CH202931A - Brennkraftmaschine mit Spülung und Aufladung, insbesondere für Höhenflug. - Google Patents
Brennkraftmaschine mit Spülung und Aufladung, insbesondere für Höhenflug.Info
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Description
Br ennkraftmasghine mit Spülung und Aufladung, insbesondere für Höhenflug. Mit zunehmender Höhe über dem -Meeres spiegel nimmt ,die, in einer Brennkraftmaschine erzie,lbareLeistung ab. Diesen Leistunb abfall kann man ausgleichen, wenn. die Verbren- nungsluft vor Eintritt in die Brennkraft- Maschine in einem besonderen Verdichter auf ,den Druck, der in. Erdnähe herrscht, -verdich- @tet wird. In grossen Höhen ist nun aber zur Verdichtung der gesamten Inftmenge auf -den in Erdnähe herrschenden Druck eine ganz bedeutende Antriebsleistung erforder- lich, die den Betrieb .der Brennkraftmm@chine im höchsten Grad unwirtschaftlich bestalten würde. Man verwendet daher zur Vorverdich- tung der Luft Abgasturbagebläse,welche :die Energie Ader Abgase zur Luftverdichtung ausnützen. Infolge des Zusammenarbeitens zwischen, Motor und Abgasturbine' einerseits und Gebläse und Motur anderseits ist es nun nicht möglich, mit einem Abgasturbogebläse ohne besondere Regelvorrichtungen die Lei- stung,der Brennkraftmaschine in jeder Höhe gleich zu halten. Die Leistungsabnahme mit zunehmender Höhe ist bei Verwendung eines Abgasturbogebläses allerdings weit .geringer als bei einer Brennkraftmaschine ohne Ab- gasturbogebläse, sie ist aber doch je nach Veränderlichkeit des Wirkungsgrades des Abgasturbogebläses mehr oder weniger grüss. In Fig. 1 ist das von einem Abgastrurbo- gebläse .geförderte Luftgewicht in @bh@än@gig- keit vom Luftaussendruck aufgetragen. Die ausgezogene Kurve stellt das Luftgewidht bei gleichbleibendem adiabatischen Wirkungs- graddes Abigasturbogebläses dar und, die ge strichelte Kurve bei mit der Höhe abnehmen- dem Wirkungsgrad von 50 auf 45 %. Man kann bei -#Tsrbrennun-gskraftma,-chinen die Änderung des Luftgewichtes der Änderung .der indizierten Leistung .gleichsetzen. Es ist nun zur Erzielung einer möglichst hohen Leistung bei mit Abgmturbogebläse ausgerüsteten Brennkraftmaschinen bekannt, die bei der Entspannung der Verbrennungs- gase bei Öffnung des Auslassventils frei werdende Energie .durch zweckmässige Be messung und Anordnung der Auspuffleitun gen auszunützen und ausserdem Vorkehrun gen für eine möglichst wirksame Spülung der Zylinder der Brennkraftmaschine zu treffen. Um eine .Störung der Spülung durch die Auspuffstösse zu verhindern, unterteilt man zweckmässigerweise die Auspuffleitun gen je nach der Zündfolge und der Kurbel versetzung. Man hat bei vielzylindrigeii Brenükraftmasehinen also immer mehrere Auspuffleitungen und entsprechend mehrere Düsenkammern an der Abgasturbine. Wollte man daher ein derartiges Abgas- turbogebläse regeln, dann müssten die Regel- vorrichtungen bei jeder Düsenkammer an gebracht werden, was ausser einer sehr un erwünschten Gewichtsvermehrung beachtliche bauliche Schwierigkeiten bietet. Beider Re gelung .der Abgasturbine durch Umführung von Luft aus !dem Gebläse unter Umgehung des Motors in die Abgasturbine ist ausserdem noch die Tatsache unangenehm, da.- durch die Ausnutzung der Auspuffstösse beim Öffnen : des Auslassorganes in der Auspuff leitung kein gleichbleibender, sondern ein er heblich schwankender Druck herrscht. Wäh rend der mittlere Auspuffdruck vor der A<B>b</B> gasturbine unterhalb des Luftdruckes hinter dem Gebläse liegt, überschreiten die Druck- spitzen in der Auspuffleitung den Luftdruck ganz beträchtlich. Bei Luftumsohleusung kann also während dieser Druckspitzen Ab gas in die Umführunbgsleitung zurückströmen. Da dieses Rückströmen periodisch im Takt ,der Brernnkraftmaschine auftritt, kann ein lebhaftes Hin.- und Herpendeln verursacht werden. Nach der Erfindung werden nun zur Er zeugung der .Spül- und Aufla;deluft zwei hintereinaüdergeschaltete Abgasturbinen vor gesehen, die je ein Turbogebläse antreiben. Inder I"ig. 2 ist in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel ,der Erfindung nar- gestellt. Von einer Brennkraftmaschine 1 führen je nach der Zylinderzahl mehrere Abgas- leitengen 2, 3 zu der ersten Abgasturbine 4, aus ,der sie nach Beaufschlabaung .des Turbi nenrades 5 .durch die Leitung 6 der zweiten Abgasturbine 7 zuströmen, welche sie durch den Aulassstutzen 8 verlassen. Die Aussenluft wird von dem mit der Turbine 7 verbundenen Gebläse 9 angesaugt und durch die Leitung 7.0 zum Gebläse 11 gedrückt, .das mit der Ab gasturbine 4 verbunden ist. Von hier aus wird die verdichtete Luft durch die Leitung 12 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Die Abgasturbine 4, in das die Abgase der Brenn- kraftmaschine zuerst eintreten, arbeitet mit veränderlichen Druck vor den Düsen der Abgasturbine 4. Diese Turbine nützt die durch die Entspannung der -#Terbrennungs- baMe freiwerdende Energie aus und hat je nach der Zylinderzahl der Brenakraft- niaschine mehrere getrennte Düsenkammern. Nach Durchströmen der ersten <RTI ID="0002.0104"> Abgastur- bine 4 werden die Abgase in eine zweite Abgasturbine 7 geleitet. Die vor :dem. Eintritt in die erste Turbine bestehenden Druck <B>(</B> chwankungen werden in der ersten Turbine 4 ziemlich abgeschwächt. Durch die weite Leitring 6 von der ersten Turbine zur zweiten Turbine 7 werden; die Drueksehwankungen noch weiter abgeschwächt, ;so da3 vor der zweiten Turbine 7 ein praktisch gleichblei- bender Druck herrscht. Die zweite Turbine 7 hat nur eine einzige Düsenkammer. De Luftführung ist :der Ab,--.isführuug entgegengesetzt, das heisst die Aussenluft wird von dem mit der zweiten Abgasturbine 7 ,gekuppelten Turbogebläse 9 angesaugt und hier auf etwa 1,0 ata verdichtet. Dann wird sie dem mit der ersten Abgasturbine ge- kuppelten Turbogebläse 11, zugeleitet und hier auf den für .die .Spülung und Aufladung des Motors erforderlichen Druck verdichtet. Wenn man die beiden Abgasturbogebläse ohne jede besondere Regelungsvorrichtung betreibt, dann kann man wohl eine grössere Höhe mit einer grösseren Motorleistung er reichen, eine Abnahme der Motorleistung ist aber auch hier mit zunehmender Höhe fest- zustellen. Da nun aber die zweite Abgas turbine 7 nur eine Düsenkammer hast und mit ann: ällernd gleichbleibendem Druck vor dar Düsenkammer arbeitet, ist hier die Anörd- nunLg einer R,egelüng ohne praktische Sehwie- rigkeiten möglich. Ausserdem ist .durch die vorhergehende Entspannung der Abgase in der ersten,- Turbine ' 4 " lieüeits eine' -gewisse Temperaturabsenkung eingetreten, ; so dass sich der Betrieb der Regelvorrichtungen eiu- facher gestaltet. Durch eine entsprechende Regelungsvorrichtung .ist man 2n .der Lage, biss in Höhen von etwa 8 km eine gleich bleibende Leistung der Brennkraftmuschne zu erzielen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist Luftumschleusung vorgesehen. Das Turbogebläse 11 bekommt unabhängig von der Höhe stets das gleiche Luftgewicht und auch etwa das gleiche Luftvolumen von dem Turbogebläse 9 zugeführt und hat es auf ein ebenfalls unabhängig von der Höhe gleichbleibendes Druckverhältnis zu verdich ten. Da mit steigender Flughöhe der Aus- puffgegendruck der Turbine 7 kleiner wird, vergrössert sich -das in der Turbine zu ver arbeitende Gefälle und damit die Leistung der Turbine. Sie läuft schneller und saugt, dabei ein grösseres Luftvolumen an. Da die Dichte der Luft aber ,geringer ist, bleibt das angesaugte Luftgewicht infolge der Re- gelungsmöglichkeit der Turbinenleistung an nähernd gleich. In. Weiterausbildung ,der Erfindung kann man die erste Abgasturbine 4, die die aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgase unmittelbar aufnimmt, unter Zwischenschal- tung eines Getriebes 16 mit der Brennkraft- maschine 1 kuppeln. Diese Massnahme hat den Vorteil, dass in den Fällen, in denen die Abgasenergie. nicht ; ganz zum Antrieb der Spül- und Aufl.alegebläse ausreicht, was zum Belieiel beim Anfahren und beim Leerlauf- betrieb von Z,weitaiktbsennkraftmaschinen eintreten kann, der Betrieb doch noch gesi- chert ist. Ferner kommt der mechanischen Kupplung das erstens Abgasturbogebläses mit der Brennkraftmaschine bei Ausfas1 einer oder beider Abgasturbinen eine erhebliche <RTI ID="0003.0136"> Bedeutung als Reserve zu und Schliesslich kann noch etwa auftretende Ü:berschussenergi e der Abgasturbine auf den. Motor übertragen werden. ' Die ' Frischlüftzuführung zwecks Re gelung der Abgasturbine Verfolgt mittels -der Leitung .<B>13</B> und des eingebauten Regel- organes 14. Die Leitung 13 verbindet die Luftleitung 10 mit der Abgasleitung 6. Eine Regelung der eisten Abgasturbine 4 findet nicht statt. Es ist .jedoch nicht unbediugt nötig, , dass die Regelung der Abgasturbine 7 durch Frisehluftzuführuog erfolgt, sondern sie kann auch in irgend einer andern Weise, z.<B>B.</B> durch Veränderung der Düsenquer- schnitte, vorgenommen werden:. In Fig. 2 sind beide Abgasturbinen und Turbogebl:äse einstufig dargestellt. Es kön nen natürlich auch mehrstufige Abgastur binen und Turbogebläse verwendet werden. Die' Brennkraftmaschine nach der Erfin- dung isst nicht nur für den Höhenflug ver wendbar, sondern überall dort, wo Brenn- kraftmoschianeil in verschiedenen Höhen über dem Meeresspiegel betrieben werden, z. B. bei Lokomotiven, die in Gebirgen .grössere Höhen unterschiede zu Überwinden haben.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH: Brennkraftmascbdne mit Spülung und Aufladung, insbesondere für Höhenflug, da durch ,gekennzeichnet, @dass zur E rzeugung der Spül- und Aufladeluft zwei hiutereinan- d emgeschaltete Abgasturbinen (4, 7) vor gesehen sind,die je ein Turbogebläse (11, 9) antreiben. . UNTERANSPRüCHE: 1. Brennikraftmasehine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ,die zuerst von den Abgasen beaufschlagte Turbine (4) mit einer der Zahl der Abgasleitungen entsprechenden Zahl von :getrennten Düsen- kammern versehen ist und nicht geregelt wird, während die zweite Abgasturbine (7) nur eine Düsenkammer besitzt und die Energ@eizufubr .geregelt wird. z.Brennkraftmas@chine nach Patentanspruch, ,dadurch RTI ID="0003.0247" WI="15" HE="4" LX="1197" LY="2130"> gekennvzei chnet, dass die Luft von dem mit der zweiten, regelbaren Turbine (7) verbundenen Gebläse (9<B>)</B> angesengt und dem mit der ersten, nicht regelbaren Turbine (4)verbundenen CTabläse (11) zu- geführt wird, von dem aus sie zur Brenn- kraftmaschine (1) strömt. 3.Brennkraftmaschine nach Patentanspruch, -dadurch gekennzeichnet, @dass die erste un mittelbar von den Abgasen beaufsahla,gte EMI0004.0021 Turbine <SEP> (4) <SEP> mittels <SEP> eines <SEP> Uhnradvor bgelegas <SEP> (1r5) <SEP> mit <SEP> der <SEP> Kurbelwelle <SEP> der <tb> Brennkraftmaschine <SEP> (1) <SEP> verbunden <SEP> ist.
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