DE665955C - Hilfsantrieb fuer durch Abgasturbinen angetriebene Kreiselgeblaese, insbesondere fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Hilfsantrieb fuer durch Abgasturbinen angetriebene Kreiselgeblaese, insbesondere fuer Brennkraftmaschinen

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DE665955C
DE665955C DEM135408D DEM0135408D DE665955C DE 665955 C DE665955 C DE 665955C DE M135408 D DEM135408 D DE M135408D DE M0135408 D DEM0135408 D DE M0135408D DE 665955 C DE665955 C DE 665955C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/14Control of the alternation between or the operation of exhaust drive and other drive of a pump, e.g. dependent on speed
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

  • Hilfsantrieb für durch Abgasturbinen angetriebene Kreiselgebläse, insbesondere für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Hilfsantrieb für ein Abgasturbinengebläse, das zum Aufladen von Brennkraftmaschinen mit Luft oder Gemisch oder zum Spülen dient.
  • In Sonderfällen, z. B. bei Zweitaktbrennkraftmaschinen, kann der Fall-eintreten, daß die Leistung der Abgasturbine zum Antrieb des Auflade- oder Spülluftgebläses nicht ausreicht. In solchen Fällen hat man eine zusätzliche Antriebskraft für den Luftverdichter vorgesehen. Diese zusätzliche Antriebskraft besteht bei den bekannten Ausführungen aus einem Elektromotor, der seinen Strom von einem vom Dieselmotor angetriebenen kleinen Hilfsstromerzeuger bezieht, oder aus einer Luftturbine oder sonst irgendeiner Kraftmaschine. Alle diese Anordnungen haben den Nachteil, daß zur Erzeugung der Zusatzkraft eine besondere Kraftquelle aufgestellt werden muß, sei es nun ein kleiner Stromerzeuger oder besondere Luftflaschen bei Anordnung einer Luftturbine oder eine livdraulische Pumpe. Bei Bezug des elektrischen Stromes für den Hilfselektromotor von einer fremden Kraftquelle ist die Brennkraftmaschine nicht unabhängig, was ebenfalls ein Nachteil ist.
  • Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß als Zusatzmaschine zum Antrieb des Luftverdichters eine Turbine vorgesehen ist, .die von dem Kühlmittel oder Schmiermittel der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Da in der Regel jede Brennkraftmaschine eine Kühlmittel- und Schmiermittelpumpe besitzt, sind somit zur Beschaffung des Arbeitsmittels für die Zusatzmaschine keinerlei besondere Aufwendungen erforderlich. Die ganze Anlage wird wesentlich billiger als alle bisher bekannten Anordnungen. Nach der Erfindung wird bei Verwendung z. B. des Kühlmittels als Kraftübertragungsmittel das gesamte Kühlmittel von der Pumpe zunächst der Turbine und erst dann den Kühlräumen der Brennkraftmaschine zugeleitet. Es ist zwar bei Dampfturbinenanlagen bekannt, die Kondensatpumpe durch eine Flüssigkeitsturbine anzutreiben, welche ihre Treibflüssigkeit aus einem bei der Anlage vorhandenen Flüssigkeitsumlauf erhält, doch handelt es sich dabei nicht um einen nur zeitweilig einsetzenden Hilfsantrieb, welcher zusätzlich zum Hauptantrieb angeordnet ist, sondern um den einzigen Hauptantrieb der Kondensatpumpe. Demzufolge ist hier auch eine wesentliche Vergrößerung der den Flüssigkeitsumlauf betreibenden Pumpe erforderlich. Die außerdem auftretenden beachtlichen Energieverluste ergeben die Urizweckmäßigkeit des Antriebes eines Gebläses bei Brerm.kraftmaschinen lediglich durch eine Flüssigkeitsturbine. Dagegen ist bei einem durch eine Abgasturbine angetriebenen Gebläse der Antrieb einer Zusatzturbine entsprechend der Erfindung durch den Kühlwasser- oder Schmierölstrom von besonderer Bedeutung. Die Verhältnisse liegen hier ganz anders als bei einem Gebläse, das entsprechend den bekannten Vorschlägen allein von der Flüssigkeitsturbine angetrieben wird. Bekanntlich ändert sich die Leistung einer Abgasturbine bei abnehmender Brennkraftmaschinenleistung in anderer Weise als der entsprechende Leistungsbedarf des Gebläses. Sinkt die Brennkraftmaschinenleistung unter einem bestimmten Wert, dann reicht die Abgasturbinenleistung in der für den Betrieb der Bren.nkraftmaschine erforderlichen Weise nicht mehr aus. Aus diesem Grund ist man gezwungen, für den Gebläseantrieb eine Zusatzleistung in Gestalt eines Hilfsantriebes zu beschaffen. Da die erforderliche Zusatzleistung aber verhältnismäßig klein ist, genügt hierfür der Kühlmittel- oder Schmierölstrom, ohne daß die bereits vorhandenen Pumpen in ihrer Größe verändert werden müssen. Besonders günstig ist hierbei der Umstand, daß die erforderliche Leistung der Zusatzturbine mit steigender Brennkraftmaschinenleistung kleiner und schließlich ganz entbehrlich wird. Da Brennkraftmaschinen in der Regel währenddes größten Teiles ihrer Betriebszeit im- oberen Belastungsbereich laufen, ist demnach die durch den Kühlmittel-oder Schmierälstrom betriebene Hilfsturbine nur während verhältnismäßig kurzer Betriebszeit eingeschaltet.
  • Da bei großen Belastungsänderungen auch die Kühlmittelmenge verändert wird, um keine zu großen Unterschiede in der Kühlmitteltemperatur zu erhalten, verringert sich mit abnehmender Belastung auch die Leistung der Zusatzturbine. .Jedoch würde diese Art der Leistungsreglung der Zusatzturbine nicht immer den jeweiligen Erfordernissen. entsprechen, da z. B. .bei einer Zweitaktmaschine mit abnehmender Maschinenleistung die Leistung der Zusatzturbine zunehmen soll.
  • Zur Weiterbildung der Erfindung wird daher die Zusatzturbine in an sich bekannter .Weise mit einem veränderlichen Düsenquerschnitt ausgerüstet, der in Abhängigkeit vom Rufladedruck selbsttätig geregelt wird. Durch Verkleinerung des Düsenquerschnittes steigt der Druck vor der Zusatzturbine und erhöht damit deren Leistung. Umgekehrt verursacht eine Vergrößerung des Düsenquerschnittes eine Abnahme der Turbinenleistung.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i beispielsweise eine Darstellung der Brennkraftmaschine mit .dem Abgasturbinengebläse und seinem Hilfsantrieb, Abb. 2 beispielsweise eine Darstellung der Regelung des Düsenquerschnittes der Zusatzturbine und Abb.-3 ein Schaubild, an welchem der Rufladedruck in Abhängigkeit vom effektiven Druck in den Arbeitszylindern aufgetragen ist.
  • In Abb. i ist mit i die Brennkraftmaschine bezeichnet, von der aus die Abgase durch die Leitung :2 in die Abgasturbine 3 geleitet werden. Mit der Welle der Abgasturbine 3 ist ein Kreiselgebläse .1. verbunden, in welchem die Auflade- und Spülluft oder das Brenngemisch verdichtet und durch die Leitung 5 zur Brennkraftmaschine i geführt werden. Mit der gemeinsamen Welle des Abgasturbinen.gebläses 3 und. q. ist ferner eine Zusatzturbine 6 verbunden, welche ihr Treibmittel durch eine Leitung 7 von der Pumpe 8 erhält, die unmittelbar von der Brenllkraftmaschine i angetrieben wird. Nach dem Durchgang durch die Zusatzturbine 6 fließt das Treibmittel durch die Leitung g seiner eigentlichen Bestimmung in der Brennkraftmaschine i zu. Das Treibmittel kann entweder Schmieröl oder irgendein Kühlmittel sein. Zwischen der Zusatzturbine 6 und dem Gebläse. ist eine Kupplung io angeordnet, mittels der die Zusatzturbine abgeschaltet werden kann. Ebenso kann zwischen der Ab- gasturbine 3 und dem Gebläse .i eine Kupplung vorgesehen werden.
  • Ein Beispiel der Regelung der Zusatzturbine 6 ist in. Abb. 2 dargestellt. In einem Zylinder i i bewegt sich ein Kolben 12 mit einer Kolbenstange 13, die an einem Hebel 14. zur Verstellung des Düsenquerschnittes der Zusatzturbine 6 angreift. Der Raum i 5 des Zylinders i i ist durch eine Leitung 16 mit dem Druckraum des nicht dargestellten Luftverdichters .i in Verbindung. Auf der rechten Seite stützt sich eine Feder 17 gegen den Kolben 12. Die Feder 17 wird durch ein Gestänge i 8 vom Füllungshebel der nicht dargestellten Brennstoffpumpe beeinflußt.
  • Die Wirkungsweise dieser Regelvorrichtung läßt sich an Hand oder Abb.3 leicht erklären. In dieser Abbildung ist vier Rufladedruck p""fl. in Abhängigkeit vom mittleren effektiven Druck p, aufgetragen. Im Punkt a wird die Antriebsleistung des Luftverdichters gerade von der Abgasturbine geliefert. Sinkt nun die Belastung der Brennkraftmaschine, dann würde der Rufladedruck auf den Punkt b absinken, wenn nur die Abgasturbine vorhanden. wäre. Durch den geringeren Druck im Raum 15 der Regelvorrichtung drückt der Kolben 12 nach links und verengt dadurch den Düsenquerschnitt der Zusatzturbine 6. Dadurch wird die Leistung der Zusatzturbine 5 erhöht und ein höherer Auf- Ladedruck, als dem Punkt b entspricht, erzielt. Der Aufladedruck wird also einen zwischen den Parallelen zur Abszissenachse durch den Punkt a und den Punkt b gelegenen Wert annehmen. Der Verlauf des Aufladedruckes nach der Linie 2o stellt den anzür strebenden Wert dar. Die Feder 17 und das Gestänge 189 der Regelvorrichtung sind nun so zu bemessen, daß durch die Zusatzturbine 6 jeweils eine solche Leistung abgegeben wird, daß sich der Aufla:dedruck in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine auf der Linie 2o bewegt. Würde z. B. bei feststehendem Gestänge 18, also bei Fehlen der zusätzlichen. Regelung durch die Füllung der Brennstoffpumpe, der Aufladedruck einen dem Punkt c entsprechenden. Wert annehmen, dann müßte, um einen geringeren Aufladedruck entsprechend der Linie 2o zu erhalten, mit abnehmender Belastung des Dieselmotors die Feder 17 entspannt werden, so daß der Düsenquerschnitt ,der Zusatzturbine 6 eine geringe Vergrößerung bringt und somit ein Absinken des Aufladedruckes verursacht. Diese -zeitweilige Entspannung der Feder 17 erfolgt durch die Verbindung des Gestänges i8 mit der Füllungseinstellung der Brennstoffpumpe. Die beschriebene Regelvorrichtung ist nur ein Beispiel. Es kann selbstverständlich auch irgendeine andere Regelvorrichtung Verwendung finden. Die Erfindung ist dadurch nicht betroffen.
  • Schließlich wird, um einen völlig selbständigen Betrieb zu erhalten, eine Steuervorrichtung irgendeiner bekannten Bauart vorgesehen, die die Zusatzturbine dann abkuppelt, wenn die Energie der Abgasturbine zur Erzielung des nötigen Aufladedruckes allein ausreicht, und umgekehrt ankuppelt, wenn (lies nicht der Fall ist.
  • An Stelle des An- und Abkuppelns der Zusatzturbine, kann natürlich auch die Druckmittelleitung zeitweise kurzgeschlossen werden, so daß die Zusatzturbine nicht mehr beaufschlagt wird. Irr diesem Fall empfiehlt es sich, die Zusatzturbine .mit einer selbsttätigen Entleerungsvorrichtung zu versehen, wodurch der Energieverlust durch das leerlaufende Turbinenrad herabgesetzt wird.
  • Unter Umständen können auch bei den Vorrichtungen das Abkuppeln und das Kurzschließen gleichzeitig Verwendung finden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: Hilfsantrieb für durch Abgasturbinen angetriebene Kreiselgebläse, insbesondere für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzantrieb eine Turbine (6) verwendet wird, welcher als Treibmittel ein bei der Brennkraftmaschine (i) vorhandener Schmieröl-oder Kühlmittelstrom zugeführt wird.
  2. 2. Hilfsantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzturbine (6) mit einem veränderlichen Düsenquerschnitt versehen ist, der selbständig in Abhängigkeit vom Aufladedruck verändert wird.
  3. 3. Hilfsantrieb nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbarkeit der Regelvorrichtung (z. B. eine Feder 17) in Abhängigkeit von der Brennstoffüllung der Brennkraftmaschine (i) verändert wird. Hilfsantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (io) zwischen. Abgasturbinengebläse (34) und Zusatzturbine (6) mittels einer Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der Leistung der Abgasturbine (3) oder vom Aufladedruck ein- oder ausgerückt wird. 5. Hilfsantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelleitung (7) zur Zusatzturbine (6) mittels einer Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der Leistung der Abgasturbine oder vom Aufladedruck kurzgeschaltet wird, so daß die Zusatzturbine (6) nicht beaufschlagt wird, wenn die Leistung der Abgasturbine (3) zur Erzeugung des nötigen Aufladedruckes ausreicht.
DEM135408D 1936-08-11 1936-08-12 Hilfsantrieb fuer durch Abgasturbinen angetriebene Kreiselgeblaese, insbesondere fuer Brennkraftmaschinen Expired DE665955C (de)

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