DE4231474C1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine - Google Patents

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Damit wird eine Verbesserung des Wirkungsgrades einer Brennkraftmaschine im ganzen Betriebsbereich erzielt.
Aus dem Aufsatz "An Update On Turbocompound And Adiabatic Engine Programs" aus der Zeitschrift "Diesel Progress North American" Juli 1981, Seite 52 bis 57, ist eine gattungsgemäße Anordnung bekannt. Bei Leerlauf und niedriger Teillast ist das Abgasaufkommen der Brennkraftmaschine gering. Bei diesen Betriebszuständen ist der Wirkungsgrad des Abgasturboladers daher schlecht und die von der Nutzturbine an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine noch abgegebene Leistung geht gegen Null. Bei einem Zweitaktmotor verschlechtert sich bei diesen Betriebszuständen die Spülluftversorgung durch ein abgasgetriebenes Spülluftgebläse.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine zu schaffen, mit der bei Leerlauf und kleiner Teillast ein hoher Luftmassendurchsatz des Abgasturboladers erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Mit Veränderung der Nutzturbine von Turbinen- auf Verdichterbetrieb wird unter Leistungsaufnahme von der Kurbelwelle Abgas von der Auslaßseite der Turbine des Abgasturboladers abgesaugt. Dadurch erhöht sich das von der Turbine des Abgasturboladers nutzbare Druckgefälle und damit auch die an den Verdichter des Abgasturboladers abgegebene Antriebsleistung. Der Verdichter des Abgasturboladers erreicht auf diese Weise einen gegenüber dem Betrieb ohne Abgasabsaugung erhöhten Luftmassendurchsatz.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 und 4.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß für einen gegebenen Abgas- und Ladeluftmassendurchsatz eine kleinere Baugröße für den Abgasturbolader wählbar ist, daß für das Spülen der Zylinder eines Zweitaktmotors bei Leerlauf und kleiner Teillast das erforderliche Druckgefälle zwischen Zylinderein- und -auslaß aufrechterhaltbar ist und daß sich ein sonst für den Zweitaktmotor erforderliches Spülluftgebläse einsparen läßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Anordnungsschema der Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Nutzturbine;
Fig. 2 einen Umfangsschnitt der Beschaufelung der Nutzturbine in Abwicklung.
Eine Brennkraftmaschine 11 ist mit einem aus Verdichter 13 und Turbine 14 bestehenden Abgasturbolader 12 und einer mit der Kurbelwelle 15 über Zahnräder 17 und 18 in Antriebsverbindung stehenden Nutzturbine 16 ausgerüstet.
Eine von der Brennkraftmaschine 11 ausgehende Abgasleitung 19, 20 führt über die Turbine 14 des Abgasturboladers 12 zur Nutzturbine 16. Mittels einer verstellbaren Einrichtung 21 ist der Zuströmquerschnitt zum Nutzturbinenlaufrad dem Abgasmassenstrom anpaßbar.
Die Schaufeln 22 der Nutzturbine 16 bestehen aus einem Bimetall-Verbundwerkstoff. Das hat zur Folge, daß sich die Schaufelgeometrie bei sich ändernder Abgastemperatur verändert. Durch die Anordnung der einen Bimetallkomponente 23 mit geringer Wärmedehnung auf der Schaufelvorderseite und der anderen Bimetallkomponente 24 mit hoher Wärmedehnung auf der Schaufelrückseite ergibt sich bei sinkender Abgastemperatur eine Veränderung der Schaufelgeometrie von der Turbinenstellung 26 in Richtung Verdichterstellung 27.
Niedrige Abgastemperaturen treten bei Betrieb der Brennkraftmaschine 11 im Leerlauf und kleiner Teillast auf. Gleichzeitig ist auch der Abgasmassenstrom klein. Der Abgasturbolader 12 arbeitet bei diesen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 11 mit schlechtem Wirkungsgrad und entsprechend geringem Luftmassendurchsatz.
Die temperaturgesteuerte Veränderung der Nutzturbine 16 vom Turbinen- und Verdichterbetrieb bewirkt, daß unter Leistungsaufnahme der Nutzturbine 16 von der Kurbelwelle 15 bei gleichbleibender Durchströmungsrichtung 28 Abgas von der Auslaßseite der Turbine 14 des Abgasturboladers 12 abgesaugt wird. Dadurch erhöht sich das von der Turbine 14 nutzbare Druckgefälle und damit die an den Verdichter 13 abgegebene Antriebsleistung.
Der Verdichter 13 erreicht auf diese Weise einen gegenüber dem Betrieb ohne Abgasabsaugung erhöhten Luftmassendurchsatz. Der erzielte Effekt ist besonders vorteilhaft nutzbar, wenn die Brennkraftmaschine 11 ein Zweitaktmotor ist.
Mit dem erhöhten Luftmassendurchsatz des Abgasturboladers 12 bei Leerlauf und kleiner Teillast läßt sich nämlich das für das Spülen der Zweitaktzylinder erforderliche Druckgefälle zwischen Zylinderein- und -auslaß aufrechterhalten, was den Verzicht auf ein sonst erforderliches zusätzliches Spülluftgebläse ermöglicht.

Claims (4)

1. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine, wobei die Abgasleitung stromab des Abgasturboladers zu der mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Nutzturbine geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzturbine (16) eine Einrichtung zur Veränderung von Turbinen- auf Verdichterbetrieb bei gleichbleibender Durchströmungsrichtung (28) aufweist.
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (22) des Nutzturbinenlaufrades in Abhängigkeit sinkender Abgastemperatur in Richtung Verdichterbetrieb (27) verstellbar ausgebildet sind.
3. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (22) des Nutzturbinenlaufrades mindestens teilweise aus einem Bimetall-Verbundwerkstoff bestehen.
4. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Nutzturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Bimetallkomponente (23) mit geringer Wärmedehnung auf der Schaufelvorderseite angeordnet ist.
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EP2037098A3 (de) * 2005-11-22 2009-05-06 Volvo Lastvagnar AB Turbocompound-Brennkraftmaschine
DE102008005201A1 (de) 2008-01-18 2009-07-23 Voith Patent Gmbh Turbolader-Turbocompoundsystem

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