DE2941902C2 - Einrichtung zur Verwertung der in den Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Restenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verwertung der in Abfräsen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Restenerg^e.

Auf allen Gebieten der Technik spielt der Energieverbrauch eine wichtige Rolle. Das Bestreben, den Verbrauch an Energie möglichst gering zu halten, steht im Vordergrund, aber auch der Rückgewinnung von bei irgendwelchen technischen Vorgängen oder Verfahren anfallender überschüssiger Energie oder Restenergie wird große Bedeutung beigemessen, z. B. der Nutzung der Abwärme in Kraftwerksanlagen oder dergleichen.

Eine praktische Bedeutung hat die Ausnutzung der heißen Abgase von Brennkraftmaschinen erlangt. Hierbei ist es begannt, durch die heißen Abgase eine Turbine antreiben zu hssen, /obei die Turbine ihrerseits einen Verdichter antreibt der als Ladeverdichter für die Brennkraftmaschine ingesetzt wird und damit eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine bewirkt Diese sogenannten Turbolader sind jedoch nur dann wirksam, wenn die in den Abgasen enthaltene Restenergie ausreichend hoch ist d.h. bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Es muß als Mangel empfunden werden, daß im niederen Drehzahlbereich, etwa beim Anfahren, die Leistungssteigerung des Turboladers nicht zur Verfugung steht

Aus der DE-OS 28 08 147 ist eine Anordnung bekannt die sich mit dem letztgenannten Problem befaßt Um eine ausreichende Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Spül- und Ladeluft auch dann tu erhalten, wenn die von der Abgasturbine gewonnene Energie dazu allein nicht mehr ausreicht ist dort der Abgasturbolader baulich mit einem Elektromotor vereinigt der dem Lader die fehlende Energie zuführt. Zwar ist dabei in der Leistungsbilanz der Brennkraftmaichine eine Verbesserung erreichbar, jedoch ist für den Antrieb des Elektromotors Fremdenergie, z. B. aus einer Batterie, erforderlich.

In der DE-OS 29 12 95C wurde bereits eine Anordnung vorgeschlagen, die sich ebenfalls mit diesem Problem befaßt. Um beim Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen heraus eine hohe Motorleistung zu erhalten *° ist dort ein Abgasturbolader über eine Kupplung mit einem Sehwungrad verbunden, welches dem Lader die fehlende Energie zuführt. Abgasturbine und Verdichterrad bilden eine nicht trennbare Einheit. Der Antrieb einer anderen mechanischen Arbeitsmaschine, statt oder neben dem Verdichterrad, ist nicht vorgesehen. In einer Ausgestaltung ist lediglich der Antrieb einer elektrischen Maschine vorgesehen, wodurch aber die aus dem Abgas gewonnene kinetische Energie nicht voll genutzt wird, da der Oberschuß mit verschlechtertem Wirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt wird.

In einer weiteren Ausführung wird ein Schwungrad von einer zweiten Abgasturbine angetrieben. Eine schaltbare Kupplung zwischen der Turbine und dem Schwungrad ist dabei jedoch nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verwertung der in Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Restenergie zu schaffen, die eine Verwertung auch bei niedrigen Drehzahlen gestattet und den Gesamtwirkungsgrad erheblich verbessert

Die Aufgabe wird erfhdungsgemäß gelöst mit einem von einer Abgasturbine angetriebenen Schwungrad, wobei eine schaltbare Kupplung zwischen der Abgasturbine und dem Schwungrad angeordnet ist und das Schwungrad über eine weitere schaltbare Kupplung mit einer mechanischen Arbeitsmaschine verbindbar ist

Der Erfindungsgedanke ist vielseitig einsetzbar und abwandelbar, und zwar hinsichtlich der Art der Kraftübertragung auf das Schwungrad, wie auch hinsichtlich der Weiterverwertung der Schwungradenergie. Das Schwungrad wird von einer Abgasturbine aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine angetrieben und speichert Energie. Die gespeicherte Schwungradenergie kann dann hedarfsweise auf eine mechanische Arbeitsmaschine beliebiger Art gegeben werden, z. B. auf einen Verdichter.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird hier die aus dem Abgas gewonnene überschüssige kinetische Energie direkt einer mechanischen Arbeitsmaschine zugeführt Es unterbleibt die Umwandlung in eine andere Energieform, wodurch der Gesamtwirkungsgrad erheblich erhöht wird.

Die beiden erfindungsgemäß vorhandenen Kupplungen erlauben das Entnehmen der Schwungradenergie etwa im Stillstand eines Kraftfahrzeuges bzw. bei niederen Motordrehzahlen. So kann über den Verdichter eine Leistungssteigerung durch Überladung des Motors beim Anfahren oder Beschleunigen erreicht werden.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die im Schwungrad gespeicherte Energie anstatt zum Antrieb eines Ladeverdichters erforderlichenfalls auch in anderer Weise verwertet werden kann, indem etwa dem Schwungrad trennbar eine andere mechanische Arbeitsmaschine nachgeschaltet wird. Dies kann z. B. eine Pumpe für die Kühlflüssigkeit ein Lüfterrad, ein Luftverdichter oder eine Hydraulikpumpe sein. Ebenso kann dies auch der Verdichter einer Klimaanlage oder irgendein anderer Verbraucher mechanischer Energie sein. Es ist auch möglich, die kinetische Schwungradenergie ohne den Umweg über elektrische Energie direkt zum Wiederanlassen des Motors, z. B. nach einer Motorabschaltung an einer Ampel, zu verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand einer einzigen Figur erläutert

Die Fig. zeigt schematisch die Restenergiespeiche· rung in einem durch eine Abgasturbine angetriebenen Schwungrad.

In der Fig. ist als primäre Maschinenanlage eine Brennkraftmaschine B gezeigt. Die Abgase A der Brennkraftmaschine B werden in Pfeilrichtung einer Abgasturbine Γ zugeführt und gelangen von dieser ins Freie. Die Abgasturbine Tihrerseits treibt in nicht näher dargestellter Weise direkt oder über Getriebe ein

Schwungrad S an. Durch die Lagerstellen auf beiden Seiten des Schwungrades S und durch die auf der Antriebsseite bzw. Abtriebsseite des Schwungrades angeordneten Kupplungen K1 bzw. K 2 sei angedeutet, daß das Schwungrad nach Einspeicherung der Energie unabhängig vom Antrieb der primären Maschinenanlage B weiterdrehen kann. Die in den Abgasen A steckende Restenergie wird also im Schwungrad gespeichert, auch wenn in der primären Brennkraftmaschine B die Drehzahl vermindert wird oder die Maschine stillgerttzt wird und daher von der Turbine T her k?in Antrieb mehr erfolgt. Auf der Abtriebsseite des Schwungrades S ist hinter der Kupplung K 2 eine nicht näher bezeichnete mechanische Arbeitsmaschine X, ζ. B. ein Luftverdichter anschaltbar. Die Verwendung eines Schwungrades S als Energiespeicher ermöglicht es, die gespeicherte Energie zu einem späteren Zeitpunkt und unabhängig vom augenblicklichen Zustand der primären Maschinenanlage und damit auch vom Betriebszustand der Turbine abzunehmen und für irgendwelche Zwecke zu verwerten. Durch Energieabnahme vom Schwungrad kann also ein Ladeverdichter auch dann betrieben werden, wenn die bekannten Abgasturbolader nicht oder nur sehr eingeschränkt

■' wirksam sind. Es ist also eine kurzzeitige Leistungssteigerung der Maschine auch als Anfahr- oder Beschleunifningshilfe für ein Fahrzeug erreichbar.

Der Erfindungsgedanke ist vielseitig einsetzbar und abwandelbar. In jedem Fall können aus dem Schwungrad kurzzeitig erhebliche Energiemengen in die nachgeschalteten Arbeitsmaschinen abgegeben werden, wobei der Vorteil der zeitweiligen Restenergiespeicherung erhalten bleibt Als besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet sei auf Nahverkehrsmittel, wie etwa Bahn oder Omnibus verwiesen. Bei dem vielen dabei notwendigen Bremsen, Halten, Anfahren bzw. Beschleunigen bringt die kurzzeitige Zwischenspeicherung und Wiederverwendung der Restenergie erhebliche Vorteile.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verwertung der in den Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Restenergie mit einem von einer Abgasturbine angetriebenen Schwungrad, dadurch gekennzeichnet, daß eine schaltbare Kupplung (K \) zwischen der Abgasturbine (T) und dem Schwungrad fö) angeordnet ist und daß das Schwungrad über eine weitere schaltbare Kupplung (K 2) mit einer mechanischen Arbeitsmaschine (^verbindbar ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschine (X) ein Ladeluftverdichter für die Brennkraftmaschine vorgesehen ist is