun die an sich vorteilhafte Temperaturerniedrigung der Abgase durch Beimengung von Luft zu ermöglichen und in Verbindung damit die Leistung der Abgasturbine zu steigern, ist bereits vorgeschlagen worden, diese zusätzliche Luft durch einen besonderen Kompressor zu fördern, der von der Brennkraftmaschine unmittelbar angetrieben wird. Der Zweck wird hierdurch zwar erreicht, die Verwendung eines solchen zusätzlichen Kompressors beansprucht aber für sich einen besonderen Raum und erhöht nicht unerheblich das Gesamtgewicht und vermindert die Wirtschaftlichkeit der Antriebsanlage. Das sind Nachteile, die bei Flugzeugen, Lokomotiven und Automobilen außerordentlich unerwünscht sind.
• Gemäß vorliegender Erfindung sollen vorstehende Nachteile vermieden werden. Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit durch Abgasturbine angetriebenem Spül-und Aufladeverdichter mit Spülung der Zylinder und Kühlung der Abgase vor Eintritt in die Abgasturbine durch Luft. Die Erfindung besteht darin, daß zur Kühlung der Abgase ein Teil der vom Spül- und Aufladeverdichter geförderten Luft den Abgasen unter Umgehung der Brennkraftmaschine unmittelbar zugeführt wird. Die Umgehungsleitung führt also vom Gebläse unmittelbar zur Gasturbine; sie ist in weiterer Ausbildung der Erfindung in zweckmäßiger Weise mit einer Drosselvorrichtung versehen, mit deren Hilfe die Luftmenge jeweils so bemessen wird, daß sie die aus der Brennkraftmaschine kommenden Abgase auf die für einen zuverlässigen Betrieb in der Gasturbine erforderliche Temperatur abkühlt. Mit der Umleitung von Luft läßt sich noch ein weiterer Vorteil erzielen: dadurch, daß diese Umleitmenge verändert wird, wird auch die Temperatur der Gase vor der Gasturbine verändert. Man hat es also durch Regelung dieser Luftmenge in der Hand, die Leistung der Gasturbine zu verändern. So läßt sich beispielsweise durch Drosseln der umgeleiteten . Luft eine Erhöhung der Drehzahl von Gasturbine- und Gebläse herbeiführen, wodurch entweder die Spülung oder die Aufladung oder beides erhöht wird. Da eine Erhöhung der Düsen-und Schaufeltemperaturen über die Temperaturen des Dauerbetriebes für kürzere Zeit ohne weiteres zulässig ist, so läßt sich durch Drosseln der Umleitluft eine vorübergehende Mehrleistung aus dem Motor herausholen. Die Regelung der umgeleiteten Luftmenge kann von Hand oder auch selbsttätig, z. B. in Abhängigkeit von der Abgastemperatur usw., erfolgen.
• An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; Fig. i und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele z. T. im Schnitt.
• In Fig. i ist i ein Zylinder einer ein- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, z. B. einer Dieselmaschine, 2 ist das Einlaß- und 3 das Auslaßventil. Die Brennluft und etwaige Spülluft wird durch das Gebläse 4 geliefert und durch Rohr 5 zu den Zylindern der Brennkraftinaschine gebracht. Das Gebläse ist nun so bemessen, daß es wesentlich mehr Luft liefern kann als für Spülung und Rufladung benötigt wird. Das Mehr an Luft gelangt durch die Umgehungsleitung 6 in die zur Abgasturbine 7 führende Abgasleitung 8; 9 ist eine zu Regelungszwecken in der Umgehungsleitung vorgesehene Drosseleinrichtung.
• Bei den hohen Abgastemperaturen, z. B. der Gasmaschinen oder Flugmotoren, darf die unmittelbar zur Gasturbine geführte Luftmenge verhältnismäßig groß sein; ohne daß der Fall eintritt, daß die Abgastemperaturen zu niedrig werden, um in der Gasturbine die volle Antriebsleistung des Verdichters aufzubringen. Aus der Erhöhung der Luftmenge ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Querschnitte von Rad und Schaufeln auch bei kleineren Leistungen des Brennkraftmotors günstige Abmessungen erhalten und daher der Wirkungsgrad von Gebläse und Turbine ein guter wird.
• Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vergasermaschine, für die wegen der höheren Abgastemperaturen die vorgeschlagenen Einrichtungen besondere Bedeutung haben. io ist wieder ein Zylinder einer ein-oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschine. i i ist das Einlaß- und I2 das Auslaßventil. Bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Brennstoff gemischt mit der Brennluft in die Zylinder gepreßt wird, muß bei Anwendung einer Zylinderspülung Brennluft und Spülluft getrennt vor das Einlaßventil gebracht werden, da sonst mit der Spülluft Brennstoff unbenutzt ins Freie gelangen würde. Hierzu dienen bekanntlich besondere. Einrichtungen, durch welche die Gemisch- und die Spülleitung abwechselnd mit dem Einlaßventil verbunden werden. Es kann ferner von Vorteil sein die Brennluft zu kühlen, um eine größere Ladung in die Zylinder zu bekommen. Die vom Gebläse 13 gelieferte Luft geht bei einer solchen Anlage also nach drei Verbrauchsstellen, durch Umgehungsleitung 14 unmittelbar zur Gasturbine 15, ferner durch Rohr 17 über die Klappe 18 zur Spülung des Verdichtungsraumes in io und durch Kühler i9, Vergaser 2o; Drosselvorrichtung 23 und über Klappe 18 als Brennluft zum Zylinder io. Die unmittelbar zur Gasturbine 15 gehende Luft mischt sich bei 21 mit den von den Brennkraftzylindern kommenden Abgasen und kühlt diese auf die für die Gasturbine erforderliche Betriebstemperatur ab. Um zu vermeiden, daß Gase rückwärts zum Verdichter strömen, z. B. im Moment des Öfnens eines Auspuffventils, das mit einem Druckanstieg in der Auspuffleitung verbunden sein kann, ist bei Brennkraftmaschinen aller Art ein Rückschlagventil22 vorgesehen. Die Menge der umzuleitenden Luft kann wieder durch eine Drosseleinrichtung, wie in Fig. i, geregelt oder durch eine Düse, z. B. durch den ringförmigen Spalt bei 21, festgelegt werden.
• Die Leistung der Turbine kann bei Brennkraftmaschinen, welche mit sehr wenig oder negativem Luftüber schuß arbeiten, kurzfristig erhöht werden durch Anreicherung des Geinisches (Benzinmotoren u. a.) mit Nachbrennen der Abgase vor der Turbine. Bei gedrosselter Aufladeleitung, wobei die Aufladeluft und damit die Gesamtluftmenge des Gebläses kleiner wird, wodurch also der Wirkungsgrad der Aufladegruppe demgemäß sinken würfle, ist in dieser Weise doch eine Vergrößerung der Turbinenleistung und damit eine Verstärkung der Spülwirkung und Vergrößerung der Motorleistung kurzfristig erreichbar, was ganz besonders für das Starten von Flugzeugen von großer Bedeutung ist.
• Ist die Brennkraftmaschine eine Gasmaschine, so tritt an Stelle des Vergasers 2o ein Gasverdichter, der ebenfalls von der Gasturbine oder auch von einer anderen Kraftquelle angetrieben sein kann.
• Die Kühlung für die Brennluft läßt sich natürlich auch bei Motoren, die ihren Brennstoff nicht in vorheriger Mischung, sondern durch Einspritzen in die Zylinder erhalten, anwenden. In diesem Falle erfolgt der Anschluß des Kühlers i9 unmittelbar an die Klappe 18, wie es durch voll ausgezogene Linien bei 25 der Zeichnung gezeigt ist.

Claims (1)

1. PATrNTANSPRÜCHE: i. Brennkraftmaschine mit durch Abgasturbine angetriebenem Spül- und Aufladeverdichter mit Spülung der Zylinder und Kühlung der Abgase vor Eintritt in die Abgasturbine durch Luft, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Abgase ein Teil der vom Spül- und Aufladeverdichter geförderten Luft den Abgasen unter Umgehung der Brennkraftmaschine unmittelbar zugeführt wird. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der unmittelbar zur Gasturbine gelieferte Teil der Luft durch eine Drosselvorrichtung regelbar ist. 3. Brennkraftinaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung mit einem Rückschlagventil versehen ist, welches ein Rückströmen von Auspuffgasen zum Verdichter durch die Umgehungsleitung hindurch verhindert. q.. Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufladung der Brennkraftmaschine dienende Teil der Luft gekühlt wird, während der unmittelbar zur Gasturbine gehende Teil und die Spülluft ungekühlt bleiben.