DE662196C

DE662196C - Brennkraftmaschine mit Abgasturbine

Info

Publication number: DE662196C
Application number: DEH146019D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Otto Elwert
Original assignee: Humboldt Deutzmotoren AG
Current assignee: Humboldt Deutzmotoren AG
Priority date: 1935-12-20
Filing date: 1935-12-20
Publication date: 1938-07-07

Description

Brennkraftmaschine mit Abgasturbine Die Erfindung bezieht sich auf die Ausnutzung der Abgasenergie von Brennkraftmaschinen in einer Abgasturbine, beispielsweise für den Antrieb eines Spül- und Ladegebläses.
Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß der größte Teil der Abgasenergie unmittelbar nach Eröffnung derArbeitszylinder zur Verfügung steht und bei der üblichen Stauung der Gase vor der Turbine ein Teil der Energie verlorengeht, weil eine Verminderung des nutzbaren Druckgefälles durch die Vergrößerung des Zylinderraumes um den Inhalt des Stauraumes entsteht. Es soll daher eine reine Geschwindigkeitsturbine verwendet werden, bei welcher die Abgase bereits vor dem Eintritt in die Turbinenschaufeln auf den Gegendruck hinter der Turbine entspannt sind. Die Entspannungsdüsen sollen möglichst unmittelbar an den Ausströmquerschnitt des Arbeitszylinders ansetzen und die Turbine nahe den Zylindern angeordnet sein.
Solche Turbinen zeigen in Verbindung mit Brennkraftmaschinen den Mangel, daß die nach dem ersten Druckabfall nachströmenden Abgase hemmend auf die Turbinenschaufeln einwirken, da ihre geringe Geschwindigkeit nicht mehr der Schaufelform und der Umfangsgeschwindigkeit der Turbine entspricht.
Bei kolbengesteuerten Zweitaktmaschinen hat man daher vorgeschlagen, die Auspufföffnung des Zylinders zu unterteilen, um nur die ersten Abgase mit hohem Druckgefälle (Vorauslaßgase) der Geschwindigkeitsturbine zuzuführen und die weiteren während des Spülvorganges aus dem Zylinder austretenden Gase nach einer zweiten Turbine zu leiten. Diese Lösung der Aufgabe ist wegen der notwendigen doppelten Ausführung von Auslaßöffnüngen und -leitungen umständlich. Ferner wird das Nachströmen niedriggespannter Gase auch durch die erste Turbine nicht vermieden und deshalb eine Hemmung auf die Beschaufelung dieser Turbine eintreten. In einem solchen Falle ist es ferner bekannt, die aus der zweiten Kanalreihe austretenden Gase niedrigen Druckes durch Öffnungen des ersten Turbinenrades hindurch in den Stauraum vor dem zweiten Turbinenrad zu leiten.
Die Erfindung beseitigt die genannten Mängel und ermöglicht damit die Anwendung der für die Ausnutzung der Abgasenergie günstigen reinen Geschwindigkeitsturbine. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase hohen und niederen Druckes durch dieselbe Leitung der Turbine zugeführt werden und zwischen den Leitschaufeln und der Beschaufelung des Laufrades ein Raum vorgesehen ist, der unter äußerer Umgebung der Beschaufelung mit dem Raum hinter dem Turbinenrad in offener Verbindung steht. Es treten nur diejenigen Gase in die Beschaufe- Jung ein und geben ihre Energie an die Turbine ab, die auf Grund des ersten hohen Druckgefälles eine große Geschwindigkeit in den Düsen erhalten haben. Die mit niedriger Geschwindigkeit nachströmenden Spülgase da ,= gegen werden von den Schaufeln abgewiesen und strömen um den äußeren Umfang des Laufrades herum unmittelbar in den dahinter liegenden Raum. Darauf können diese Gase zusammen mit den aus dem Laufrad austretenden Gasen entweder ins Freie abgeleitet oder zwecks Ausnutzung eines restlichen Gefälles gesammelt -werden. Ein wesentlicher Vorzug der Ausbildung der Turbine gemäß der Erfindung besteht darin, @daß keine Steuerung oder Anpassung an bestimmte Betriebsverhältnisse notwendig sind, sondern die Wirkung in jedem Falle selbsttätig so eintritt, wie es der bestmöglichen Ausnutzung des Druckgefälles entspricht.
Die Erfindung ist bei jeder Art von Brennkraftmaschinen anwendbar. Bei Höhenflugmotoren ist sie besonders wertvoll, weil dort das Druckgefälle höher und der Unterschied in der Geschwindigkeit der Auspuffgase größer ist als in Bodennähe.
Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein kolbengesteuerter Zweitakt-Sternmotor mit einem gleichachsig gelagerten Turbinengebläse dargestellt. Abb. z ist ein Längsschnitt durch die Maschine und das Turbinengebläse, undAbb. 2 ein Teilschnitt durch das Turbinengehäuse. Abb. 3 zeigt die Geschwindigkeitsverhältnisse derAbgase gegenüber der Turbinenbeschaufelung.
Die Kolben a der Arbeitszylinder b arbeiten auf die Kurbelwelle c. Auf einer unabhängig gelagerten Welle d sind die Laufräder e und feiner Geschwindigkeitsturbine und einer Stauturbine sowie die Läufer g des zweistufigen Spül- und Ladegebläses befestigt. Das Gebläse fördert die Luft durch einzelne Leitungen h in einen Ringraum j des Kurbelgehäuses, der auf der linken Seite des Zylindersterns über Kanäle k mit den einzelnen Arbeitszylindern b verbunden ist.
Der Kolben des unteren Arbeitszylinders befindet sich gerade in seiner oberen Totlage, in der er den düsenförmigen Auspuffkanal m freigegeben hat. Dieser Kanal ist als Geschwindigkeitsdüse ausgebildet, die sich unmittelbar an den Zylinder anschließt. Die bei Beginn der Kanalöffnung unter Druck stehenden Abgase entspannen sich in der Düse in auf den Druck des hinter der Geschwindigkeitsturbine befindlichen Sammelraumes o. Sie treten durch die Leitschaufeln p in -die Turbinenschaufeln q ein, an die sie ihre Geschwindigkeit abgeben. Die während der Durchspülung des Zylinders nachströmenden Gase niederen Druckes erhalten in den Düsen in eine für den Turbinenantrieb nicht mehr ausreichende Geschwindigkeit. Diese Gase strömen durch den Kanal r außen um das Turbinenrad e herum unmittelbar in den Sammelraum o. Die Strömungswege der mit verschiedener Geschwindigkeit zur Turbine gelangenden Abgase sind in Abb. 2 durch Pfeillinien angedeutet. Die im Raum o gesammelten Gase beaufschlagen die Stauturbine f zwecks Ausnutzung des restlichen Druclcgefälles.
Im Schaubild Abb. 3 bedeuten v1 und v2 die absoluten Geschwindigkeiten der Gase beim Austritt aus der Düse m. v1 entspricht dem hohen Druckgefälle und v2 dem geringen Druck der Spülgase. Durch Zusammensetzung dieser Geschwindigkeiten mit der Umfangsgeschwindigkeit zc im Parallelogramm ergeben sich die Geschwindigkeiten w1 und w2 gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit der Turbinenschaufeln. Die Geschwindigkeit w1 ist tangential zu den Leitflächen der Schaufeln gerichtet, während w2 eine negative Umfangsgeschwindigkeit besitzt und die Gase mit dieser Geschwindigkeit daher nicht in die Beschaufelung eintreten können.

Claims

PATENTANSPRUCH: Brennkraftmaschine mit Ausnutzung der Abgasenergie in einer Abgasturbine, bei der die Abgase vor dem Eintritt in die Turbinenschaufeln auf den Gegendruck hinter der Turbine entspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase hohen und niederen Druckes durch dieselbe Leitung (m) der Turbine (q) zugeführt werden und zwischen den Leitschaufeln (p) und der Beschaufelung (q) des Laufrades (e) ein Raum vorgesehen ist, der unter äußerer Umgehung der Beschaufelung (q) mit dem Raum (o) hinter dem Turbinenrad (e) in offener Verbindung steht.