DE952851C

DE952851C - Drehschiebergesteuerte Brennkraftmaschine mit nachgeschalteter Abgasturbine

Info

Publication number: DE952851C
Application number: DEN8456A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Froede; Dipl-Ing Hanns Dieter Paschke
Original assignee: NSU Werke AG
Current assignee: NSU Werke AG
Priority date: 1954-02-13
Filing date: 1954-02-13
Publication date: 1956-11-22

Description

Drehschiebergesteuerte Brennkraftmaschine mit nachgeschalteter Abgasturbine Es ist vom Dampfmaschinenbau und vom Bau von Verbrennungsmotoren bekannt, Kolbenmaschinen mit nachgeschalteten Turbinenanlagen zu veT-einigen, um hierdurch eine besonders gute Wirtschaftlichkeit der Anlage zu erzielen. Verbrennungsturbinen. arbeiten normalerweise nur mit sehr niederem, Drücken, da anderenfalls die Temperaturbelastung für das Schaufelsystem zu hoch wird. Gegenüber der rennen Turbinenanlage hat die Kolbenmaschine mit nachgeschalteter Abgasturbine wirtschaftliche Vorteile.
Bei einem ventilpsteuerten Verbrennungsmotor kann jedoch nur wenig Leistung in den Turbinenteil verlegt werden, da bei einem vorzeitigem Öffnen des Auslaßventils der Ventilteller und Schaft Überhitzt werden. Diese Verhältnisse sind wesentlich günstiger bei einem drehschiebergesteuerten Verbrennungsmotor. Es hat sich durch Versuche bestätigt, daß bei geeigneter Ausbildung und Kühlung der Dichtelemente eines Drehschiebermotors fast die volle Motorleistung durch den Au,slaßkanal abgesteuert werden kann. Damit besteht bei einem drehsch.ieberges.teuerten Verbrennungsmotor die Möglichkeit, die Leistungsaufteilung zwischen Kolbenmaschine und nachgeschalteterAbgasturbine in weitem: Grenzen zu verändern. Es ist nun zwar bekannt, bei einer drehschsebergesteuerten Brennkraftmaschine eine Abgasturbine unmittelbar oberhalb eines im Zylinderkopf vorgesehenen scheibenförmigen Drehschiebers konzentrisch zu diesem anzuordnen. Aber diese Turbine dient lediglich der Aufladung der Brennkraftmaschine. Die Abgasturbine ist also bei dieser bekannten Anordnung in ihrer Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Kolbenmotors, und es wird hierbei nur so viel Leistung in. den Turbinenteil verlegt, wie zum Antrieb des Laders erforderlich ist.
Hiervon unterscheidet sich die Motoranordnung gemäß der Erfindung dadurch, daß die Turbinenleistung im Vergleich zur Leistung des Kolbenmotors sehr hoch gewählt werden kann und dem System unter Verwendung des vorhandenen Drehschieberaneriebes als Nutzleistung zugeführt wird.
Erfindungsgemäß- wird daher vorgeschlagen, bei einer drerhschiebergesteuerten Zwei- oder Viertaktbrennkraftmaschine mit einer nachgeschalteten Abgasttirbine, wobei Drehschieber und Turbine eine bauliche Einheit im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine bilden,, die Antriebswelle des Dreh-Schiebers gleichzeitig zur Rückführung der Turbinenleistung in das System zu benutzen.
Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung gegenüber der bekannten drehschiebergesteuerten Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader liegen auf der Hand. Ferner stellt der Gegenstand der Erfindung gegenüber dem bekannten Motoranordnun: gen mit einem Kolbenmaschinen- und einem Turbinenteil eine überraschend einfache Lösung dar.
Dieses Prinzip kann in verschiedenen Bauformen verwirklicht werden. Beispielsweise kann ein paralleJ zur Kurbelwelle laufender Walzend.rehschieber .im Zylinderkopf untergebracht sein, der einen in axialer Richtung austretendem. Auslaßkanal besitzt und auf seiner Welle den Läufer einer ein- oder mehrstufigen Radialturbine trägt. Wenn der Kolbenmotor im Zweitakt arbeitet und die Drehzahl des Drehschiebers gleich der Kubelwellendrehzahl ist, kann der Turbinenläufer fest mit der Drehschieberwelle verbunden werden. Bei Viertaktmotoren, die einen mit halber Motorendrehzahl umlaufenden Drehschieber erhalten, wird zweckmäßig der Turbinenläufer über eine Getriebestufe mit der Drehschieberwelle gekoppelt.
Es ist weiterhin möglich, in an. sich bekannter Weise einen Scheibendrehschieber oberhalb des Zylinderkopfes zur Steuerung von ein oder zwei Zylindereinheiten zu verwenden und die Abgase durch die Steueröffnung im Scheibenschieber in dem oder die Schaufelkränze des Turbinenläufers zu leiten. Auch hierbei wird zweckmäßig die Drehzahl des Turbinenläufers durch Zwischenschalten einer Getriebestufe ebenso hoch oder höher ausgelegt wie die Drehzahl des Kolbenmotors.
Es liegt ferner im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die Auslaßäffnung und den Auslaßkanal im Drehschieber selber als Teil der Abgasturbine zu beschaufeln. Da hierbei jedem Schaufelteil "ein unterschiedliches Druckgefälle zukommt, kann die Form jeder einzelnenSchaufel in derAuslaßöffnung des Drehschiebers und gegebenenfalls in den nachfolgenden Laufradstufen entsprechend dem Druckgefälle beim Auslaßvorgang unterschiedlich ausgebildet werden.
Für die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist es wesentlich, mit möglichst hohen Temperaturen in der Abgasturbine zu arbeiten, und es wird daher vorgeschlagen, den Drehschieberkörper sowie die Lauf- und Leitschaufeln des Turbinensys.terns aus temperaturfestem Material herzustellen. Hierfür kommen sowohl hochtemperaturbeständige Stähle als auch Nickellegierungen oder keramische Stoffe in Betracht.
Zur Veranschaulichung einer Kraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung dienen die Abb. i bis 3. Es zeigt Abb. i . einen Längsschnitt durch einem. Verbren.nungs.mo,tor mit Steuerung durch WaJzendrehschieber und nachgeschalteter Radialturbine, Abb. a die gleiche Maschine im Querschnitt bzw. in Teilansicht, Abb. 3 Zylinder und Zylinderkopf einer Zweizylinderzweitaktmaschine mit scheibenförmigem Drehschieber und koaxial hierzu laufendem Turbinenläufer.
In den Abb. i bis 3 sind folgende Einzelheiten durch Bezugszeichen herausgehoben: i Kalben, a Brennraum, 3 Drehschieber, 4Auslaßkanal, 5 Turbinenläufer, 6 Leitapparat der Turbine, 7 Gasaustritt, 8 Antriebswelle des. Drehschiebers, 9 Getriebeübersetzung zwischen Drehschieber und Turbinenläufer, io Saugleritung.

Claims

PATENTANSPRÜCIIE: i. Drehschiebergesteuerte Zwei- oder Viertaktbrennkxafemaschine mit einer nachgeschalteten Abgasturbine, wobei Drehschieber und Turbine eine bauliche Einheit im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine bilden;, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle des Drehschiebers gleichzeitig zur Rückführung der Turbinenleistung in das System dient. a. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer der Abgasturbine in an sich bekannter Weise koaxial zum Drehschieber angeordnet ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad der Turbine mit dem Drehschieber zu einem einzigen Bauteil vereinigt ist. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch: gekennzeichnet, daß in; an sich bekannter Weise zwei im Zweitakt. arbeitende Zylinder mit einem garneinsamen Drehschieber gesteuert werden und auf eine Abgasturbine wirken. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Laufrad der Turbine und Drehschiebcrwelle eine Getriebestufe eingeschaltet ist, die dem Laufrad eine höhere Drehzahl ermöglicht. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrstufiges Laufrad für die Turbine verwendet wird, dessen, beaufschlagter Winkelbereich entsprechend der Gasexpansion zunimmt. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung. des Drehschiebers mit Beschaufelung versenen ist und als erste Stufe der Abgasturbine wirkt. B. Bren.nkraftmaschine nach Anspruch.i, dadurch gekennzeichnet, daß die Form jeder Schaufel in der Auslaßöffnung des Drehschiebers und gegebenenfalls in den nachfolgenden Laufradstufen entsprechend dem Druckgefälle beim Auslaßvorgang unterschiedlich ausgebildet wird. g. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Lauf- und. Leitapparate der Turbine aus temperaturfestem Material, wie Keramik od. dgl., beistehen. io. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkörper aus ternperafu:rfestem Material, wie Keramik od. dgl., besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung L 5669 Ia/46a4.