DE839882C

DE839882C - Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit Abgasausnuetzung in Abgasturbinen

Info

Publication number: DE839882C
Application number: DEM8866A
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1951-03-14
Filing date: 1951-03-14
Publication date: 1952-05-26

Description

Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit Abgasausnützung in Abgasturbinen Die Erfindung; betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit Abgasausnutzung in Abgasturbinen.
Es ist bekannt, ((aß bei Brennkraftmaschinen mit Ausnutzung der Abgase in Abgasturbinen eine Steuerung des Auspuffes in der Weise vorgenommen wird, (1a13 ein Teil der :Auspuffgase (der sogenannte \'oratisl)uff) mit hohem Druckgefälle und hoher Teml)eratur durch die Abgasturbine oder durch die erste Turbinenstufe strömt, während die heim Ausschubvotgang durch den Kolben (Viertakt) ader beim Spülvorgang durch die Spülluft (Zweitakt) ausgeschobenen :@usputigase entweder unmittelbar ins Freie oder in nachgeschaltete Turbinenstufen oder in gesonderte Abgasturbinen geleitet werden. Durch diese \laßnahme kann eine höhere Energie aus den Auspuffgasen gewonnen werden, als wenn sämtliche Auspuffgase durch die gleiche Turbine bzw. durch die gleichen Turbinenstufen strömen. Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtungen ist, daß das den Vorauspuff steuernde Organ, sei es ein Ventil oder ein Schieber, von sehr heißen Gasen durchströmt wird und daß auch die Abgasturbine bzw. die ersten Turbinenstufen durch sehr heiße Gase beaufschlagt werden, so daß die thermische Beanspruchungsgrenze dieser Bauteile gegebenenfalls überschritten wird. Man ist daher gezwungen das Vorxuspufforgan und auch die Vorauspuffgase selbst zu kühlen, wodurch Energie verlorengeht. Die Kühlung erfolgt bei den bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art beispielsweise durch die Ansaugeng von Luft aus der Atmosphäre unmittelbar am Auspuffventil nach dem Prinzip einer Strahlpumpe. Das so ausgebildete Auspuffventil und 'der anschließende Auspuffkanal sind aber sehr verwickelt gestaltet, und ein merkbarer Energiegewinn ist auch nicht zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der erhöhten Energieausbeutung dadurch gelöst, daß das den Vorauspuff steuernde Organ nach Beginn der Verdichtung im Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine noch einmal geöffnet wird. Die zweite Eröffnung des den Vorauspuff steuernden Organs erfolgt, wenn die Verdichtung etwa die Höhe des Staudruckes'-vor der Turbine erreicht hat. Dadurch wird ein Teil der Ladung (Luft bzw. Gemisch) durch das Vorauspufforgan hinausgeschoben, was eine Kühlung des Ventils und des Vorauspuffgases bewirkt. Die Energie dieser Kühlung geht nicht verloren, sondern wird zum größten Teil bei den Expansionen der Turbine zurückgewonnen. Neben der höheren Ausbeute an Abgasenergie hat die Brennkraftmaschine nach der Erfindung den großen Vorteil, daß keine wesentlichen Änderungen mit Ausnahme der Steuernocken für das an sich bekannte Vorauspufforgan vorgenommen werden müssen.
Wenngleich die Erfindung auch für die Energieausbeute durch getrennten Vor- und Hauptauspuff von besonderer Bedeutung ist, so kann die erfindungsgemäße Steuerung des Auspufforgans auch gegebenenfalls für Brennkraftmaschinen zweckmäßig sein, die keine Auspuffunterteilung besitzen, sondern bei denen sämtliche Auspuffgase gemeinsam zur Abgasturbine geleitet werden. In thermisch besonders gelagerten Fällen kann man selbstverständlich die Doppelsteueruug nach der Erfindung auch bei dem normalen Auspufforgan mit Erfolg zur Anwendung bringen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine mit Abgasturbine entsprechend der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschinenanlage und Fig. 2 ein Schema der Ventileröffnungen.
In der Fig. i ist ein Zylinder i einer Brennkraftmaschine mit Kolben 2, Treibstange 3 und Kurbelwelle ,I dargestellt. Im Zylinderdeckel sind das Vorauspuff ventil 5 und das Hauptauspuffventil 6 angeordnet. Das Einlaßventil liegt hinter oder vor den Auspuffventilen und ist nicht eingezeichnet, um die Zeichnung nicht zu unübersichtlich zu gestalten. Vom Vorauspuffventil @ führt eine besondere Leitung 7 zum Aufnehmer 8 vor der ersten Turbinenstufe, die aus dem Leitschaufelkranz 9 und dem Laufschaufelkranz io besteht. Vom Hauptauspuffventil 6 führt die Leitung i i zum Aufnehmer 12 vor der nachgeschalteten, aus dem Leitschaufelkranz 13 und dem Laufschaufelkränz 14 bestehenden zweiten Turbinenstufe. Diese nachgeschaltete Turbinenstufe wird auch von den Vorauspuffgasen beaufschlagt, nachdem sie die Vorschaltstufe verlassen haben. Beide Turbinenstufen sind auf dem gleichen Läufer 15 angeordnet, auf dessen Welle 16 das Gebläserad 17 befestigt ist, welches die angesaugte Ladeluft bzw.. das Ladegemisch verdichtet, das durch die Leitung 18 dem nicht dargestellten Einlaßventil des Brennkraftzylinders zugeführt wird. Die Steuervorrichtung für die Ventile ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da sie in der üblichen Weise ausgeführt werden kann. Für das Vorauspuffventil 5 ist die Nockenscheibe lediglich so auszubilden, daß das Ventil während eines Arbeitsspieles im Zylinder ,zweimal geöffnet wird.
In der Fig. 2 ist ein Schema für die Eröffnung der Ventile einer Viertaktbrennkraftmaschine dargestellt. Mit a ist die Eröffnung des Vorauspuffventils bezeichnet, wenn der Kolben sich um den unteren Totpunkt bewegt. Der Hauptauspuff b erfolgt während des Ausschubhubes durch das Hauptauspuffventil. An diesen schließt sich während des Ansaughubes die Eröffnung c des Einlaßventils an. Während des folgenden Verdichtungshubes wird das Vorauspuffventil 5 noch einmal kurz geöffnet, wie es die Ventilerhebungskurved zeigt. Diese kurze zweite Eröffnung des Vorauspuffventils 5 dient zum Auslassen der Kühlluft für das Ventil und die heißen Vorauspuffgase vor und in der Abgasturbine. Sie erfolgt, wenn während der Verdichtung im Arbeitszylinder etwa der Staudruck der Vorauspuffgase vor der Turbine erreicht ist. An Stelle eines Ventils kann für die Doppelsteuerung des Vorauspuffes selbstverständlich auch jedes andere Auslaßorgan verwendet werden, z. B. ein Rohr- oder ein Flachschieber.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit Abgasausnutzung in Abgasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß das den Auspuff steuernde Organ nach Beginn der Verdichtung im Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine noch einmal geöffnet wird. z. Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit Unterteilung des Auspuffes in einen Vorauspuffteil mit heißen, höher gespannten Auspuffgasen und einen Hauptauspuffteil mit den restlichen Auspuffgasen und getrennter Ab-' gasausnutzung in getrennten Abgasturbinen oder Turbinenstufen, dadurch gekennzeichnet, daß das den Vorauspuff steuernde Organ (5) nach Beginn der Verdichtung im Arbeitszylinder der Bfennkraftmaschine noch einmal geöffnet wird. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite .Eröffnung des den Auspuff bzw. Vorauspuff steuernden Organs (5) erfolgt, wenn die Verdichtung im Arbeitszylinder etwa die Höhe des Staudruckes vor der Turbine erreicht hat.