DE725763C - Verfahren zum Betreiben von mit Abgasturbogeblaese und einer Nutzleistung abgebenden Abgasturbine ausgeruesteten Brennkraftmaschinenanlagen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Betreiben von mit Abgasturbogebläse und einer Nutzleistung abgebenden Abgasturbine ausgerüsteten Brennkraftmaschinenanlagen Es ist bereits bekannt, Abgasturbogebläse von Brennkraftmaschinen in zwei Stufen wirken zu lassen; bekannt sind auch Strählapparate zur kontinuierlichen Regelung der Gasaufgabe und der Luftzuführung zur Abgasturbine und einstellbare Stnahlapparate zur Zuführung von Ladeluft mit zusätzlicher Luft zu den Zylindern der Brennkraftmaschine. f Eine Schwierigkeit für die Einführung von Luft unter gewissem Druck in die Strahlapparate ist durch die Zentrifugalgebläseturbine überwunden worden, wobei jedoch der Wirkungsgrad dieser Zentrifugalgebläse nur innerhalb enger Grenzen Bestwerte der Nutzleistungen ergibt, die beispielsweise bei 1,7- bis i,9fachem Luftenddruck liegen. Eine weitere Verbesserung hat sich dadurch ergeben, draß :diese Zentrifugalgebläse durch Vorschaltung-von Strahlapparaten, in denen je ein Teil der verdichteten Luft der höheren Druckstufen die Luft der niederen Druckstufen mitverdichtet, die Verdichtung gegenüber dem Außendruck mit gutem Wirkungsgrad und hoher Verdichtung bewirken.
• Eine Verbesserung der Anpassung des Turbogebläses an die Brennkräftmaschine und dadurch eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine ergibt sich, wenn man durch eine Vorverdichtung der Luft, beispielsweise .auf 3 Atm. :außerhalb der Brennkraftzylinder, nur die Nachverdichtung in die Zylinder hineinverlegt. Dann kommt man bei einem Verdichtungsverhältnis im Zylinder von beispielsweise i : 5 zu Druckverhältnissen wie im Dieselmotor und kann schon, wenn beim Expansionshub etwa io Atm. erreicht sind, mit dem Auspuff und der Spülung beginnen, wobei die Spülung mit weniger als 3 Atm. Druck durchgeführt wird.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe von mit Abgasturbogebläse und einer Nutzleistung abgebenden Abgasturbine ausgerüsteten Brennkraftmaschinenanfagen, bei welchen dem Abgasturbogebläse über Strahlapparate Luft zugesaugt wird. Das erfinderische Neue besteht darin, daß der Druck des Arbeitsmittels vor der Antriebsturbine des Abgasturbogebläses in der Weise gleichbleibend gehalten wird, daß mittels der Strahlapparate unter pneumatischer Verschiebung der Strahldüsen durch Rohrkolben geregelte Luftmengen dem Arbeitsmittel zugeführt -,werden.
• Hierdurch hat sich eine wesentliche Verbesserung der Anpassung des Abgasturbogebläses an die Brennkraftmaschine und dadurch eine Erhöhung der Brennkraftm;ascliinenleistung und ihres Wirkungsgrades ergeben.
• Durch .die pneumatische Verschiebung der Strahldüsen durch Rohrkolben ließ sich ein leichtes, gegen Federdruck schwingendes Organ schaffen, das weitgehend eine Gleichdruckzuführung von Gas oder Gas mit Luft zu der Abgasturbine regelt und, insbesondere für Zweitaktmaschinen, die mit Kurbelkastenspülung arbeiten, einen gleichmäßig erhöhten Ladedruck von etwa 3 Atm. aus dem Turbogebläse für die Spül- und Ladeluft ergibt.
• In diesem Falle ist es möglich, die Aufladung so hoch zu treiben, daß trotz einer geringen Verdichtung in den Zylindern der Gesamtdruck sehr hoch ansteigt und sich ein Diesel- o"ier Halbdieselverfahren mit entsprechend großem primärem Verbrennungsraum ergibt. Dadurch wird gegenüber der bekannten Brennkraftmaschine mit Aibgasturbogebläse ein Mehr an Auspuffgas unter hohem Druck gewonnen, das in einer Nutzleistung abgebenden Turbine, die mit der Brennkraftmaschine gekuppelt ist, verwertet wird, wobei die gute Kühlung der Auspuffgase durch Zusatzluft die Verwertung der Gase in der Turbine nach Ausnutzung ihrer Höchstdruckstufe bei mindestens etwa io Atm. in der Brennkraftmaschine ermöglicht, worauf etwa die dreifache, .allmählich abnehmende Menge Luft in einer Vordruckstufe so zugemischt wird, daß die Temperatur .der :Mischgase vor der Turbine weniger als etwa d.8o° beträgt.
• In der Zeichnung zeigen die A.bb. i Wesenhäft eine Brennlcrafttnaschine mit regelbarem Abgasturbogebläse und selbttätig nach dem Auspuffdruck einstellbaren Auspuffdüsen, die j die Abgase der Brennkraftmaschine zur Turbine leiten und eine Nutzleistung abgebende Abgasturbine, Abb.2 einen verschiebbaren Rohrkolben mit den Gasaufgabe- bzw. Luft- j empfangsdüsen im Längsschnitt, die Abb.3 einen Längsschnitt ,durch das Turbogebläse in beispielsweiser Ausführung.
• Es bedeuten: i das Turbogebläse, 2,die Auspuffleitungen der Brennkraftmaschine mit den Rohrkolbendüsen 3. Die Abgase der Brennkraftmaschine strömen über die Strahlaufnahmedüse .4 und die Leitung 5 zum Turbogebläse i und gegebenenfalls zu einem von - einem Servomotor 6 geregelten Schieber ; , der die Abgase zu einer Nutzleistung abgebenden Turbine 8 führt, die mit der Brenn-'; kraftmaschine über ein Getriebe 9 gekuppelt ist, das gegebenenfalls als ZVechselgetriebe vorzugsweise für zwei Arbeitsstufen ausgebildet ist. Die Turbine 8 verwertet über-' schüssiges Auspuffgas für Nutzarbeitszwecke: sie gleicht gegebenenfalls den Bedarf an Auspuffgas für das Turbogebläse, beispielsweise bei regelbaren Brennkraftniaschinen, z. B. Automotoren, .aus, wobei die laufende Verwertung von Auspuffgas in -der zusätzlichen Arbeitsturbine wesentliche Ersparnisse bringt.
• Der Turbinenauspuff io gibt geräuscharme mit der Zusatzluft nachverbranntes Auspuffgas. Die Rohrkolben 3 werden durch Gas bzw. Luft aus dem inneren Rohr durch Üffnungen ii mit dem jeweiligen Gasdruck gegen die Federn 12 gedrückt, die sich auf verstellbare Halteringe 13 stützen. Die Abdichtungsringe. die durch je eine Manschette 14. bzw. i-' am ROllTkolben 3 oder Rohr a wirken, fördern die leichte Regelbarkeit der Düsen durch den Druck: die Rohrkolben 3 sind entweder mit den Düsen 15, die .die Auspuffgase der Brennkraftmaschine zum Strahlapparat ,4 leiten, oder mit dem Strahlungsrohr 16 zürn Ansaugen von Luft verbunden. Um den Auspuffgasen Luft von einer höheren Druckstufe als der atmosphärischen zuzuführen, wird Luft aus einer Stufe des Strahlapparates 16, 1; genommen, der von Luft aus dem Zentrifugalgebläse 18 betrieben wird und dem Gebläse vorverdichtete Luft durch weitere Düsen 2o zuleitet. Aus dem Rohr i9 der Vorstufe des Gebläses wird Luft den Einlaßventilen 21 der Brennkraftmaschine zugeführt. Die letzte Vorstufe des Gebläses wird dadurch betrieben, daß ein Teil der verdichteten Luft aus der Gebläsesammelleitung durch Rohr 22 Luft aus der Ansaugdüse 16 in die Ansaugdüse 2o zur Vorstufe des Gebläses zurückführt. Die Einstellung des Vordrucks wird durch eine beliebige Klappenvorrichtung 23 vorgenommen. Die Schließung dieser Klappe ist besonders zum Anlassen der Brennkraftmaschine bei noch nicht in Betrieb befindlichem Turbogebläse wichtig. Dadurch wird die Brennlcraftmaschine ohne Aufladung, z. B. als Ottomotor, betrieben. Erst durch die Wirkung der Auspuffgase, zuerst noch unter Aufsitzen des Düsenmundes 15 auf dem Sitz des Strahlrohres 16, nach der punktierten Linie, Abb. 2, kommt das Turbogebläse in Gang. Die Gebläseantriebsturbine ist größer bemessen als die der bekannten Turbogebläse. Aus dem Druckluftsammler z4 tritt Luft durch das Rohr 22 nach Öffnung der Klappe 23 durch die Glocke 2o in .die Vorstufe. Der andere Teil der Druckluft wird aus dem Sammler 24 durch Rohr 25 nach den Luffaufgabeventilen der Brennkraftmaschlne geführt. Infolge des hohen Wirkungsgrades der Strahlapparate geht dabei wenig von der Energie des Schleudergebläses verloren.
• Die Vorteile .der pneumatischen Rohrkolben 3 der Strahlapparate 3-4 sind die, daß man den Spül- und Aufladedruck der Luft in der Brennkraftmaschine dem Druck in der Auspuffleitung 5 anpassen kann und die Aufladung verhältnismäßig hochtreiben kann, beispielsweise auf 3 bis 5 Atm., wobei die Regelung für einen Höhenmotor usw. auf Höchstleistung sich im wesentlichen durch die Regelung der KI!appe 23 sowie der Druckfeder i2 mit Hilfe des Halteringes 13 durchführen läßt und die Ausnutzung der Leistung der sich mit dem Auspuffgasdruck steibgernden Menge von durch die Glocke ä0' dem Strahlapparate zu dem Auspuffgas zugefii'hrten Zumischungsluft in der Nutzleistung abgebenden Arbeitsturbine 8, die zwangsläufig mit .der Brennkraftmaschine gekuppelt ist, erfolgt. Bei Verringerung der Leistung der Brennkraftmiaschine wird ,diese Turbine 8 selbsttätig, gegebenenfalls pneumatisch angeschaltet, ohne daß - im wesentlichen das Turbogebläse gestört wird.
• Zweckmäßig werden Brennkraftmiaschinen mit nicht weniger als zwei Viertakt- oder drei Zweitaktzylindern an ein Turbogebläse angeschlossen: doch kann eine beliebige Zahl von Zylindern iah ein Turbogebläse angeschlossen werden, wobei zweckmäßig, um einen ständigen Strom im Auspuffgasrohr 5 zu halten, der Druck .der Auspuffgase hinter den Strahlapparaten in Richtung zur Turbine durch entsprechende größere Luftzumischung leicht absinkend gehalten wird. Dadurch erübrigen sich die bei anderen Anlagen vorgesehenen Serienschaltungen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betreiben von mit Abgasturbogebläse und einer Nutzleistung abgebenden Abgasturbine ausgerüsteten Brennkraftm.aschinenanlagen, bei welchen dem Abgasturbogebläse über Strahlapparate Luft zugesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Arbeitsmittels vor der Antriebsturbine des Abgasturbogebläses in der Weise gleichbleibend gehalten wird, daß mittels der Strahlapparate unter pneumatischer Verschiebung der Strahldüsen (i5) durch Rohrkolben (3) geregelte Luftmengen -dem Arbeitsmittel zugeführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i in der Anwendung auf Brennkraftmaschinen, bei denen die Aufladung und Spülung der Brennkraftmaschinenzyl-inder vorzugs-%veise mit Luft von etwa 3 Atm. Druck durchgeführt und den aus den Zylindern der Brennkraftmaschine austretenden Verbrennungsgasen verdichtete Luft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß den aus den Zylindern der Brennkraftmaschine austretenden Verbrennungsgasen Luft einer mittleren Druckstufe (i9) der dem Turbogebläse vorgeschalteten Strahlapparate zugeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Rohrlzol,benstrahldüsen (3, 15, 4) die Rohrleitung zwischen Zylinder und Turbine schließen, sobald der Druck der zugeführten Luft niedriger liegt als der Arbeitsmitteldruck in der Rohrleitung.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der Verbrennungsgase aus den Zylindern nach öffnun:g.der Auslaßventile oder von Zylinderschlitzen vor Ende des Expansionshubes vorzugsweise bei einem Gasdruck im Zylinder von etwa io Atm. durch gesteuerte Strahldüsen beginnt und bis zum Ende der Spülung, die beispielsweise bei 3 Atm. liegt, fortgesetzt wird.
5. 5. Strahldüse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Auspuffdüse bzw. das Strahlrohr als beweglicher Rohrkolben (i5) ausgebildet ist und durch das in diesen aus der Rohrleitung eintretende Arbeitsmittel gegen den Druck einer Feder (i2) bewegt wird, die die Strahldüsenöffnung beim zulässigen Mindestdruck in der Rohrleitung schließt.
6. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Strahlapparaten bzw. im Turbogebläse verdichtete Luft durch eine Glockenführung (2ö) der Strahldüse (i5) zugeführt wird.