DE962764C

DE962764C - Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung

Info

Publication number: DE962764C
Application number: DEM24429A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Zinner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1954-09-10
Filing date: 1954-09-10
Publication date: 1957-04-25

Description

Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufiadung Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zwei oder mehreren mechanisch voneinander unabhängigen Abgasturbinen, von denen eine frei umlaufend ein Aufladegebläse antreibt und mindestens eine.weitere, mit der Motorwelle mechanisch verbundt.ne, über eine Umgehungsleitung mit Ventil hydraulisch abschaltbar ist.
Es ist eine derartige Anordnung durch eine insbesondere zum Antrie b von Flugzeugen geeignete Brennkraftmaschinenanlage bekanntgeworden, in der eine Kolbenbrennkraftmaschine auf normale Dauerleistung ausgelegt ist und bei .darüber hinausgehendem Leistungsbedarf, z. B. beim Start und Steigen des Flugzeuges, der Mehrbedarf an Leistung von Gasturbinen aufgebracht wird.-Diese können je nach Größe des Leistungsmehrbetrages entweder nur von den Abgasen der Kolbenbrennkraftmaschine oder, nach Mischung der Abgase mit einem abgezweigten Teil vorverdichteter Verbrennungsluft und Durchleitung .dieses Gemisches durch eine Zwischenbrennkammer, von den hierin erzeugten Treibgasen gespeist werden. Die Anordnung einer die leistungsabgebenden Welle zusätzlich antreibenden Gasturbine dient hier einzig und allein dem Zweck, die absolute Leistung (Vollastleistung) um ein beträchtliches Maß zu vergrößern, ohne dabei die Kolbenbrennkraftmaschine zu überlasten und ohne auf die Wirtschaftlichkeit der-Anlage bei Betrieb mit Überlast Rücksicht zu nehmen. Demgegenüber liegt bei der Erfindung die Aufgabe vor, die in einer mit Abgasturboaufladung betriebenen Kolbenbrennkraftmaschine gegebene Leistungskapazität . im Interesse einer besseren Wärmewirtschaftlichkeit weitgehend auszunutzen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in der mechanischen Verbindung zwischen der über eine Umgehungsleitung mit Ventil hydraulisch abschaltbaren Abgasturbine und der Motorwelle zusätzlich in bekannter Weise eine Kupplung vorgesehen ist, mit der die Zuschaltung dieser Turbine bei einem Leistungsüberschuß der das Ladegebläse frei umlaufend antreibenden Verdichterturbine bei gleichzeitigem Abschluß der Umgehungsleitung selbsttätig erfolgt. Die Kupplung selbst kann von beliebiger Bauart (Freilauf, mechanische oder hydraulische Kupplung) sein. Mit der Kombination einer frei umlaufenden Abgasturbine für den Antrieb des Ladegebläses und mindestens einer weiteren, mit jener mechanisch nicht verbundenen Abgasturbine, die sowohl hydraulisch als auch mechanisch selbsttätig abgeschaltet wird, vereinigt die Erfindung die Vorteile der selbsttätigen Regelung der bekannten frei umlaufenden Abgasturbolader mit der bestmöglichen Ausnutzung überschüssiger Turbinenleistung. Vorteilhafterweise werden die Turbinenstufen beider Turbinen unmittelbar hintereinander angeordnet, so daß sie mit geringstmöglichen Verlusten betrieben und ohne nennenswerten Mehraufwand in einem Gehäuse untergebracht werden können.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i eine einem frei umlaufenden Abgasturboauflader vorgeschaltete Turbine,-Fig. 2 eine einem frei umlaufenden Abgasturboauflader nachgeschaltete Turbine.
Die in der Zeichnung mit i bezeichnete Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine 12 ist über Zahnräder 2 und eine ausrückbare Kupplung 3 mit der Turbine 4 verbunden. Zweckmäßigerweise im gleichen Gehäuse ist die frei umlaufende Turbine 5 angeordnet, die das Ladegebläse 6 antreibt, welches durch die Leitung 7 vorverdichtete Ladeluft zur Brennkraftmaschine 12 fördert. Deren Auspuffgase werden in der Leitung 8 gesammelt und über die Leitungen 9 und io den Turbinen 4 und/oder 5 zugeführt. Durch Einbau eines umstellbaren Steuerorgans i i können die Abgase wahlweise je nach dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 12 entweder durch die Turbine 5 allein oder durch die Vorschaltturbine 4 und die frei umlaufende Turbine 5 geschickt werden. Durch die Kupplung 3 wird die Welle der Turbine 4 über die Zahnräder 2 mit der Kurbelwelle i mechanisch verbunden. Die Zuschaltung und Beaufschlagung der Vorschaltturbine erfolgt dabei selbsttätig in Abhängigkeit von der Belastung der -Brennkraftmaschine, z. B. durch ein nicht dargestelltes, mit dem Füllungshebel der Brennstoffregelung zusammenwirkendes Gestänge. In Fig. 2 ist eine dem frei umlaufenden Abgasturboauflader 5, 6 nachgeschaltete Turbine 4 dargestellt. Der Abgasturboauflader führt in bekannter Weise durch die Leitung 7 der Brennkraftmaschine 12 die erforderliche Luftmenge zu. Die austretenden Abgase werden in der Leitung 8 gesammelt und durch die Leitung io der frei umlaufenden Turbine 5 zugeführt. Von hier aus können die Abgase entweder durch die Leitung 9 ins Freie entweichen, oder sie werden der nachgeschalteten Turbine 4 zugeführt, die zweckmäßigerweise in einem Gehäuse mit der frei umläufenden Turbine 5 untergebracht ist. Durch die Leitung 13 gelangen die Abgase der Turbine 4 ins Freie. Je nach Belastung der Brennkraftmaschine 12 wird durch Umlegen der Klappe 14 und Schalten der Kupplung 3 entweder die frei umlaufende Turbine 5 allein angetrieben, oder es wird bei Leistungsüberschuß an der Turbine 5 die Turbine 4 zugeschaltet, so daß die Schaufeln beider Turbinen 4, 5 von den Abgasen beaufschlagt werden. Die nachgeschaltete Turbine 4 ist in ähnlicher Weise, wie bereits oben beschrieben, über ein Zahnradgetriebe und eine mechanische Kupplung 3 mit der Motorwelle i der Brennkraftmaschine 12 verbunden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftmaschine mit zwei oder mehreren mechanisch voneinander unabhängigen Abgasturbinen, von denen eine frei umlaufend ein, Aufladegebläse antreibt und mindestens eine weitere, mit der Motorwelle mechanisch verbundene, über eine Umgehungsleitung mit Ventil hydraulisch abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der mechanischen Verbindung zwischen Abgasturbine (4) und Motorwelle (i) in an sich bekannter Weise eine Kupplung (3) vorgesehen ist, mit der die Zuschaltung dieser Turbine (4) bei einem Leistungsüberschuß an der Verdichterturbine (5) bei gleichzeitigem Abschluß der Umgehungsleitung (9) selbsttätig erfolgt. z. B.rennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Motorwelle kuppelbare Zusatz-Abgasturbine durch einen Freilauf mit der Motorwelle verbunden ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Motorwelle kuppelbare Zusatz-Abgasturbine durch eine mechanische oder hydraulische Kupplung mit der-Bzennkraftmaschine verbunden ist. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenstufen' der beiden Turbinen unmittelbar hintereinander angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 836 870; -Rich. B tis s ien, »Automobiltechn. Handbuch«, 17. Aufl., Techn. Verlag Herbert Cram. Berlin 1953, S. 541 und 542.