DE528541C - Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Aufladeverdichter - Google Patents

Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Aufladeverdichter

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DE528541C
DE528541C DEB135528D DEB0135528D DE528541C DE 528541 C DE528541 C DE 528541C DE B135528 D DEB135528 D DE B135528D DE B0135528 D DEB0135528 D DE B0135528D DE 528541 C DE528541 C DE 528541C
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
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Description

  • Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Aufladeverdichter Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen mit Abgasturbinen. Es ist bekannt, mit Teilen der Abgase die Turbine zu umgehen, um z. B. einen bestimmten Aufladeluftdruck zu erreichen oder bei Flugmotoren mit abnehmendem äußerem Luftdruck den Anteil der durch die Turbine geführten Abgase zu vergrößern, um so die Leistung der Brennkraftmaschine möglichst gleichbleibend zu halten. Demgegenüber bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine besondere Arbeitsweise der Abgasturbinen bei Leerlauf und bei kleinen Belastungen im Vergleich zu denen bei höheren Leistungen der betreffenden Kraftanlage. Die Erfindung besteht darin, daß bei Leerlauf und bei kleiner Belastung die Temperatur der die Turbine durchströmenden Abgase über der Kondensationstemperatur gehalten wird, welche dem Wasserdampf in den Abgasen bei dem im Bereich der Turbine herrschenden Druck entspricht, indem der Gegendruck der Abgase vor der Turbine erhöht oder die in dieVerbrennungszylinder eingeführte Luftmenge vermindert oder indem nur der heißere Teil der Abgase durch die Turbine hindurchgeleitet wird. Dadurch wird die Bildung von Säuren verhindert, die durch die chemische Verbindung von Abgasbestandteilen mit dem kondensierten Verbrennungswasser entstehen könnten und die Bauteile der Turbine angreifen. Nicht nur erhalten dadurch die Turbinenbestandteile eine längere Lebensdauer, sondern es wird außerdem die Verrauhung der Leit- und Laufschaufeln verhindert, so daß der Reibungsverlust in diesen Schaufeln nicht zunimmt und ein guter Wirkungsgrad erhalten bleibt.
  • In der beiliegenden Zeichnung ist an Hand von fünf Figuren die Anwendung des Erfindungsgegenstandes an einigen Beispielen dargestellt.
  • In Fig. i und 2 sind die Temperaturen der Abgase in Abhängigkeit von der Belastung bei Vier- und Zweitaktmaschinen ohne und mit Verwendung des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
  • In den Fig.3 bis 5 sind einige bauliche Lösungen gezeigt, in welcher Weise eine Maschinenanlage nach dem Erfindungsgegenstand auszubilden ist.
  • In Fig. i ist durch die Linie a die Abgastemperatur von Viertaktmaschinen in Abhängigkeit von der Leistung der Maschine aufgetragen. Man sieht, daß diese Temperatur bei Leerlauf etwa ioo° C und bei 4/4 Last etwa q.9o° C beträgt. Bei einer Maschine entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nun durch später zu beschreibende Mittel die Abgastemperatur bei Leerlauf und bei kleinen Belastungen entsprechend der Linie b bzw. c gehoben. Die Erhöhung dieser Temperaturen soll mindestens so weit erfolgen, daß sie höher ist als die Kondensationstemperatur des Verbrennungswassers bei den im Bereich der Turbine herrschenden Drükken. Die den Drücken 1,6, 2, 3, 4 und 5 at abs. entsprechenden Kondensationstemperaturen sind durch die Linien d, e, f, g, la dargestellt. Man sieht, daß eine Erhöhung der Abgastemperatur entsprechend der gestrichelten Linie b bei Drücken in der Turbine bis zu 2 at abs. genügen würde, um auch bei Leerlauf eine Kondensation des Verbrennungswassers zu verhindern. Man wird sicherheitshalber diese Temperaturerhöhung um ein gewisses Maß über der betreffenden Kondensationstemperatur einhalten. Eine Temperaturerhöhung entsprechend der Linie c würde, wo bei Leerlauf noch eine Abgastemperatur von i8o° besteht, genügen, um bei Drücken bis zu 5 at abs. in der Turbine die Kondensation zu verhindern.
  • In Fig.2 sind die Verhältnisse bei Zweitaktmotoren dargestellt. a ist wieder die Auspufftemperatur bei gewöhnlichen Zweitaktmaschinen,wenn ein Arbeiten nach dem Eriindungsgegenstand nicht vorkommt. Im allgemeinen liegt diese Temperatur infolge des bei Zweitaktmaschinen angewandten großen Spülluftüberschusses viel tiefer als bei Viertaktmaschinen. Bei Leerlauf sei diese Temperatur z. B. etwa 75' C, bei 4/4 Last 24o ° C. Man sieht, daß die Kondensation des Verbrennungswassers bei einer gewöhnlichen Zweitaktmaschine schon bei einer viel höheren Belastung eintritt als bei einer gewöhnlichen Viertaktmaschine. Die der Kondensation bei den Drücken 1,6, 2, 3, 4 und 5 at abs. entsprechenden Temperaturen sind durch die Linien d, e, f, g, h ebenfalls eingetragen. Bei einem Druck in der Turbine von 5 at abs. würde die Kondensation des Verbrennungswassers bei `j4 Last schon eintreten. Es sind also hier viel energischere Maßnahmen notwendig, um die Abgastemperatur auf die entsprechend der Erfindung gewünschte Höhe, beispielsweise der Kurve b bzw. c zu bringen. Eine Erhöhung entsprechend der Kurve b würde für Drücke in der Turbine von 1,6 bis 2 at abs. genügen und eine solche entsprechend der Kurve c bei Drücken bis zu 5 at abs. im Bereich der Turbine.
  • In Fig.3 ist 1 eine Sechszylinder-Viertaktbrennkraftmaschine, 2 die ihr nachgeschaltete Abgasturbine und 3 das Gebläse, welches durch die Turbine 2 angetrieben wird und der Brennkraftmaschine vorverdichtete Ladung zuführt. 4 ist die Zuleitung der Abgase von der Brennkraftmaschine zur Turbine; 5 ist die Abgasleitung, welche von der Turbine ins Freie führt. Bei 6 tritt die Ladung in den Vorverdichter ein, um denselben durch die Leitung 7 wieder zu verlassen. Der Turbineneintritt 8 ist nun so ausgebildet, daß die die Abgase zum Turbinenrad g führenden Düsen io bei Leerlauf oder bei kleiner Belastung teilweise geschlossen werden können. Im gezeichneten Beispiel ist hierfür ein Ventil i i angeordnet, welches durch den im Zylinder 12 befindlichen Kolben 13 bewegt werden kann. Auf diesen Kolben 13 wirke rechts der Druck der Feder 14 und links im Raum 15 z. B. der Druck in der Leitung 7. Die Leitung 7 steht durch die Leitung 16 mit dem Raum 12 in Verbindung. Das Ventil i i kann aber auch auf andere Weise, z. B. durch den Regler 17 der Brennkraftmaschine i, bewegt werden, indem derselbe mit den Hebeln i8 und ig und der Stange 2o das Ventil i i, während die Maschine in Leerlauf oder bei kleinen Belastungen arbeitet, mehr oder weniger zuschließt. Es kann aber auch eine Handeinstellvorrichtung 3o angebracht sein.
  • Die Wirkungsweise der Abschlußvorrichtung i i besteht nun darin, daß sie von einem gewissen Belastungsbereich der Maschine ab, z. B. vom Punkt A in Fig. i, mehr und mehr geschlossen wird, womit sich der Druck in der Zuleitung 4 zur Turbine erhöht und sich dementsprechend auch eine höhere Temperatur, z. B. entsprechend der Linie c, einstellt. Wird mit veränderlichem Aufladedruck in der Leitung 7 gearbeitet, so kann man die Einstellung des Ventils i i vom Druck in der Leitung 7 abhängig machen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Sollen die Abgase mit den in Fig. i nach Kurve b dargestellten Temperaturen arbeiten, so müßte bei Verkleinerung der Belastung unter Punkt A das Ventil i i sich unter der Einwirkung des sinkenden Rufladedruckes schließen. Die Einstellung des Ventils i i kann aber auch von der Einstellung des Reglers 17 abhängig gemacht werden, z. B. derart, daß es bei Unterschreitung einer dem Punkt A entsprechenden Belastung ebenfalls geschlossen wird. Oder das Schließen des Ventils ii kann durch Einstellung des Handhebels 30 erfolgen. Statt ein Ventil i i können deren mehrere angeordnet sein.
  • Die Ausbildung nach Fig. 3 ist vornehmlich für Viertaktmaschinen gedacht, bei welchen der Auspuffdruck unabhängig vom Rufladedruck eingestellt werden kann, da das Ansaugen und das Auspuffen während zweier getrennter Hübe erfolgt.
  • In den Fig. q. und 5 ist dargestellt, in welcher Weise der Erfindungsgegenstand bei Zweitaktmaschinen auszubilden ist. In Fig. 4 ist 21 ein Zylinder einer Zweitaktmaschine, in welcher sich der Arbeitskolben 22 bewegt. Durch die Leitung 7 gelangt die Ladung in den Zylinder 2i und verläßt dieselbe beispielsweise durch die Leitungen 4 und 23. Beide Leitungen 4 und 23 können zu Abgasturbinen oder zu verschiedenen Stufen einer solchen, oder es kann nur die Leitung .4 zu einer Abgasturbine. die Leitung 23 hingegen in die Atmosphäre führen. In Fig.4 teilt sich die Zuleitung 7 in zwei Leitungen 24 und 25, «-elche je durch besondere Schlitze 26 bzw. 27 in den Zylinder 21 ausmünden. Die Schlitze 28, 29 dienen dem Austritt der Auspuffgase aus dem Zylinder 21 in die Leitungen 23 und 4. Es ist nun ebenfalls ein Ventil i i angeordnet, mit welchem die Leitung 25 gegen die Leitung 7 abgeschlossen werden kann. Die Bewegung des Ventils erfolge wiederum durch einen Kolben 13, der sich in einem Zylinder 12 bewegt. Auf diesen Kolben wirke beispielsweise von oben eine Feder 14 und von unten der Druck in der Leitung 7. Das Ventil i i kann auch durch eine Handeinstellvorrichtung 3o bewegt werden.
  • Die Wirkungsweise einer Vorrichtung nach Fig.4 besteht nun im Gegensatz zu derjenigen nach Fig. 3 darin, daß die vom Aufladegebläse 3 gelieferte Luftmenge bei abnehmender Belastung derart verringert wird, daß die Abgastemperatur bei abnehmender Belastung entsprechend den Linien b bzw. c sich ändert. Diese Ausbildungsart ist namentlich für Zweitaktmaschinen gedacht, bei welchen der Spül-und Ladedruck vom Auspuffdruck nur wenig verschieden sein soll. Sinkt z. B. die Leistung nach Fig.2 unter Punkt B, so wird das Ventil i i mehr und mehr geschlossen und es tritt der Hauptteil oder alle Ladung durch die Leitung 2:1 in den Zylinder ein. Ist nun das Gebläse 3 als Kreiselgebläse ausgebildet, so verringert sich dadurch seine Fördermenge und der Zylinder -2i wird mit weniger Luft gespült und geladen, d. h. bei gleicher Brennstoffzufuhr ergibt sich eine höhere Temperatur bei der Verdichtung, Verbrennung und damit auch der den Zylinder durch .4 und 23 verlassenden Auspuffgase. Damit die Temperatur in der Turbine gesteigert werden kann, können z. B. auch nur die durch die Leitung .4 abströmenden Auspuffgase, welche unter hoher Temperatur und hohem Druck austreten, in die Turbine geleitet werden, diejenigen von der Leitung -23, welche kälter sind, aber unmittelbar unter Umgehung der Turbine- in die Atmosphäre.
  • Während in Fig. 4 die verschiedenen Zutrittsleitungen zu dem Arbeitszylinder übereinander angeordnet sind, können dieselben sich auch auf die gleiche Höhe in Richtung der Zylinderachse erstrecken und am Umfang der Zylinderlauffläche nebeneinander angeordnet sein. Eine solche Ausbildung ist aus Fig. 5 ersichtlich. Es ist in dieser ein Schnitt auf der Höhe der Ein- und Austrittsschlitze durch einen Verbrennungszylinder gezeichnet. 7 ist die Zuleitung der Ladung und 4 die Ableitung zur Abgasturbine. Durch die Schlitze 24 kann die Ladung stets ungehindert in den Zylinder 2i eintreten. Außerdem sind aber noch Schlitze 31 und 32 vorhanden. Durch diese Schlitze kann die Ladung nur in den Zylinder eintreten, wenn die Ventile i i und 33 geöffnet sind. In Fig. 5 ist i i geschlossen und 33 geöffnet gezeichnet, so daß in diesem Fall die Ladung nur durch die Schlitze 24 und 32 eintreten kann.
  • Die Wirkungsweise einer Ausbildung nach Fig. 5 kann die gleiche sein wie eine solche nach Fig. 4, indem bei voller Belastung die Abschlußv entile i i und 33 vollständig geöffnet und bei abnehmender Belastung allmählich geschlossen werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. BrennkraftmaschinemitAbgasturbine und Aufladeverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleiner Belastung oder Leerlauf die Temperatur der die Turbine durchströmenden Abgase im Bereich der Turbine über der Kondensationstemperatur gehalten wird, welche dem Wasserdampf in den Abgasen bei dem im Bereich der Turbine herrschenden Druck entspricht, indem der Gegendruck, der Abgase vor der Turbine erhöht oder die in die Verbrennungszylinder eingeführte Luftmenge vermindert wird. z. Brennkraftmaschine nachAnspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf demselben Umfang im Zylinder befindliche Kanäle für die Ladeluft unabhängig voneinander abgeschlossen werden können, so daß der Luftdurchtritt nur durch die offen gelassenen Kanäle erfolgt. 3. BrennkraftmaschinemitAbgasturbine und Aufladeverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Abgastemperatur vor der Turbine durch Ableitung des heißeren Teiles der Abgase, also der Abgase bei Beginn des Auspuffes zur Abgasturbine erreicht wird. .
DEB135528D 1927-01-27 1928-01-24 Brennkraftmaschine mit Abgasturbine und Aufladeverdichter Expired DE528541C (de)

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