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Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Verwertung der Abgase in Abgasturbinen
Eine Erhöhung der Energieausnutzung der Abgase mehrzylindriger Brennkraftmaschinen
in Abgasturbinen läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen., daß an jeden Arbeitszylinder,
und zwar unmittelbar vor der Auspufföffnung, eine Abgasturbine angeschlossen ist,
deren Gehäuse und deren Welle mit denen der anderen Turbinen in keiner Verbindung
stehen.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, die Beaufschlagungsstelle
einer Abgasturbine unmittelbar an die Auspufföffnung des Kraftmaschinerizylinders
zu setzen, jedoch nur für den Fall einer Einzylindermaschine mit Vorauspufföffnung.
In diesem Falle treten aber die Schwierigkeiten, welche durch die vorliegende Erfindung
überwunden werden sollen, nicht auf, da dann nicht die Gefahr besteht, daß der Auspuffvorgang
und die Abgasverwertung des einen Zylinders auf die Arbeitsvorgänge in einem der
anderen Zylin, der schädigend rückwirkt. Auch wird durch den Vorauspuff nicht die
Gesamtabgasmenge durch die angeschlossene Turbine ausgenutzt. Soll aber, insbesondere
für Zweitaktmaschinen, bei denen die Temperaturen der Auspuffgase niedriger sind
als bei Viertaktmaschinen, während eine ausreichende Spülung des Zylinderinhaltes
noch wichtiger ist als bei jenen, die in den Abgasen noch vorhandene ausnutzbare
Energie ausreichen, um die für die Spülung erforderliche Luft zu verdichten, so
darf nicht nur die durch einen Vorauspuff ausströmende Gasmenge zum Antrieb des
Turbinenverdichtersatzes benutzt werden, vielmehr ist dann die volle Auspuffgasmenge
erforderlich.
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Außerdem aber muß diese Auspuffgasmenge bei Mehrzylindermaschinen
in einer für jeden Maschinenzylinder besonderen, vollständig unabhängigen Turbine
verwertet wer-' den, da nur so der Gefälle- und Energieverlust zu vermeiden ist,
welcher in einem zwischen den Auspuffstellen von Mehrzylindermaschinen und einer
. mehreren Zylindern gemeinsamen Abgasturbine einzuschaltenden Gassammler oder in
einer Rohrleitung entsteht. In solchem Gassammler stellt sich ein mittlerer, etwa
dem gleichmäßigen Ausströmen der Gase durch die Turbinenleitvorrichtung entsprechender
Druck ein, der nicht unwesentlich niedriger ist als der zu Beginn der Auspuffung
herrschende Abgasdruck. Der durch den unausgenutzten Druckabfall' entstehende Energieverlust
ist stets so groß, daß die Verdichterleistung des Abgasturbinensatzes zur erforderlichen
Spülung der IVIehrzylindermaschine nicht mehr ausreicht.
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Im-Gegensatz zu einem solchen mittleren Druck eines die gemeinsame
Abgasturbine speisenden Gassammlers kann bei der Verwehdung getrennter Abgasturbinen
für jeden Zylinder der niedrigste Druck, mittels welchem die Turbine noch zu beaufsch.lagen
ist,
erheblich niedriger und damit das durch den Tui-boverdichtersatz
ausnutzbare Gesamtgefälle erheblich vergrößert werden.
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Auf der Zeichnung, welche schematisch als Beispiele einige Ausführungsformen
der Anordnung gemäß der Erfindung veranschaulicht, stellt Fig. r einen Axialschnitt
durch einen Zylinder eines Viertaktdieselmotors dar, der in eine Turbine auspufft.
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Fig. 2 ist der dazugehörige Grundriß.
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Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch den Zylinder eines doppelt wirkenden
Zweitaktmotors, der mit einer Abgasturbine in Verbindung steht.
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Bei Verwendung eines Viertaktmotors nach Fig. i und 2 ist die Turbine
a unmittelbar am Auspuff b des Zylinders c angeorI-iet. Durch diese Ausbildung erhält
man an der Turbinenwelle die größtmögliche Energieausnutzung der Abgase. Der Leistungsüberschuß
gegenüber der bisher gebräuchlichen Anordnung kann in beliebiger Weise ausgenutzt
werden; die Turbine treibt eine bei d angedeutete Arbeitsmaschine beliebiger Art
an.
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Wenn die Turbine mit einem Gebläse oder einem Luftverdichter zur Speisung
des Motors verbunden ist, so kann man die mehr gewonnene Leistung dazu ausnutzen,
den Druckunterschied zwischen dem mittleren Auspuffgasdruck und dem Enddruck des
Gebläses zu steigern.
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Der Druckstutzen des Gebläses kann mit dem Gaseintritt des Motorzylinders
in der Weise verbunden sein, daß die Motordrehmomente auf diese Art in der zweckmäßigsten
Weise den Widerstandsmomenten angepaßt werden. Die Druckstutzen der Gebläse können
auch in einen Hauptsammler münden, aus welchem alle Zylinder gespeist werden.
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Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß, wenn man die Auspuffleitung
der Turbine z. B. durch einen Wasserumlauf kühlt, keine Rohrleitungen mehr vorhanden
sind, durch welche die Temperatur des Maschinenräumes sich steigern kann.
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Da es bei den bekannten Vorrichtungen im Gegensatz hierzu notwendig
ist, die Gase so heiß wie möglich zur Turbine zu schaffen, durften auch die Abgasrohrleitungen
zur Turbine nicht gekühlt werden, und hierdurch bleiben stets wärmeabgebende Teile
in dem Maschinenraum.
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Die Anordnung nach Fig. i' und 2 mit einer Turbine für jeden Zylinder
eignet sich besonders für Motoren mit großer Leistung. Eine andereAnwendungsmöglichkeitbesteht
in der Überdruckspeisung von Zweitaktmotoren, bei welchen bisher die Abgasgebläse
meistens mit Zusatzenergiezufuhr betrieben werden mußten. Dies hatte seine Ursache
in den niedrigen Gastemperaturen und der Notwendigkeit, in solchem Falle einen beträchtlichen
Druckunterschied zwischen dem Beaufschlagungsdruck des Motors und dem Auspuffdruck
zur Verfügung zu haben, um ein gutes Ausspülen. des Verbrennungsraumes während des
sehr kurzen Zeitabschnittes zu ermöglichen, in welchem sich die Gaszufuhr und der
Auspuff abspielen.
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Durch die nun an der Turbinenwelle zur Verfügung stehende größere
Leistung reicht das von ihr angetriebene Gebläse aus, um die Überdruckspeisung und
die Spülung des Motorzylinders durchzuführen, wobei es noch möglich ist, die Leistung
des Hiifsspülgebläses, welches mit dem Gebläse des Abgaskreiselgebläses hintereinandergeschaltet
ist und durch einen besonderen Motor angetrieben wird, erheblich zu verringern oder
unter Umständen sogar diese Hilfsspülgebläse völlig zu entbehren.
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Die besondere Ausbildung der Teile eines doppelt wirkenden Zweitaktmotors
ermöglicht auch eine besonders einfache und zweckentsprechende Ausgestaltung und
Anwendung des Erfindungsgegenstandes. Hierbei nutzt die Auspuffturbine a die beiden
Auspuffströme ein und desselben Zylinders c aus. Die Turbine ist in diesem Falle
in der Mitte des Zylinders an der den beiden Zylinderseiten gemeinsamen Auspufföffnung
e angebracht, wie dies Fig. 3 veranschaulicht. Diese Abbildung zeigt den Antrieb
eines Gebläses f seitens der Turbine, das die Eintrittsteilen g, g' speist. .
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Man kann bei einer Gasmaschine die Ausnutzung der rückgewonnenen Leistung
auch in von der Abgasturbine betriebenen Dynamomaschinen vorsehen, welche parallel
zum Hauptnetz arbeiten.