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Abgasturbinenanlage für Brennkraftmaschinen Es ist bisher üblich,
Abgasturbolader (ebenso wie mechanisch angetriebene Lader) in verschiedenen Einbauarten
hinter dem Motor anzubringen, wodurch es notwendig wird, sowohl Gasleitungen vom
Auspuffstutzen des Motors zu der Turbine sowie Luftleitungen von dem oder den Ladern
zu den Zylindern zu führen. Alle diese Leitungen vergrößern, da sie verhältnismäßig
große Querschnitte erfordern, die Schwierigkeiten des Einbaues von Motor und Hilfsaggregat
beträchtlich. Dies wird um so stärker, je größer die Auslegungshöhe der Lader wird,
insbesondere sobald mehrstufige Lader in Betracht kommen. Bei den meisten bekannten
Turboladeranordnungen ist es zudem üblich, das Gas aller oder der Hälfte der Zylinder
in eine Turbine und ebenso die Ladeluft aus einem oder zwei parallel geschalteten
Verdichtern an eine gemeinsame Ladeluftleitung für alle Zylinder zu führen. Das
Gewicht und das Volumen solcher hinten am Motor angebauten Aufladeaggregate ist
recht beträchtlich und hat zur Folge, daß insbesondere bei größeren Einheiten die
Aufhängung des Motors, z. B. im Flugzeug, erschwert wird. Dazu kommt, daß der Schwerpunkt
des Triebwerkes in vielen Fällen in unerträglichem Maße nach vorn verschoben wird.
Da die Abgasturbinen bei hohen Gastemperaturen arbeiten müssen, treten außerdem
durch die heißen Leitungen und Gehäuse sowie durch die hohen thermischen Beanspruchungen
im Turboladeraggregat zahlreiche Havariequellen
hinsichtlich Brandgefahr,
Lagerschäden, Zerstörung hochbeanspruchter Teile usw. auf.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil der geschilderten Anordnung des
Abgasturboladers, bei der das Abgas aller Zylinder in einer einzigen ziemlich weit
von den Zylindern entfernten Turbine expandiert, besteht ferner darin, daß das Gas,
welches das Auslaßventil mit hoher kinetischer Energie durchströmt, dahinter wieder
völlig verwirbelt wird, so daß seine kinetische Energie` für die Ausnutzung verlorengeht
und es in den Turbinendüsen neu beschleunigt werden muß. Hierdurch geht ein nennenswerter
Anteil der am Expansionsende noch im Gas enthaltenen Energie verloren.
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Man hat bereits versucht, die geschilderten Nachteile dadurch zu lindern,
daß man für ein oder zwei nebeneinanderliegende Zylinder zusammen Abgasturbinen
mit ihren Ladern in unmittelbarer Nähe neben dem Zylinderkopf oder auch zwischen
den Zylindern angeordnet hat. Jedoch weisen diese Vorschläge infolge von meist komplizierter
Luftführung und platzbeanspruchender Anordnung des Aggregates außerhalb des Maschinengehäuses
auch noch einen wesentlichen Teil der geschilderten Nachteile auf.
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Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Nachteile, und zwar insbesondere
durch Einbau der Abgasturbinen und der Gebläse in die Brennkraftmaschinenaggregate
derart, daß für sie ein geringster Raum beansprucht und gleichzeitig eine günstige
Gewichtsverteilung erzielt sowie eine intensive Kühlung thermisch hochbeanspruchter
Teile ermöglicht wird. Außerdem wird eine besonders vorteilhafte Gas- und Luftführung
erreicht. Die Erfindung besteht demgemäß zu einem wesentlichen Teil darin, daß bei
Brennkraftmaschinen mit Auslaßorganen im Zylinderkopf und durch Abgasturbine angetriebenem
Aufladegebläse für jeden einzelnen Zylinder oder für zwei benachbarte Zylinder gemeinsam
die Aufladeaggregate derart angeordnet sind, daß der einzelne Zylinderkopf bzw.
der zwei Zylindern gemeinsame Zylinderkopf von der Abgasturboladerwelle durchdrungen
wird und daß der Abgasturbolader im Zylinderkopfwerkstück enthalten ist.
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Neben dem Vorteil der bestmöglichen Raumausnutzung und der Beseitigung
der oben angedeuteten Einbauschwierigkeiten werden durch die erfindungsgemäße Anordnung
die Wege zwischen Auslaßventil und Turbineneintritt und zumeist auch zwischen Verdichteraustritt
und Einlaßorgan der Brennkraftmaschine weitestgehend verkürzt. Durch die starke
Verkürzung der Gasführung, die die Drosselverluste bis zur Turbine auf ein Mindestmaß
herabsetzt, wird eine besonders gute Ausnutzung der Energie der austretenden Abgase
erreicht. Durch eine kurze Ladeluftleitung, in der die kinetische Energie am Verdichteraustritt
nicht weggedrosselt wird, kann auch eine Beseitigung oder mindestens Verringerung
der Ventilverluste beim Eintritt in die Brennkraftmaschine erzielt werden. Ein weiterer
wesentlicher Vorteil besteht beim Einbau des Turboladeraggregates in das Zylinderkopfwerkstück
gemäß der Erfindung darin, daß Turbinen- und Verdichtergehäuse in das Kühlsystem
der Brennkraftmaschine einbezogen werden können. Auf der Seite der Turbine wird
dadurch die Wärmebeanspruchung besonders stark vermindert; beim Verdichter wird
durch Kühlung während der Verdichtung eine den notwendigen Leistungsaufwand herabsetzende
Annäherung des Arbeitsprozesses an die isotherme Verdichtung erreicht und außerdem
durch kältere Ladeluft das zugeführte Luftgewicht vergrößert.
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Nach den weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvorschlägen kann die
Welle des Abgasturboladers je nach den Gegebenheiten und zur Erzielung einer möglichst
günstigen Luft- und Gasführung z. B. quer zur Zylinderachse, und zwar diese schneidend
oder nur kreuzend, unter einem senkrechten oder hiervon abweichenden Winkel oder
in Richtung bzw. im wesentlichen in Richtung der Zylinderachse angeordnet werden
oder auch derart, daß die Achsen der Turbine und des Gebläses einen Winkel zueinander
bilden.
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So ist es z. B. durch Schräglage oder durch Versetzung der Gebläseachse
zur Zylinderachse möglich, die Luft aus der Spirale des Gebläses unmittelbar möglichst
verlustlos und ohne wesentliche Richtungsänderung in die Einlaßventilöffnung einzublasen.
Ebenso können für die Turbinenseite Gesichtspunkte auftreten, welche eine gewisse
Winkelverschiebung oder Versetzung der Turbinenachse zwecks günstiger Gas- oder
Kühlluftführung oder aus sonstigen Gründen wünschenswert erscheinen lassen. Eine
Anordnung der Turboladerachse quer zur Zylinderachse, jedoch unter einem gewissen
Winkel zur Kurbelwellenachse, ermöglicht es ferner beispielsweise - etwa ebenso
wie eine Versetzung der Abgasturboladerachse zur Zylinderachse - die Welle des Abgasturboladers
in günstiger Weise zwischen nur einem Einlaß- und einem Auslaßventil pro Zylinder
hindurch- oder an diesen Ventilen vorbeizuführen. Zweckmäßig wird bei der erwähnten
Schräglage der Abgasturboladerachse die Anordnung an Fahr- oder Flugzeugen derart
getroffen, daß die Laderseite der Welle mehr nach vorn, die Turbinenseite der Welle
mehr nach hinten gerichtet ist, da die Luftaufnahme zweckmäßig von vorn her erfolgt,
während die Abgase vorteilhaft nach hinten - gegebenenfalls unter Ausnutzung der
Rückstoßenergie zum Antrieb des Fahrzeugs oder Flugzeugs - abgeführt werden. Die
etwas exzentrische Lage des Turboladers zu dem Einlaßventil hat ferner unter Umständen
auch den Vorteil einer günstigeren Überführung der Luft aus der Laderspirale in
die Einlaßventilöffnung, da die Austrittsöffnung der Spirale ohnehin exzentrisch
zur Achse des Turboladers liegt.
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Bei der Anordnung von je zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen für
jeden Zylinder wird die Abgasturbinen-Gebläsewelle zweckmäßig zwischen den beiden
Einlaßventilen und zwischen den beiden Auslaßventilen hindurchgeführt, sofern der
Abgasturbolader
nicht zwischen den Zylindern oder Zylinderköpfen
angeordnet ist.
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Gegebenenfalls kann man auch zur Verringerung der Anzahl der Einzelaggregate
- allerdings auf Kosten der Kleinheit derselben (wie auch im Falle von je einem
Abgasturbolader für je zwei Zylinder) - je eine Abgasturbine zwei Ladern oder je
einen Lader zwei Abgasturbinen unter Zwischenschaltung geeigneter Getriebe zuordnen,
indem die Abgasturbine bzw. der Lader z. B. für zwei benachbarte Zylinder gemeinsam
ausgeführt wird. Hierdurch lassen sich Unterschiede in der Drehzahl und in der Bemessung
zwischen Turbine und Lader unter Umständen ausgleichen. Auch ist es möglich, je
zwei Turbinen mit je zwei Ladern durch eine gemeinsame Welle oder die Wellen durch
ein Getriebe zu verbinden. Die Welle wird in diesen Fällen zweckmäßig zwischen zwei
Zylindern bzw. im Zylinderkopf hindurchgeführt. Ist für zwei Zylinder nur eine Turbine
vorgesehen, wobei die @,#'elle z. B. zwischen zwei Zylindern hindurchgeht, so ergibt
sich ferner der besondere Vorteil, daß die beiden vorzugsweise benachbarten Zylinder
ihre Auspuffstöße zeitlich gegeneinander versetzt auf das Turbinenrad schicken,
so daß sich diese zu einer einigermaßen fortlaufenden Beaufschlagung ergänzen. Die
Abgase beider Zylinder können hierbei den gleichen Bogen der Turbine beaufschlagen
bzw. durch dieselben Leitvorrichtungen den Schaufeln zuströmen oder verschiedene
Teile des Umfanges beaufschlagen. Im ersteren Falle ergibt sich der Vorteil, daß
bei zeitlich zueinander versetzten Auspuffstößen beider Zylinder eine Querschnittsersparnis
erzielbar ist, während der zweite Fall gegebenenfalls günstigere Leitungen ermöglicht
und auch bei sich zeitlich überschneidenden Auspuffstößen ohne weiteres anwendbar
ist.
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Ähnliche Gesichtspunkte gelten sinngemäß auch für gemeinsame Lader.
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Eine weitere Möglichkeit, den Augenblick der Förderung des Laders
mit dem des Auspuffstoßes gleichzulegen, besteht darin, den Lader eines Zylinders
nicht in diesen Zylinder, sondern in einen Nachbarzylinder hineinladen zulassen,
dessen Arbeitsprozeß gegenüber dem erstgenannten Zylinder versetzt liegt. Diese
Möglichkeit wird auch durch den unsy minetrischen Ausfluß aus der Laderspirale begünstigt.
Gegebenenfalls kann auch hierbei eine gewisse Rohrstrecke zur Einbringung eines
Ladungskühlers vorgesehen bzw. ausgenutzt werden.
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Ein besonders wichtiger, bereits kurz erwähnter Vorteil der Erfindung
ist darin zu sehen, daß man, da das Auslaßventil unmittelbar in die Düsen der Abgasturbine
übergeben kann, die Restenergie des Gases, welche diesem im Augenblick der Auslaßventilöffnung
noch innewohnt, noch gut ausnutzen kann, während sie beim Zusammenströmen des Gases
mehrerer Zylinder in einem Sammler bei der bisher üblichen Sammelturbinenanordnung
nicht nur durch Drosselung verlorengeht und nicht mehr ausgenutzt werden kann, sondern
sogar durch gegenseitige ungünstige Beeinflussung der Einzelauspüffe der Zylinder
vielfach Verluste verursacht.
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Bei der Ausströmung des Abgases eines Zylinders unmittelbar durch
eine nur von diesem Zylinder oder gegebenenfalls von zwei benachbarten Zylindern
gespeiste Turbine kann infolge des kurzen Weges zwischen Auslaßventil und Turbinenrad
der Ventilraum z. B. derart düsenförmig ausgebildet werden, daß ein nennenswerter
Anteil der gesamten Auspuffenergie in Arbeit umgesetzt werden kann. Zweckmäßig können
den Turbinenschaufeln Leitschaufeln vorgeschaltet sein.
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Besonders günstige Verhältnisse für die Überführung des Gases in die
Schaufeln oder Düsen für die Abgasturbinen mit möglichst wenig Krümmungen im oder
hinter dem Ventil ergeben sich, wenn man z. B., wie bereits angedeutet, den Turbolader
derart im Zylinderkopf anordnet, daß seine Achse parallel zur Zylinderachse, beispielsweise
in der Verlängerung der Zylinderachse, liegt. Bei vierventiligen Zylindern ist hierbei
allerdings der Turbinenraddurchmesser durch die Ventilschäfte begrenzt, wird jedoch
in vielen Fällen, insbesondere wenn man die Winkel der Schaufeln groß wählt, ausreichen.
Sofern die Spirale des Gebläses oder Laders nicht zwischen den Ventilschäften untergebracht
werden kann, können letztere gegebenenfalls auch durch entsprechend dicker ausgebildete
Leitschaufeln zwischen Laderrad und Spirale hindurchgeführt werden. Besonders günstige
Verhältnisse ergeben sich in diesem Falle bei Axialgebläsen, da diese ohne Schwierigkeiten
zwischen den Ventilschäften angeordnet werden können.
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Ordnet man die Abgasturbine - mit oder ohne Gebläse -- koaxial zu
den Auslaßventilen an, wobei z. B. der Ventilschaft durch die hohle Turbinenwelle
hindurchführt, so läßt sich das Äußerste an unmittelbarer Beaufschlagung der Turbine
durch die durch den Ventilspalt ausströmenden Abgase erreichen. Ebenso würde ein
um die Achse des Einlaßventiles umlaufendes Gebläse, beispielsweise axialer Bauart,
eine günstige Einströmung ergeben.
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Ähnlich günstige Verhältnisse, insbesondere bei teilbeaufschlagten
Abgasturbinen, lassen sich erreichen, wenn zur Steuerung des Auslasses ein mit Steuerschlitzen
versehener, z. B. zum Zylinder konzentrischer scheibenförmiger, an sich bekannter
Flachschieber verwendet wird und die Abgasturbine unmittelbar hinter diesem und
z. B. konzentrisch zu demselben angeordnet ist.
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Die koaxiale Anordnung der Abgasturbine zum Auslaßventil oder zu einem
den Auslaß steuernden Schieber, d. h. also unmittelbar hinter diesen Teilen, ergibt
als weiteren Vorteil zugleich eine thermische Entlastung derselben, da die unter
Arbeitsleistung erfolgende Entspannung der Abgase im Turbinenrad eine starke Temperatursenkung
zur Folge hat, die auch die Temperatur des Raumes hinter der Turbine und damit mittelbar
auch die Temperatur des Ventils bzw. des Schiebers erniedrigt.
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Ähnlich günstige Verhältnisse wie für die Turbinenseite ergibt die
Erfindung auch für die Laderseite,
wo die Ausströmenergie der Luft
aus dem Lader bei einem gemeinsamen zentralen Lader weitgehend verlorengeht, während
sie bei erfindungsgemäß für jeden Zylinder oder auch gegebenenfalls für je zwei
Zylinder gesondert vorgesehene Lader die Förderhöhe vergrößert und damit die Einströmung
unterstützt und die Strömungswiderstände im Einlaßventil zu überwinden hilft, die
sonst durch die notwendige jeweilige Neuerzeugung der Ventilgeschwindigkeit
beträchtliche Verluste zur Folge haben.
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Bei quer zur Zylinderachse angeordneten Abgasturboladern kann die
Welle in besonders günstiger Weise durch den Zylinderkopf hindurch, und zwar beispielsweise
bei vierventiligen Motoren zwischen den beiden Auslaßventilen und den beiden Einlaßventil.en
derart hindurchgeführt werden, daß sie den z. B. wassergekühlten Raum des Zylinderkopfes
kreuzt und es damit besonders leicht ermöglicht, eine gute Kühlung der Welle, der
Lager, der Wellentunnel sowie sonstiger wärmegefährdeter Stellen, wie insbesondere
des Ladergehäuses auf seinem ganzen Umfang, sicherzustellen, wodurch die Ladelufttemperatur
gesenkt und in vielen Fällen eine Ladeluftkühlung zwischen Lader und Einlaßventil
entbehrlich wird. Ist bei besonders großen Förderhöhen oder etwa bei einer zweistufigen
Ausführung des Laders, die gegebenenfalls mit verhältnismäßig einfachen Mitteln
durchgeführt werden kann (z. B. durch Anordnung von zwei Stufen in einem Ladergehäuse
od. dgl.), eine Ladeluftzwischen-oder -endkühlung notwendig, so kann die Luft hinter
dem Lader in einem unmittelbar im Zylinderkopf liegenden, wegen der kleinen Luftmenge
sehr klein ausfallenden Ladeluftkühler geführt werden, der gegebenenfalls rohrförmig
ausgebildet sein und einen für alle Zylinder gemeinsamen Wasserdurchfluß zur Kühlung
aufweisen kann.
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Hierbei können Abgasturbine und Gebläse auf ihren Außenseiten gelagert
sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß einerseits außergewöhnlich kleine Lagerzapfen
ermöglicht werden, wodurch bei kleinen Gewichten gleichzeitig hohe Drehzahlen möglich
sind, und daß andererseits die Verbindungswelle zwischen Turbine und Laderläufer
zwecks Vermeidung zu niedriger kritischer Drehzahlen sehr stark ausgeführt werden
kann.
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Die Kühlung des Turbinenrades kann in verschiedener Art erfolgen.
Beispielsweise können die Schaufeln in bekannter Weise hohl ausgeführt werden und
'das Kühlmittel (z. B. Außen- oder Ladeluft) durch die hohle Welle bzw. das hohle
Rad oder unmittelbar den Schaufeln zugeführt werden. Ferner kann das Turbinenrad
durch eine Teilbeaufschlagung der Schaufeln vermittels Flugwindluft von außen oder
vermittels Ladeluft vom gegenüberliegenden oder einem anderen, z. B. dem benachbarten
Lader gekühlt werden. Gegebenenfalls kann auch die Kühlluft mit oder ohne nachgeschaltete
Strahldüse dem Turbinenrad dadurch zugeführt oder ihre Zuführung dadurch unterstützt
werden, daß sie durch Abgase ejektorartig durch die Schaufeln hindurchgesaugt oder
-gedrückt wird. Im Falle einer Kühlbeaufschlagung durch Ladeluft kann man die Luft'
während der Auspuffperiode, also bei geschlossenem Einlaßventil, vom Lader in einen
dazwischenliegenden Raum hineinpumpen und während der Einlaßperiode, also bei geschlossenem
Auslaßventil, aus dem genannten Raum durch die Schaufeln eines kleinen Beaufschlagungsbogens
oder aber auch durch sämtliche 'Schaufeln hindurchströmen lassen, so daß also Gasbeaufschlagung
und Kühlluftbeaufschlagung der Turbine auf dem ganzen oder einem Teil des Umfanges
zeitlich miteinander abwechseln. Dadurch können gleichzeitig das Auslaßventil sowie
die Gasdüsen und der ganze Auslaßventilraum gekühlt werden. Allerdings ist der Verlust
durch die zu liefernde Luft, wie bei allen Kühlbeaufschlagungsverfahren durchLadeluft,
größer als z. B. bei Teilbeaufschlagung durch Flugwindluft. Andererseits ergibt
sich jedoch durch die Verwendung von Ladeluft zur Kühlung der Abgasturbine der Vorteil
einer nahezu kontinuierlichen Lieferung, während sonst bei geschlossenem Einlaßventil
eine Lieferung durch den umlaufenden Lader nicht stattfinden könnte, so daß Pumpgefahr
vorhanden ist. Allerdings ist das Volumen hinter dem Laderrad bis zum Ventil so
klein, daß insbesondere bei Ausführung des Laderrades aus Stahl Zerstörungen auch
in diesem Falle vermeidbar sein sollten.
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Gegebenenfalls kann auch als Kühlmittel wechselweise Ladeluft und
Außenluft benutzt werden, z. B. derart, daß in Anwendung auf Fahr- oder Flugzeuge
bei kleinen Geschwindigkeiten Ladeluft verwendet und bei Erzielung eines ausreichenden
Staudruckes durch Erhöhung der Geschwindigkeit auf Kühlung durch Außenluft umgeschaltet
wird, was durch eine Art Dreiwegehahn, eine Axialverschiebung eines Drehschiebers
oder in ähnlicher Weise erfolgen kann. Günstig ist es unter allen Umständen, die
Kühlluft - sei es Außenluft oder Ladeluft - in den Raum zwischen Auslaßventil und
Turbine strömen zulassen, da hierdurch Ventil und Auslaßventilraum zusätzlich gekühlt
werden.
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Die Einführung von Ladeluft oder einem anderen Kühlmittel in den Raum
unmittelbar hinter dem gesteuerten Auslaßquerschnitt hat auch - unabhängig von der
Anordnung von Abgasturbinen -allgemeine Bedeutung. Die Auslaßventile oder die entsprechenden
Steuerglieder gehören zu den thermisch am höchsten beanspruchten Teilen der Brennkraftmaschine
und damit zu den am häufigsten auftretenden Störungsquellen. Allerdings tritt diese
Gefahr bei Anwendung von Abgasturbinen in der Regel in besonders hohem Maße auf,
weil infolge des Anstaus der Gase vor der Turbine die Ventile durch die heißen Gase
thermisch besonders hoch beansprucht werden. Durch die Einführung eines Kühlmittels
in den Raum unmittelbar hinter dem gesteuerten Auslaßquerschnitt lassen sich dagegen
die Störungen durch thermische überbelastungen der Auslaßsteuerglieder weitgehend
beseitigen. Zweckmäßig ist es, daß Kühlmittel unmittelbar gegen die Rückseite des
oder der Auslaßventile od. dgl. zu richten, sofern bzw. soweit er nicht die
gegebenenfalls
vorgesehene Abgasturbine zur Kühlung unmittelbar beaufschlagt.
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Es ist günstig, den Zuströmkanal für das Kühlmittel, insbesondere
Ladeluft, möglichst klein, d. h. kurz und eng, zu halten, um ein Einströmen des
heißen Abgases in den Überströmkanal zu verhindern. Wird eine zeitlich abwechselnde
Gas- und Kühlluftbeaufschlagung vorgesehen (z. B. unter Zwischenschaltung eines
engen Überströmrohres oder eines Speicherraumes zwischen der Ladeleitung und dem
Raum hinter dem Auslaßventil), so ist es in der Regel erforderlich, den Kühlmittelzutritt
zum Abgasraum bzw. den Speicherraum sowohl gegen die Kühlluftleitung als auch gegen
den Abgasraum durch selbsttätige oder gesteuerte Glieder, z. B. Klappen oder Ventile,
abzuschließen. In einfachster Weise können diese Glieder jeweils durch den abwechselnden
Überdruck, z. B. im Speicher und im Abgasraum, selbsttätig geöffnet und geschlossen
werden. Das Steuerorgan für den Kühlmittelzutritt zum Abgasraum sollte an einer
möglichst kalten Stelle des Kanals, also in einiger Entfernung vom Abgasraum, angeordnet
werden. Es wird ferner zweckmäßig möglichst leicht bzw. derart ausgebildet und bemessen,
daß seine Eigenschwingungszahl und diejenige der Motordrehzahl, bei der die höchsten
Beanspruchungen der Turbinen bzw. der Ventile auftreten, einander gleich sind oder
einem ganzzahligen Vielfachen zueinander entsprechen.
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In der Regel wird die Verwendung einer axial beaufschlagten Turbine
in Verbindung mit einem Radialgebläse am günstigsten sein. Jedoch kann statt dessen
auch jegliche andere Kombination zwischen Axial- oder Radialturbinen einerseits
und Radial- oder Axialgebläsen andererseits zur Verwendung kommen. Die Axialturbinen
haben neben dem Vorteil einer hohen zulässigen Beanspruchung in vielen Fällen -
besonders auch bei koaxialer Anordnung zu den Ventilen od. dgl. - den Vorteil einer
großen Einfachheit in der Anordnung, während in anderen Fällen dieser Vorteil gegebenenfalls
eher der Radialturbine zukommt, so daß Gasumlenkungen oder Winkelgetriebe zum Antrieb
des Gebläses durch die Turbine überflüssig werden. Da die radiale Turbinenbauart
infolge ihrer besonders niedrigen spezifischen Drehzahl für die sehr kleinen strömenden
Mengen eines oder zweier Einzelzylinder besonders geeignet ist, bietet sie Vorteile
für jede Art von Einzelzylinderturbinen, auch wenn sie nicht im Zylinderkopfwerkstück
enthalten sind. Das Radialgebläse weist ferner im allgemeinen den Vorteil einer
größeren Einfachheit und kleineren Bauart auf, da bis zu sehr großen Förderhöhen
nur eine Stufe erforderlich ist, während das Axialgebläse wegen der meist erforderlichen
Anordnung mehrerer Stufen in der Regel eine größere Baulänge besitzt, dafür allerdings
mit besserem Wirkungsgrad arbeitet.
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Die Regelung derartiger Turbolader für einen oder zwei Zylinder kann
entweder durch Drosselung in einer gemeinsamen Ansaugeluftleitung -die Drosselung
auf der Saugseite des Laders hat bekanntlich eine Reihe besonderer Vorteile - und
oder, was in der Regel noch günstiger ist, durch Abblasen von Luft oder Gas aus
den Ventilräumen erfolgen. 1n letzterem Falle kann z. B. durch Verdrehung einer
durch sämtliche Zylinder hindurchführenden drehschieberartigen Stange ein Abblasequerschnitt
leicht geöffnet und geregelt werden. Mit Rücksicht auf die hohen Gastemperaturen
empfiehlt es sich indessen im allgemeinen, die eigentliche Regelung durch Abblasen
von Luft aus dem Einlaßventilraum vorzunehmen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine
gemeinsame Ansaugleitung vermieden werden, deren Drosselung jedoch vielfach in Vereinigung
mit der Ladeluftabblasung die günstigste Regelungsform ergibt. Gegebenenfalls besteht
auch, wie gesagt, die Möglichkeit einer gleichzeitigen Gasabblasung unter Umgehung
des Turbinenrades. Gegebenenfalls können auch alle Lader in eine gemeinsame Ladeluftleitung
liefern, von der aus dann die Zylinder gespeist werden. In diesem Falle läßt sich
eine gemeinsame Regelung aller Zylinder bzw. aller an die gleiche Ladeleitung angeschlossenen
Zylinder durch ein gemeinsames Regelorgan in besonders einfacher Weise erreichen.
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Bei den geschilderten erfindungsgemäßen Anordnungen von Einzelturbinen
für jeden Zylinder oder auch jedes Zylinderpaar ist es weiterhin möglich, mit einfachen
Mitteln nach dem Abströmen des Hauptteils des Gases durch die Turbine noch eine
völlige Entleerung des Zylinders dadurch zu erreichen, daß noch während der Öffnung
des Auslaßventils der Düsenraum hinter dem Ventil kurzzeitig mit der Außenatmosphäre
bzw. dem Raum hinter der Turbine in Verbindung gesetzt wird, so daß ein voller Druckausgleich
des Zylinderinnern mit der Außenatmosphäre erzielt wird und die Verringerung der
Spülung bzw. der Füllung des Zylinderraumes mit frischer Ladung durch den Gasrest,
die sonst bei Abgasturbinenbetrieb den Hauptanteil der durch die Gegendruckerhöhung
verursachten Leistungssenkung ausmacht, fortfällt. Da das Gas mit großer Geschwindigkeit
durch Ventil und Düse der Turbine zuströmt, kann durch eines der Auslaßventile eine
unmittelbare Entlüftung des Zylinderinnern stattfinden, während zur Überführung
des Gases zu den Düsen nur das andere Ventil benutzt wird. Dies würde allerdings
verschiedene Steuerung beider Ventile erfordern. Jedoch kann man auch die Steuerung
der Entlüftung des Zylinders durch Verwendung eines für alle Zylinder einer Zylinderreihe
gemeinsamen Drehschiebers auf der Gas- oder (in kälterer Umgebung) auf der Luftseite
sehr einfach gestalten, zumal der Drehschieber durch das ohnehin vorhandene Kühlwasser
recht gut gekühlt werden könnte. Ein derartiger Drehschieber kann beispielsweise,
mit der Steuerwellendrehzahl umlaufend, die Zusatzentleerung aller Zylinder unabhängig
voneinander im richtigen Augenblick vornehmen. Die Verhältnisse liegen für eine
derartige Entleerung des Zylinders bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage
besonders günstig, weil an sich schon durch den Fortfall eines von allen Zylindern
gemeinsam gespeisten
Sammelraumes für das Gas bei geeigneten Querschnitten
auch vor der Turbine ein erheblich tieferer Druck als bei Sammelturbinen erreicht
werden kann, so daß der Gasverlust durch die Zusatzöffnung erheblich geringer ist
und die öffnungszeitflächen des Zusatzorgans für die beschriebene Entlüftung besonders
klein ausgeführt werden können.
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Da die Beaufschlagung des Turbinenrades mit Gas, insbesondere wenn
jede Turbine nur durch einen Zylinder gespeist wird, nur stoßweise erfolgt, die
Luftentnahme aus dem Lader ebenfalls im Takt des Arbeitsprozesses vor sich geht
und zwischen den Luftentnahmeperioden (durch das Herüberrücken des Betriebspunktes
im Kennfeld nach der Liefermenge -Null hin) das Drehmoment verkleinert wird, ist
es vor allem bei größerem Ungleichförmigkeitsgrad unter Umständen zweckmäßig, ein
momentspeicherndes Zwischenglied zwischen der Turbinen- und der Laderwelle, die
in diesem Falle getrennt auszuführen wären, zwischenzuschalten, zumal dann, wenn
der Leistungsstoß der Turbine und das Leistungsaufnahmemaximum des Laders nicht
gleichzeitig auftreten, sondern (wie es bei Ladern und Turbinen des gleichen Zylinders
meist der Fall ist) zueinander verschoben sind. Ein solches momentspeicherndes Zwischenglied
könnte beispielsweise in einer mitumlaufenden, in die Welle eingebauten spiralfederartigen
Vorrichtung bestehen, die bei den sehr kleinen Drehmomenten (infolge der hohen Drehzahlen
und der an sich sehr kleinen Leistungen) zur Leistungsübertragung in der Regel ausreichen
wird.
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Bei kleinerem Ungleichförmigkeitsgrad kann man dagegen von einem momentspeichernden
Zwischenglied ohne weiteres absehen. Gleichmäßiger wird die Lieferung des Laders,
wenn ein Gebläse zwei z. B. benachbarte Zylinder aufladet.
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Zur Vermeidung eines großen Ungleichförmigkeitsgrades infolge des
Periodenwechsels von Antrieb und Leistungsaufnahme ist es ferner zweckmäßig, die
Umlaufteile mit möglichst großen Trägheitsmomenten (bei möglichst kleinem Gewicht),
d. h. also mit möglichst großer Massenanhäufung am Scheibenrand, auszuführen.
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Die Erfindung ist, wie bereits teilweise angedeutet wurde, ebenso
wie für ventilgesteuerte Motoren auch für Schiebermotoren anwendbar, insbesondere
wenn die Schiebersteuerung im Kopf der Zylinder untergebracht ist. Es ergeben sich
hierbei gegebenenfalls durch kürzere und glattere Kanäle sowie durch die an sich
vielfach niedrigere Bauhöhe von Schiebersteuerungen unter Umständen noch bessere
Verhältnisse.
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Besonders vorteilhafte Verhältnisse lassen sich bei Anwendung der
Erfindung auf Sternmotoren erzielen. Eine solche Anwendung ist vor allem insofern
besonders günstig, als die insgesamt sehr organisch ausfallende Durchströmung des
Motors einen glatten Durchfluß der Ladeluft in den Lader, vom Lader in den Motor,
vom Motor in die Turbine und von dort z. B. durch eine Rückstoßdüse ins Freie gewährleistet.
Der Einlauf in den Lader kann, da die Ladereintrittsöffnung senkrecht zur Flugrichtung
liegt, so gestaltet werden, daß der Flugstau (mit dem Luftschraubenabwind) nahezu
vollständig ausgenutzt werden kann. Gegebenenfalls kann ein gesonderter Diffusor
für die Ladeluft getrennt vom Kühllufteintritt angebracht werden, da letztere nicht
so gute Vorbedingungen für eine ideale Ausnützung des Flugwindstaues liefert wie
der Einlaufdiffusor des Laders. Kühlluft für die Schaufeln bei Teilbeaufschlagung
ist durch den sowieso vorhandenen Kühlstrom für die Zylinderköpfe vorhanden; jedoch
kann zur Erzielung einer tieferen Kühllufttemperatur, als sie hinter dem Zylinderkopf
noch aus der Kühlluft zur Verfügung steht, eine gesonderte Kühlluftaufnahme für
das Turbinenrad vorgesehen werden. Im übrigen gilt bezüglich der Anordnung der Turbinenwelle
in oder zwischen den Zylinderköpfen usw. grundsätzlich dasselbe wie für einen wassergekühlten
Motor.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen Schnitt durch ein im Zylinderkopf der Maschine angeordnetes
Turboladeraggregat, Abb. z einen Grundriß hierzu, wobei die Welle des Turboladers
zwischen den Ventilen eines Zylinders hindurchgeführt ist, Abb.3 die Anordnung derartiger
Einzelturbolader für Doppelreihenmaschinen, beispielsweise für V-Motoren, Abb. 4.
eine entsprechende Anordnung bei Verwendung von j e einem Turbolader für zwei benachbarte
Zylinder, wobei in der in der Abbildung oberen Zylinderreihe Tubolader mit j e einer
Abgasdüse je Abgasturbine, in der unteren Zylinderreihe Abgasturbolader mit je zwei
Abgasdüsen je Abgasturbine vorgesehen sind, Abb. 5 einen Horizontalschnitt durch
ein einzelnes der Abb. 4 (oberer Reihe) entsprechendes Turboladeraggregat, Abb.
6 einen Horizontalschnitt durch ein schräg zur Zylinderreihe angeordnetes Turboladeraggregat
mit zwischen drei Ventilen des Zylinders hindurchgeführter Verbindungswelle, Abb.
7 einen Grundriß für ein Turboladeraggregat mit einer Turbine und zwei Gebläsen
für je zwei benachbarte Zylinder, Abb. 8 einen im wesentlichen der Abb. i entsprechenden
Längsschnitt durch ein Turboladeraggregat mit doppelstufigem Gebläse nach Schnitt
A-B der Abb. 9, Abb.9 eine Seitenansicht auf zwei benachbarte doppelstufige Gebläse
nach Abb. 8, bei welchen die auf gleicher Welle angeordneten Gebläsestufen verschiedene
Zylinder beliefern, Abb. io eine schematische Darstellung für die Anwendung der
Erfindung auf Sternmotoren, Abb. i i einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf mit
senkrecht zwischen den Ventilen angeordnetem Turboladeraggregat, Abb. 1z einen Grundriß
zur Abb. i i und Abb. 13 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf
mit zum Auslaßventil koaxial angeordneter Abgasturbine.
In Abb.
i und 2 ist i der Zylinderkopf mit dem Kühlwassermantel 2, den Einlaßventilen 3
und den Auslaßventilen 4. Durch den wassergekühlten Zylinderkopf ist die Welle 5
des Abgasturbogebläses hindurchgeführt, an deren einem Ende das Aufladegebläse 6
und an deren anderem Ende die Abgasturbine 7 gelagert ist. Die Abgasturbine kann
hierbei zweckmäßig auf ihrer Außenseite bei 8 gelagert sein. Die Spirale 9 des Aufladegebläses
geht möglichst unmittelbar in den Ventilraum io des Einlaßventils über. Ebenso ist
der Raumabschnitt i i des Auslaßkanals zwischen dem Auslaßventil 4 und der Abgasturbine
7 möglichst kurz gehalten und zweckmäßig düsenförmig ausgebildet, so daß die Abgase
möglichst verlustlos von dem Auslaßv entilquerschnitt zur Turbine gelangen. Vor
der Abgasturbine sind in der Auslaßleitung Leitschaufeln 12 angeordnet. Der Auslaßkanal
13 hinter der Turbine kann z. B. bei Fahrzeugen oder Flugzeugen düsenförmig zur
Erzeugung oder zur Unterstützung des Fahrzeugvortriebs ausgebildet sein. Durch die
Bemessung des Austrittsquerschnitts kann der Druck vor der Strahldüse, also hinter
der Turbine, und damit die Aufteilung des Gefälles auf Turbine und Strahldüse beeinflußt
«-erden.
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Die Turbine 7 ist als teilbeaufschlagte Turbine dargestellt, indem
nur ein Umfangsteil des Schaufelkranzes von den Abgasen beaufschlagt wird. Der übrige
Teil des Umfanges wird dagegen beispielsweise durch Kühlluft beaufschlagt, welche
durch die gegebenenfalls in Fahrtrichtung abgebogene Leitung 14 unter dem Staudruck
des Fahr- und Flugwindes den Turbinenschaufeln zugeführt wird.
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Bei 15 ist des weiteren ein zum Beispiel über die ganze Länge der
:Maschine durchlaufender Drehschieber angedeutet, welcher im Takt der Maschine zweckmäßig
nach Eröffnung des Auslaßventils den Zylinderraum über einen im Drehschieber angeordneten
Kanal 16 mit der Außenluft verbindet und somit einen die Leistung der Maschine verringernden
Druck im Zylinder am Ende der Auslaßperiode verhindert.
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Die Abb. 3 zeigt die Anordnung der Abgasturbinen 7 und der Gebläse
6 in schematischer Darstellung bei Reihenmotoren. Für alle Zylinder einer Zylinderreihe
(gegebenenfalls auch gemeinsam für alle Zylinder wie in Abb. 4) ist eine Einlaßleitung
17 angeordnet, während die Abgase durch z. B. als Rückstoßdüsen wirkende Einzeldüsen
i8 in die Außenluft abgeführt werden. Die einzelnen Zylinder der Zylinderreihe sind
mit i9 bezeichnet.
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Bei dein Ausführungsbeispiel nach Abb. .4 (obere Reihe) sind für je
zwei benachbarte Zylinder 2o und 2o' nur ein einziges Gebläse 21', eine einzige
Abgasturbine 22 und eine der Abgasturbine nachgeschaltete einzige Abgasdüse 23 vorgesehen.
Die Welle 24 des Abgasturbogebläses ist zwischen den beiden benachbarten Zylindern
2o und 2o' hindurchgeführt.
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Bei der Ausführungsform nach der unteren Reihe der Abb. 4 wird jede
Turbine 22 aus jedem Zylinder nur auf einem Teil des Umfanges beaufschlagt, wobei
die Abgase eines jeden Zylinders durch getrennte Düsen 25 nach außen abgeleitet
werden.
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Eine konstruktive Ausführungsform nach Abb. 4 (obere Reihe) zeigt
Abb. 5. Die Auslaßventile 4 bzw. q.' der Zylinder 2o bzw. 2o' münden in gesonderte
Auslaßräume i i und i i' aus, aus denen die Abgase über Leitschaufeln 12 bzw. 12'
gesondert je einen Teil des Schaufelkranzes der Turbine 22 beaufschlagen. Nach der
Durchströmung der Turbinenschaufel gelangen die Abgase in die gemeinsame Rückstoßdüse
23. Außer der Beaufschlagung durch die Abgase kann das Turbinenrad 22 gegebenenfalls
zugleich auch noch durch Kühlluft beaufschlagt «erden. Gegebenenfalls können auch
die Auslaßventilräume i i und i i' miteinander in Verbindung stehen, einen gemeinsamen
Auslaßraum bilden oder in dieselben Düsen münden. Das Rad ist in dieser Darstellung
mit Innenkühlung versehen.
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In ähnlicher Weise kann das Gebläse 21 die Ladeluft über eine Doppelspirale
26 bzw. 26' in getrennte Einlaßventilräume io bzw. iö liefern. Es ist indessen auch
möglich, daß das Gebläse nur eine einzige Spirale beliefert, die ihrerseits in einem
gemeinsamen Einlaßventilraum mit den Einlaßventilen 3 bzw. 3' ausmündet.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.6 sind im Zylinderkopf i ein Auslaßventil
27 und zwei Einlaßventile 3 vorgesehen. Die Abgasturbinenwelle 5 mit dem Gebläse
6 und der Turbine 7 ist derart schräg zur Achse 28 der Zylinderreihe und zur Fahrtrichtung
29 angeordnet, daß die Welle zwischen den beiden Einlaßventilen 3 hindurch und am
Auslaßventi127 seitlich vorbeigeführt ist, wobei das Gebläse 6 in Fahrtrichtung
gesehen weiter vorn als die Abgasturbine 7 liegt. Die Fahrwindluft kann infolgedessen
ohne wesentliche Umlenkungen durch die Einlaßleitung 3o dem Gebäude zugeführt werden,
während die Abgase nach Durchtritt durch die Turbinenschaufeln 7 mit verhältnismäßig
geringer Richtungsänderung in die Auslaßdüse 13 nach hinten abströmen können (was
gegebenenfalls auch ohne Abgasturbine von Bedeutung ist).
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 7 besitzen die beiden Zylinder 20
und 2o' ein gemeinsames Turbogebläseaggregat, welches bei gemeinsamer Welle 24 eine
gemeinsame Abgasturbine 22, dagegen zwei Gebläse 21 und 2i' umfaßt. Die Gebläse
21 und 21' können hierbei parallel zueinander und symmetrisch zur Antriebswelle
24 angeordnet und z. B. über ein Stirnradgetriebe 2q.' oder in sonstiger geeigneter
Weise angetrieben werden. Beide Gebläse, von denen das eine den Zylinder 2o und
das andere den Zylinder 2o' beliefert, können ferner an eine gemeinsame Einlaßleitung
17 angeschlossen sein. In .entsprechender Weise wäre die Kupplung von nur i Gebläse
mit 2 Einzelturbinen zu denken.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 8 und 9 ist auf dem Ende der Abgasturbinenwelle
31 (Abb. 8) ein zweistufiges Gebläse mit der Niederdruckstufe 32 und der Hochdruckstufe
33 angeordnet. Die Niederdruckstufe 32 des Gebläses fördert die Luft in eine Spirale
34, die Hochdruckstufe 33 des Gebläses
in eine Spirale 35. Wie
aus Abb. 9 hervorgeht, beliefern die Gebläsestufen 32, 33 im dargestellten Fall
nicht den gleichen Zylinder (z. B. 36), an welchem sie angeordnet sind und von welchem
die Abgasturbine 37 gespeist wird, sondern verschiedene Zylinder, und zwar gemäß
Abb. 9 in folgender Weise: Die auf der Welle 31' angeordnete Niederdruckstufe 32
des Gebläses liefert in eine Spirale 34 , welche über eine Leitung 38, die als Zwischenkühler
ausgebildet sein kann, in die Hochdruckstufe 33 des benachbarten, dem Zylinder 36
zugeordneten Gebläseaggregates einmündet. An die Spirale 35 dieses Hochdruckgebläses
schließt sich eine weitere Leitung 39 an, welche gegebenenfalls als Endkühler ausgebildet
ist und welche in den Einlaßventilraum 4ö des Nachbarzylinders 36' einmündet. Es
wird also der Zylinder 36' durch die ihm räumlich zugeordnete Niederdruckstufe 32',
34' und die dem benachbarten Zylinder 36 räumlich zugeordnete Hochdruckstufe 33,
35 beliefert, wobei die Luft durch entsprechende Kanäle von der Niederdruckstufe
zur benachbarten Hochdruckstufe und alsdann zu dem der Niederdruckstufe räumlich
zugeordneten Zylinder wieder zurückgeleitet wird.
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Natürlich könnte die Anordnung beispielsweise derart getroffen werden,
daß die Hochdruckstufe unmittelbar in den ihr räumlich zugeordneten Zylinder fördert,
wobei demgemäß die Niederdruckstufe des Gebläses am benachbarten Zylinder angeordnet
wäre. Ferner könnte die Hochdruckstufe auch unmittelbar von der koaxial zu ihr angeordneten
Niederdruckstufe des Gebläses beliefert werden, wobei die Hochdruckstufe ihrerseits
unmittelbar den dem Gebläse räumlich zugeordneten Zylinder oder auch den Nachbarzylinder
beliefern könnte. Gegebenenfalls könnte auch das Turbogebläseaggregat zwischen zwei
Zylindern bzw. zwischen den Zylinderköpfen dieser beiden Zylinder angeordnet werden,
wobei die Stufen dieses Gebläses wiederum den gleichen oder auch verschiedene Zylinder
beliefern könnten, je nachdem, ob es beispielsweise zweckmäßig erscheint, zwischen
den einzelnen Stufen bzw. der letzten Stufe und dem Zylinder einen Zwischenkühler
für die Ladeluft zwischenzuschalten, wird man das eine oder andere wählen. Entsprechende
Anordnungen und Kombinationen sind bei mehr als zweistufigen Ladern vorzunehmen.
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In Abb. io ist die als Sternmotor ausgebildete Brennkraftmaschine
41 am vorderen Ende eines Flugzeugrumpfes zum Antrieb einer Luftschraube 42 angeordnet.
Die Luft tritt zwischen dem stromlinienförmig ausgebildeten Kurbelkasten des Motors
bzw. dem entsprechend ausgebildeten Getriebe für die Luftschraube und dem den Sternmotor
umgebenden Außenring 43 von vorn her, gegebenenfalls unterstützt durch die Förderwirkung
der Luftschraube 42 in den Kühlkanal 44 ein, umströmt die mit Kühlrippen versehenen
luftgekühlten Zylinder 45 des Sternmotors und strömt durch den Kanal 46 wieder nach
hinten ab. Ein Teil der Kühlluft wird innerhalb des Kanals 44 durch trichterförmige
Rohre 47 aufgefangen und zu den Gebläsen 48 geleitet, von denen je eines für jeden
Zylinder oder für je zwei benachbarte Zylinder vorgesehen ist. Die Abgase aus der
Abgasturbine 49 können im wesentlichen, wie im unteren Teil der Abb. io dargestellt
ist, unmittelbar in den Kanal 46 austreten oder entsprechend dem oberen Teil der
Abb. io durch eine gesonderte, z. B. als Rückstoßdüse ausgebildete Leitung 5o nach
außen abgeführt werden.
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Für die Anordnung der Gebläse und Abgasturbinen usw. gilt auch in
diesem Falle alles vorher Gesagte. Das Gebläse kann also beispielsweise unmittelbar
den ihm räumlich zugeordneten Zylinder beliefern, aus welchem die Abgasturbine gespeist
wird, oder auch einen hiervon verschiedenen Zylinder.
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Die Abb. i i und 12 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher das Abgasturbinenrad
parallel, z. B. koaxial zur Zylinderachse, angeordnet ist. In dem Zylindergehäuse
51 mit dem in der Darstellung wassergekühlten Zylinderkopf 52 befinden sich wiederum
zwei Einlaßventile 53 und zwei Auslaßventile 54. Der wiederum als Radialgebläse
ausgebildete Lader 55 und die Abgasturbine 56 sind durch eine verhältnismäßig karze
(bei stehenden Zylindern ungefähr senkrechte) Welle 57 miteinander verbunden und
im wesentlichen zentral zwischen den beiden Einlaßventilen 53 und den beiden Auslaßventilen
54 angeordnet, und zwar derart, daß die Abgasturbine 56 sich unterhalb des Gebläses
55 möglichst in Höhe der gesteuerten Ventilquerschnitte befindet. Das Gebläse 55
fördert in eine Spirale 58, welche ihrerseits mit dem Einlaßventilraum 59 über einen
möglichst kurzen und möglichst wenig gekrümmten Kanal in Verbindung steht.
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Die Turbine 56 ist z. B. als teilbeaufschlagte Turbine ausgebildet,
wird also nur auf einem Teil des Umfanges von den in den Auslaßventilraum 6o ausströmenden
Abgasen über Leitschaufeln 61 beaufschlagt. Der übrige Umfangsteil der Turbine kann
einem Kühlmittel ausgesetzt werden, welches z. B. bei 62 zuströmt und nach Beaufschlagung
der Turbinenschaufeln in den Raum 63 übertritt, von welchem es beispielsweise nach
außen oder auch in die Abgasleitung hinter der Turbine abgeführt werden kann. Als
Kühlmittel kann hierbei gegebenenfalls die aus dem Gebläse 55 in die Spirale 58
geförderte Ladeluft verwendet werden. Der Raum 62 bzw. ein mit diesem in Verbindung
stehender weiterer Raum kann hierbei als Speicher (Windkessel) für die Ladeluft
ausgebildet sein. Der Übertritt aus der Ladeleitung in diesen Speicher kann durch
zwangläufig,oder selbsttätig gesteuerte Schieber, Ventile, Klappen od. dgi. erfolgen.
Doch kann auch die Ladeluft in ständigem Strom durch die von ihr beaufschlagten
Schaufeln des Turbinenrades beispielsweise, wie dargestellt, durch eine kleine ungesteuerte
Öffnung 64 zwischen den Räumen 59 und 62 hindurchgefördert werden. Außerdem ist
in Abb. i i noch ein Gas- und ein Luftabblaseorgan je in Form eines Drehschiebers
65
bzw. 66 gezeichnet, wie man sie je nach der geplanten Regelungsart wahlweise oder
gleichzeitig einbauen kann. Durch geringes Verdrehen eines solchen Schiebers können
genau einstellbare Luft-bzw. Gasmengen vor dem Einlaßventil bzw. vor den Turbinendüsen
abgeblasen werden. Der Schieber auf der Turbinenseite ist zwecks Kühlung möglichst
weitgehend mit Wasser umgeben und entläßt das Gas unter Umgehung der Turbine in
die nachgeschalteteAbgasstrahldüse. Derartige Organe sind bei quer zur Zylinderachse
verlaufender Welle des Turboladers in ähnlicher Weise anwendbar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 13 sind in dem z. B. wiederum
wassergekühlten Zylinderkopf 13 ein oder mehrere Einlaßventile 67 und ein
oder mehrere Auslaßventile 68 angeordnet. Der Ventilsitz 69 des Auslaßventils 68,
welches hier in üblicher Weise nach innen öffnend dargestellt ist, ist unmittelbar
hinter dem gesteuerten Auslaßquerschnitt mit Leitschaufeln 70 und mit einem
ringförmigen Ansatz 71 versehen. Innerhalb dieses ringförmigen Ansatzes 71 läuft
die Abgasturbine 72 mit den Turbinenschaufeln 73 um. Die Abgasturbine ist hierbei
mit ihrer Welle 74 konzentrisch zu der mit dem Ventilsitz 69 aus einem Stück bestehenden
Ventilführung 75 angeordnet und auf dieser beispielsweise drehbar gelagert. Am oberen
Ende der Turbinenwelle 74 ist ein Kegelrad 76 befestigt, welches mit einem Kegelrad
77 im Eingriff steht, das die im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Turbine
angeordnete Gebläsewelle 78 antreibt. Das (nicht dargestellte) Gebläse selbst ist
in irgendeiner geeigneten Weise auf dieser Welle, z. B. auf der entgegengesetzten
Seite des Zylinderkopfes angeordnet und beliefert beispielsweise den Einlaßventilraum
79 mit der Ladeluft. Es könnte, wie oben erwähnt, auch in ähnlicher Weise wie die
Turbine konzentrisch zum Einlaßventil angeordnet sein, wobei ,es in diesem Falle
vorteilhaft als Axialgebläse ausgebildet würde, und beispielsweise durch ein großes
Stirnrad seinen Antrieb von der Turbine mit beliebiger Drehzahl erhalten.
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Zur Kühlung der Abgasturbine bzw. des Auslaßventils 68 ist zwischen
dem Einlaßventilraum 79 und dem Raum 8o zwischen dem Ventil 68 und den Turbinenschaufeln
73 ein Verbindungskanal 81 angeordnet, welcher im Takt der Maschine durch einen
z. B. über das von der Maschine angetriebene Kegelradgetriebe 82 in Umdrehung versetzten
Drehschieber 83 mit dem Kanal 84 gesteuert wird. An Stelle des Drehschiebers 83
kann natürlich auch irgendein anderes geeignetes Steuerorgan, z. B. auch ein hin-
und hergehender Schieber od. dgl., vorgesehen werden. Zweckmäßig ist das Steuerorgan
in einer gewissen Entfernung von dem Raum 6o innerhalb von wassergekühlten Wandungen
des Zylinderkopfes angeordnet. Die Eröffnung der Verbindung im Kanal 81 durch den
Kanal 84 od. dgl. erfolgt hierbei zweckmäßig zu einem Zeitabschnitt, in welchem
sowohl das Einlaßventil als auch das Auslaßventil geschlossen oder im wesentlichen
geschlossen ist. Statt mit dem Raum 79 kann der Kanal 81 natürlich mit einem von
außen Fahrwind-Luft aufnehmenden Rohr verbunden werden, oder aber es können beide
Verbindungen vorgesehen und, wie beschrieben, beispielsweise durch eine Axialv erschiebung
des entsprechend ausgebildeten Schiebers 83 von Ladeluft- auf Außenluftkühlung umgeschaltet
werden.
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An Stelle des einfachen gesteuerten Kanals zwischen den Räumen 79
und 8o kann auch zwischen diesen beiden Räumen ein Kühlluftspeicher zwischengeschaltet
sein, dessen Verbindung mit dem Raum 79 einerseits und dem Raum 8o andererseits
entweder durch zwangläufig oder durch selbsttätig gesteuerte Steuerglieder erfolgen
kann, wobei in letzterem Falle die selbsttätige Steuerung durch den jeweiligen Druckunterschied
zwischen dem Speicher und dem Einlaßventilraum 79 bzw. zwischen dem Auslaßventilraum
8o und dem Speicher erfolgen kann.
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Des weiteren ist in Abb. 13 noch ein Drehschieber 85 angedeutet, welcher
das Innere des Zylinderraumes mit der Außenluft zusätzlich verbinden kann und im
wesentlichen dem Drehschieber 15 der Abb. i entspricht.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele sollen lediglich zur Erläuterung
der Erfindung dienen. Die in den einzelnen Abbildungen dargestellten oder in der
Beschreibung erläuterten Einzelmaßnahmen können sinngemäß in gleicher oder wirkungsmäßig
ähnlicher Ausführung jeweils auch bei den übrigen dargestellten oder beschriebenen
Ausführungsbeispielen in Anwendung kommen.