DE962026C

DE962026C - Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbogeblaese und mindestens einem zusaetzlichen, anderweitig angetriebenen Spuel- oder Ladegeblaese

Info

Publication number: DE962026C
Application number: DEA23392A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Linsi
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1955-08-22
Filing date: 1955-09-14
Publication date: 1957-04-18

Description

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbogebläse und mindestens einem zusätzlichen, anderweitig angetriebenen Spül- oder Ladegebläse Brennkraftmaschinen werden in bekannter weise mittels Abgasturbogebläsen aufgeladen, d. h. mittels Kreiselgebläsen, die von Gasturbinen angetrieben werden, deren Betriebsmittel die Auspuffgase der Kraftmaschine selbst sind. Das Verfahren wird sowohl auf Viertaktmaschinen wie auch . auf Zweitaktmaschinen angewendet. Die Abgase der Kraftmaschine werden entweder in einem verhältnismäßig großen Behälter gestaut, bevor sie der (oder den) Laderturbine(n) im sogenannten nCrleichdruck« zugeleitet werden, oder es können mit Hilfe von engen Auspuffleitungen die Auspuffstöße der einzelnen Zylinder der Kraftmaschine ausgenutzt werden. -Bei Zweitaktmaschinen reicht bei niedriger Belastung die in den Auspuffgasen enthaltene Energie oft nicht aus, um die ganze für die Spülung und Aufladung der Maschinenzylinder benötigte Gebläseleistung aufzubringen. Für solche Fälle ist schon vorgeschlagen worden, ein oder mehrere zusätzliche, anderweitig angetriebene Ladegebläse mit dem (den) Abgasturbogebläse (n) zu kombinieren. Die Abgasturbogebläse und die anderweitig angetriebenen Gebläse sind entweder hintereinander oder nebeneinander geschaltet. Bei den Zusatzgebläsen kann es sich sowohl um Kolbenpumpen wie auch um Kreiselgebläse handeln; es werden aber auch Drehkolbenverdichter, die Unterseite der Kolben der Kraftmaschine selbst, oder Kurbelkastenpumpen verwendet. Der Antrieb dieser Zusatzgebläse kann im übrigen durch mechanische oder elektrische Motoren oder durch die Kraftmaschine selbst erfolgen.
Bei Nebeneinanderschaltung der Abgasturbogebläse und der Zusatzgebläse tritt oft, besonders bei Teilbelastung der Kraftmaschine, ein )>Pumpen@c der Ladegebläse auf, d. h. eine unregelmäßige Luftförderung derselben, verbunden mit Luftdruckschwankungen, wobei dann die Kraftmaschine unter Luftmangel leidet. Dies tritt dann auf, wenn die von der Turbine an das Gebläse abgegebene Leistung nicht genügt, um so vielLuft zu fördern, wie für das stabileArbeiten des Gebläses erforderlich ist. Für solche Fälle ist schon vorgeschlagen worden, die Laderturbine mit einem besonderen Düsensegment zu versehen, durch welches ihr zwecks Erhöhung der Turbinenleistung von dem zusätzlichen Gebläse geförderte Luft zugeführt werden kann.
Die Erfindung betrifft demnach eine Brennkraftmascbine mit mindestens einem Abgasturbogebläse und mindestens einem zusätzlichen, anderweitig angetriebenen Spül- oder Ladegebläse, die beide parallel in einem Spül- oder Ladeluftaufnehmer fördern, wobei die Abgasturbine mit einem besonderen Düsensegment versehen ist, durch welches ihr von dem zusätzlichen Gebläse geförderte Luft zugeführt werden kann, und ist gekennzeichnet durch Regelorgane in den Abgas-und Luftleitungen, mit deren Hilfe bei zunehmender Leistung der Brennkraftmaschine mindestens ein Teil der von dem zusätzlichen Gebläse geförderten Luft j e ins Freie und in den Spül- oder Ladeluftaufnehmer geleitet wird, während gleichzeitig das besondere Düsensegment der Abgasturbine mit Abgas beaufschlagt werden kann. Die Zeichnung zeigt in Fig, i ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, während in Fig. z die Gas- und Luftzuleitung zur Laderturbine gesondert dargestellt ist.
In Fig. i stellt i einen Zylinder einer Brennkraftmaschine schematisch dar; mit z ist ein Lade- oder Spülluftaufnehmer und mit 3 ein Abgasbehälter bezeichnet. Bei q. ist der Läufer eines Abgasturbogebläses gezeigt, dessen Abgasturbine q." und Kreiselgebläse q.b auf derselben Welle angeordnet sind. Ein anderweitig angetriebenes Zusatzgebläse 5 ist beispielsweise als Kolbenpumpe dargestellt, deren Antrieb nicht besonders gezeigt ist. Der Luftaufnehmer 2 wird sowohl vom Ladegebläse q.b wie auch vorn Zusatzgebläse 5 gespeist; aus dem Abgasbehälter 3 kann die Ladeturbine q." durch zwei gesonderte Gasleitungen beaufschlagt werden, die in Fig. 2 nochmals separat dargestellt sind.
In Fig. 2 ist überdies ein Teilstück des Schaufelkranzes der Abgasturbine q.a gezeigt sowie ein Teilstück ¢, der üblichen Düsensegmente für die Zuleitung der Abgase der Kraftmaschine zu demselben; daneben ist aber bei 4, auch ein besonderes Düsensegment dargestellt, durch welches der Laderturbine zwecks Erhöhung der Turbinenleistung von dem zusätzlichen Gebläse 5 geförderte Luft zugeführt werden kann.
In verschiedenen Luft- und Gasleitungen, die das Abgasturbogebläse, das Zusatzgebläse, den Abgasbehälter und den Luftaufnehmer in der dargestellten Weise miteinander verbinden, sind Regelorgane angeordnet, mit deren Hilfe bei zunehmender Leistung der Brennkraftmaschine mindestens ein Teil der vom zusätzlichen Gebläse geförderten Luft je ins Freie und in den Spül- oder Ladeluftaufnehmer geleitet wird, während gleichzeitig das besondere Düsensegment der Abgasturbine mit Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden kann. Ein solches Regelorgan 6 befindet sich in einer Ausblaseleitung. Ein weiteres Regelorgan 7 ist in einer der Luftleitungen, die das Zusatzgebläse 5 mit dem Spülluftaufnehmer 2 verbinden, angeordnet, und ein drittes Regelorgan 8 befindet sich in der Luftleitung, die zum besonderen Düsensegment 4d der Abgasturbine führt. Schließlich ist auch noch die Gasleitung, die den Abgasbehälter 3 mit diesem Düsensegment 4 verbindet, mit einem Regelorgan g versehen.
Mit der gezeigten Anordnung der Gas- und Luftleitungen und der Regelorgane sind für die Kraftmaschine verschiedene Betriebsweisen möglich. In erster Linie kann bei entsprechender Stellung der Regelorgane die Luft, die bei gewissen Kraftmaschinenleistungen zum Antrieb der Abgasturbine dient, ins Freie und in den Luftaufnehmer abgeblasen werden, während gleichzeitig alle Düsensegmente der Abgasturbine, mit Einschluß des besorideren Segmentes .fd, mit Abgas beaufschlagt werden. Durch diese Maßnahmen wird die zum Antrieb des Zusatzgebläses nötige Leistung vermindert und gleichzeitig der Kraftmaschine noch etwas mehr Luft zugeführt. Sodann kann die Regelung wie soeben beschrieben erfolgen, mit dem Unterschied, daß bei höherer Leistung der Kraftmaschine nur Luft ins Freie abgeblasen und die Luftzuleitung zur besonderen Düse nicht unterbrochen wird. Durch diese Maßnahme wird der Gegendruck nach dem Zusatzgebläse wesentlich herabgemindert und deren Leistungsaufnahm.'e wird klein. Die eben beschriebene Regelung kann so verändert werden, daß die Luftzufuhr zur besonderen Düse unterbrochen und diese dafür mit Abgas beaufschlagt wird. Dadurch wird der Turbinenwirkungsgrad verbessert, da keine Teilbeaufschlagung der Gasturbine mehr stattfindet. Die in erster Linie beschriebene Regelung kann so variiert werden, daß bei höherer Leistung der Kraftmaschine nur Luft in den Luftaufnehmer abgeblasen und dabei die besondere Düse weiterhin mit Luft beaufschlagt wird. Diese Regelungsart kommt in Frage für Kraftmaschinen, bei denen auch bei Vollast die Abgasturbogebläse zu wenig Luft fördern und es deshalb zweckmäßig ist, durch das zusätzliche Gebläse parallel zum Abgasturbogebläse noch Luft fördern zu lassen. Eine Variante der zuletzt beschriebenen Regelungsart besteht darin, daß die Luftzufuhr zur besonderen Düse unterbrochen wird. Dadurch wird vermieden, daß Luft durch die Düse verlorengeht. Wird bei der soeben beschriebenen Regelung die Düse mit Abgas beaufschlagt, so werden Teilbeaufschlagungsverluste an der Turbine vermieden. Schließlich können -die Regelorgane so betätigt werden, daß bei Ausfall eines Turboladers automatisch oder durch Handverstellung alle von dem Zusatzgebläse geförderte Luft der Kraftmaschine zugeführt wird, womit vermieden wird, daß Luft verlorengeht, und erreicht wird, daß die Kraftmaschine noch möglichst viel Leistung abgeben kann. Laut bestehenden Vorschriften wird etwa verlangt, daß aufgeladene Zweitaktmotoren über ein Hilfsgebläse verfügen müssen, das bei Ausfall des Abgasturbogebläses eingesetzt werden kann; das zuvor erwähnte Zusatzgebläse stellt ein solches Hilfsgebläse dar.
Die Verstellung der beschriebenen Regelorgane kann von Hand erfolgen oder aber selbsttätig, sei es in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kraftmaschine oder von einem der im Svstem vorhandenen Drücke, z. B. dem Druck in der Förderleitung des Zusatzgebläses, oder sei es in Abhängigkeit von der Füllungsverstellung der Kraftmaschine oder von irgendeiner oder von mehreren der leistungsabhängigen Größen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbogebläse und mindestens einem zusätzlichen, anderweitig angetriebenen Spül- oder Ladegebläse, die beide parallel in einem Spül- oder Ladeluftaufnehmer fördern, wobei die Abgasturbine mit einem besonderen Düsensegment versehen ist, durch welches ihr von dem zusätzlichen Gebläse geförderte Luft zugeführt werden kann, gekennzeichnet durch Regelorgane in den Abgas- und Luftleitungen, mit deren Hilfe bei zunehmender Leistung der Brennkraftmaschine mindestens ein Teil der von dem zusätzlichen Gebläse geförderten Luft j e ins .Freie und in den Spül- oder Ladeluftaufnehmer geleitet wird, während gleichzeitig das, besondere Düsensegment der Abgasturbine mit Abgas beaufschlagt werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 520 -63; schweizerische Patentschrift Nr. 133 564-