DE903052C - Abgasturbogeblaese fuer Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakttbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Abgasturbogebläse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitaktbrennkraftmaschinen Durch die Verwendung eines Ahgasturbogebläses läßt sich bekanntlich die Leistung einer Brennkraftmaschine durch Aufladung wesentlich steigern. Die hauptsächlichen Vorteile einer mit Ab gasturbogebläse aufgeladenen Brennkraftmaschine l#'_egen-in der besseren Verbrennung und in den wesentlich günstigeren Raum- und Gewichtsverhältnissen begründet. Mai: kann also bei verringertem spe,ifischem Brennstoffverbrauch eine um 5o o;'o und mehr erhöhte Leistung aus der Brennkraftmaschine herausholen, ohne eine thermische Mehrbelastung der Maschine in Kauf nehmen zu müssen. Auch der Gewichts- und Raumbedarf wird kaum größer als der einer nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinr.-Infolge der geringen Größe der Ahgasturl@r>-gebläse kann man diese oft in einem ohnehin vorhandenen vorher nicht ausgenutzten Raum anordnen, so daß die Grundfläche und der Gesamtrauminhalt der Brennkraftmaschine nicht vergrößert zu werden brauchen. Infolge dieser Verteile macht man in zahlreichen Fällen von der Abgasturboaufladung bei Brennkraftmaschinen Gebrauch.
• Es ist nun bekannt, ein Axialgebläse durch eine ebenfalls axial beaufschlagte Abgasturbine anzutreiben, die mit ihm auf der gleichen Welle _ingeordnet ist. Für sehr große Luftmengen ist de.s Axialgebläse besonders geeignet insonderheit dann., wenn die erforderlichen Druckverhältnisse klein sind; das ist aber meistens bei Brennkraftmäschinen der Fall. Axialgebläse vereinigen guten Wirkung,;-grad mit kleinem Raumbedarf und Gewicht. Sie erfordern im allgemeinen eine hohe Drehzahl, wenn sie mit dem günstigsten Wirkungsgrad laufen und nicht zu viele Stufen erhalten sollen.- Nun ist bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen das Luftgewicht gleich dem Abgasgewicht, wenn man von dem geringen Brennstoffgewicht absieht. Infolge derhöheren Temperatur der Abgase ist das Abgasvolumen jedoch bedeutend größer als das Luftvolumen. Hierdurch werden große Schaufellängen und damit auch hohe Umfangsgeschwindigkeiten bedingt. Will man dies vermeiden, dann muß man zwangsläufig eine hohe .axiale Durchtrittsgeschwindigkeit zulassen und ordnet, um den dadurch bedingten Austrittsverlust zu ermäßigen, hinter der Turbine einen Diffusor an, in dem ein Teil der Geschwindigkeit in Druck umgesetzt wird. Bei Anordnung eines Diffusors muß man die Abgase zwischen Gebläse und Turbine zuführen, wodurch Schwierigkeiten bezüglich der Ausbildung der Abgaszuleitung nach strömungstechnischen Gesichtspunkten entstehen, wenn man nicht einen größeren Abstand zwischen Gebläse und Turbine in Kauf nehmen will. Bei Anordnung eines Diffüsors hinter der Turbine muß außerdem das turbinenseitige Lager innerhalb des Diffusors liegen, wenn man von einer fliegenden Lagerung der Abgasturbine absehen will, die nur bei einstufiger Abgasturbine gut durchzuführen ist. Ein Lager innerhalb des Diffusors ist wohl betriebssicher ausführbar, es ist aber während des Betriebes nicht zugänglich.
• Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß man das axial beaufschlagte Spül-und Ladegebläse :auf gleicher Welle mit einer radial beaufschlagten Abgasturbine anordnet. Die Abgaszuführung zur Turbine läßt sich in diesem Fall geradezu ideal ausführen, wenn man sie spiralförmig um den äußeren Umfang der Turbine herumlegt. Sie verursacht überhaupt keinen zusätzlichen Platzbedarf in axialer Richtung. Die Turbine kann auch bei mehrstufiger Ausführung immer fliegend gelagert wzrden. An den Austritt aus der Turbine kann strömungstechnisch und raummäßig sehr günstig ein Diffusor angeschlossen werden. Außerdem ist die axiale Ausdehnung der Turbine besonders bei mehrstufiger Ausführung sehr klein. Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich besonders für Zweitaktbrennkraftmaschinen, da die Abgastemperatur niedriger ist als bei Viertaktbrennkraftmaschinen und man bei Radialturbinen bei gleich hoher Temperatur nicht so hoch mit der Umfangsgeschwindigkeit gehen kann wie bei Axialturbinen, weil die Beanspruchung besonders im Schaufeltragring höher ist.
• Aus der Verwendung gerade bei Zweitaktbrennkraftmaschinen ergibt sich schließlich noch ein weiterer Vorteil. Bekanntlich steht der Anwendungsmöglichkeit von Abg,asturbogebläsen bei Zweitaktbrennkraftmaschinen zur Spülung und Aufladung die niedrige Abgastemperatur im Wege. Mit-abnehmender Belastung der Brenakraftmaschine nimmt auch die Abgastemperatur ab. Nun darf aber bei kleineren Belastungen der Auspuff auf Kosten der Güte der Spülung stärker aufgestaut werden, um :eine höhere Belastung der Abgasturbine zu ermöglichen. In Weiterbildung der Erfindung wird daher zwischen Leitapparat und Laufrad ein zylindrischere Ring :axial verschiebbar angeordnet, mit dem der Austrittsquerschnitt des Leitapparates verändert wird. Der zylindrische Ring kann gegebenenfalls- auch vor dem Leitapparat angeordnet werden. Es ist zwar bekannt, bei Frischdampf- und Frischgasturbinen eine derartige verschiebbare Ringdrossel anzuordnen, doch übt dort die Ringdrossel keinerlei Rückwirkung auf die Gasquelle (Kessel oder $rennkammer) aus, da mit abnehmender Belastung die vom Kessel kommende Dampfmenge bzw. die aus der Brennkammer kommende Frischgasmenge ebenfalls abnimmt. Durch die Ringdrossel bei der Abgasturbine wird aber der Gegendruck für den Auspuff der Brennkraftmaschine erhöht und damit eine Rückwirkung auf diese ,ausgeübt.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Abgasturbogebläses nach der Erfindung in schematischer Weise dargestellt.
• Der Turbinenläufer i trägt die Schaufeln 2, die ihrerseits wieder durch den Tragring 3 gehalten werden. Die Abgase strömen dem Laufrad durch den Leitapparat ¢ zu und verlassen die Turbine in dem nachgeschalteten Diffusor 5, an den sich die Abgasleitung 6 ins Freie anschließt. Um den Leitapparat herumgelegt ist eine Spirale 7, die einen günstigen Zulauf der Abgase von der Brennkraftmaschine -zur Abgasturbine gewährleistet: Der Turbinenläufer ist auf der Welle 8 befestigt, die gleichzeitig den Gebläseläufer 9 mit den Gebläseschaufeln io trägt. Die Welle 8 ist in den Lagern i i und 12 gelagert. Die Luft wird durch den Ringraum 13 angesaugt und strömt dann dem Gebläserad zu, dessen Laufschaufeln io entsprechende Leitschaufeln 1 4. zugeordnet sind. An das Gebläse schließt sich der Diffusor i 5 an, in dem ein Teil der Geschwindigkeitsenergie in Druck umgesetzt wird. Aus dem Diffusor wird die verdichtete .Luft durch die Leitung 16 der Brennkraftmaschine zugeführt. Zur Regelung befindet sich zwischen Laufschaufeln 2 und Leitapparat q. der Turbine ein zylindrischer Ring 17 , der mittels des Gestänges 18 und i9 axial verschoben werden kann. Das Einschieben des Ringes 1, bewirkt einen entsprechenden Stau der Abgase vor dem Laufrad der Turbine und damit einen die Leistung der Turbine erhöhenden Druckanstieg. Statt der gezeigten einstufigen Radialturbine kann auch eine mehrstufige Turbine Verwendung finden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Aus einer Abgasturbine und einem mit dieser auf gleicher Welle sitzenden axial beaufschlagten Spül- und Ladegebläse bestehendes Abgasturbogebläse für Brenakraftmaschinen, insbesondere Zweitaktbrennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das axial beaufschlagte Spül- und Ladegebläse auf gleicher Welle mit einer radial beaufschlagten Abgasturbine angeordnet ist.
2. 2. Abgasturbogebläse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Regelung der Turbinenleistung vor oder hinter dem Leitapparat (4) der Turbine in an sich bekannter' Weise ein axial verschiebbarer Ring (17) angeordnet ist, der als veränderliche Staudrossel der Abgase vor den Laufschaufeln (a) des Turbinenlaufrads (i) wirkt. Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 169453, 157416; USA.-Patentschriften Nr. 2 235 763, 837 627.