CH188403A - Brennkraftmaschine. - Google Patents

Description

      Br        ennkraftmaschine.       Die Erfindung     betrifft    eine Brennkraft  maschine     mit        nachgeschalteter        Gasturbine     und     bezweckt,        in    den durch den     Auslass          abströmenden    Gasen enthaltene     kinetische     Energie als solche in der Turbine nutzbar       machen    zu können.

   Die Erfindung besteht       darin,        dass    der Querschnitt der den     Auslass          des        Brennkraftzylin:ders    mit der Turbine ver  bindenden     Leistung    kleiner     ist    als der Quer  schnitt des     Auslasses    und     sprunghafte    Quer  schnittserweiterungen in dieser     Leitung    ver  mieden sind.

       Bei        Brenukraftmasclhinen    mit       Auslassschlitzen    und Freikolben legt der die       Auslassschlitze        steuernde    Freikolben     vorteil-          hafterweise    nach dem     vollständigen    Ab  decken der     Auslassschlitze    noch eine weitere  Hubstrecke     bis    zur Kolbenumkehr zurück,  um durch     Verlängerung    der Spülzeit einen  kleinen     Auslassquerschnitt    ohne     gleichzeitige     Erhöhung des Spüldruckes zu     ermöglichen.     



  Bei bekannten     Bremskraftmaschinen,    wel  che mit Abgasturbinen     zusammenarbeiten,     ist der     Querschnitt    der     Auspuffleittzn;gen     wesentlich ;grösser als dis grösste Eröffnung    der     Auspuffquerschnitte    am     Zylinder.        Beim          Austritt    der Auspuffgase     aus    dem     Auslass     des     Brennkraftzylinders        wird    die     kinetische     Energie infolge der     Verwirbelung    beim  Übergang vom kleineren zum grösseren Quer  schnitt in 

  Wärmeenergie umgewandelt. Die  Ausnutzung der     in        Wärme    umgewandelten       kinetischen    Energie ist mit ,grösseren Ver  lusten verbunden als die Ausnutzung der  kinetischen Energie als solche in der Turbine.  



  Die bekannten Anordnungen haben daher  den     Nachteil,        @dass    sie eine wesentliche Aus  nutzung der     kinetischen        Energie    der Aus  puffgase nicht     ermögliohen.     



  Diese Nachteile werden gemäss .der Er  findung .durch .die     vorteilhafte        Ausbildung     der     Verbindungsleitung        zwischen    ,dem     Brenn-          kraftzylinder    und der Turbine vermieden.  



  Auf der Zeichnung     sind        Ausführungs-          beispiele    der Erfindung     schematisch    dar=  gestellt.  



       Fig.    1     zeigt    einen     Längsschnitt        durch     eine     Brenukraft-Freikolben-Verdichteranlage              mit    der dem     Brennkraftzylinder    nach  geschalteten     Gasturbine;

            Fig.    2     und    3     zeigen,die        Ausbildung    der  Schlitze und der     Verbindungsleitung    bei ein  seitiger     Anordnung    der     Auslassschlitze,          Fig.    4 und 5 bei auf dem ,ganzen     Umfang     verteilten     Auslassschlitzen;          Fig.    6 zeigt den Anschluss mehrerer Zy  lindereinheiten     an.    eine     gemeinsame    Turbine.  Der     Brennkraft-FneikolbenverdÄ@chter    1     in.     



       Fig.    1 hat einen     Brennkraftzylinder    2 zwi  schen den     Verdichterzylindern    3 und 4. Die  zu     Stufenkolben        zusammengesetzten        Brenn-          kraft-    und     Verdichterkolben    5, 6 arbeiten als       Freikolben.    Die     in    gen     Verdichterzylindern    3  und 4     verdichtete        Luft    gelangt durch :

  den  Aufnehmer 7 und     die        E.inlassschlitze    8     in,den          Brennkraftzylinder    z.     Beim        Einwärtshub    -der  Freikolben 5,     @6    wird die Luft     im        Brennkraft-          zylinder        verdichtet,    und am Ende des Hubes  über das Brennstoffventil 9,     das    an     ,einer     nicht     dargestellten        Brennstoffpumpe    an  geschlossen ist,

       Brennstoff    in die 'hochver  dichtete Luft eingespritzt,     wonach    die Ver  brennung     einsetzt    und der     Ausdehnungshub     beginnt. Am Ende desselben werden zu  nächst     die        Auslassschlitze    10     ,geöffnet,        und     die im     Brennkraftzylinder    '2 enthaltenen<B>Ab-</B>  gase strömen     .durch        die        Verbindungsleitung     11 und die     Düse    12 und     beaufschlagen    das  Laufrad :

  der Gasturbine 13, das die     Leistung     über die Welle 14 an     eine        Arbeitsmaschine,     einen Stromerzeuger oder     dergleichen    abgibt.  



       Fig.    2 stellt     einen        Querschnitt    durch die       Auslassschlitze    10 :dar, die nur an     einer    .Seite  des     Brennkraftzylinders    2 angeordnet sind.  Die Abgase     entströmen    dem Zylinder 2  durch die Schlitze 10     in    den     Auslassstutzen     1.5, der     einen    Teil -der     Verbindungsleitung    11  darstellt.  



  In     Fig.,3    ist die     Anordnung    :der     Schlitze     nach     Fig.    2 im Längsschnitt     gezeigt.    Nach  dem     vollständigen    Abdecken der     Auslass-          schlitze    legt     der,die        Auslassschlitze        steuernde     Freikolben -6     beim        Auswärtshub        noch    die  weitere Hubstrecke     la,,    bis zur Kolbenumkehr  zurück.

       Dadurch    wird die     @Spülzeit    verlän  gert"da während dieser     Hubstrecke    die Aus-         lassschlitze        vollständig    offen     bleiben        und    die  durch die     Einlassschlitze    8 eintretende Spül  luft ständig durch die     Auslassschlätze    ent  weichen kann, bis der Kolben 6     beim        Ein-          wärtshub,die    Hubstrecke     h,

      zurückgelegt hat  und     das    Zudecken der Schlitze 10     beginnt.     Das hierbei     entstehende        Druckdiagramm        ist     aus     Fig.    3 ersichtlich.

   Vom     Beginn    des     Aus-          lasses   <I>a</I> senkt sich     bis   <I>b</I> der     Druck    im     Zylin-          der    auf -den Gegendruck ab     und    bleibt über  die Zeit der     Kolbenumkehr    bei c     vollständig     gleich, bis der Kolben 6     die        Stellung    d er  reicht     und        bei    d die     Kompression    im Zy  linder 2 beginnt.

   Der     Querschnitt    des Zy  linders f Z verhält sich zum     Querschnitt        ,des          Auslasses        f",        das    heisst zu dem     vollständigen,     am     innern    Umfang     ges        Zylinders    2 gemes  senen     Querschnitt    der     ,Schlitze    10, und zum  Querschnitt f     r    der     Zwischenleitung    11     wie     100     :2,2,5    : 20.  



  In     Fig.    4 und :5     sind,die    Schlitze 10 über  den ganzen     Zylinderumfang        verteilt,    so     @dass     ,der     Auspuffstutzen    als     Ringwulst        ausgebil-          det    ist.

   Es verhalten sich hier der     Quer-          schnitt        ges        Brennkraftzylinders    2 zum     Aus-          lassquers,chnitt        f",        und    zum     Querschnitt        fr    der       Zwischenleitung        wie    100 : 54. 31.

   Die     Druck-          absenkung    hat infolge     -des        ,grösseren        Auslass-          querschnittes        bereits    vor .der völligen Ab  deckung der     Auslassschlitze    10 bei b' statt  gefunden, so     idass    die     Verlängerung    des  Hubes     h2        kleiner    sein     kann    als     der    Hub  teil     h,.    in     Fig.    3 und     auch,

  die        Kolbenumkehr     c' näher zum wirksamen Hub der Freikolben  gerückt ist. Der     Querschnitt        f.*    der Schlitze  10     beim    Erreichen des     Druckausgleiches    bei  b' beträgt     0,3,5    des     Zylinderquerschnittes.    Es       sind    dies     lediglieh    Beispiele von     Querschnitts-          verhIltnissen,    die in     beliebig        andern    Verhält  nissen gewählt werden     können.     



  In     Fig.-6    sind die     Auslassstutzen    15 .der       Brennkraftzylinder    16     einer        Kurbelwellen-          maschine    oder einer     Freikolbenmaschine    mit       Luftverdichtern    an die     Abgasleitungen    17       angeschlossen.    Je zwei     Leitungen    17 münden  in eine     Leitung    18, welche denselben Quer  schnitt     wie    jede der beiden Leitungen 1,7 auf  wehst.

   Da die     Auslasszeiten    der an     die    Lei-           tungen    17     angeschlossenen        Brennkraftzylin-          der    16 verschieden sind,     ist    die     grösste     sekundliche Abgasmenge, die durch je eine       Leitung    18 strömt,     ebensogross    wie die grösste  sekundliche Abgasmenge, welche aus einem  der beiden     Brennkraftzylinder    austritt, wenn  sich die     Auspuffstösse,der    beiden Brennkraft  zylinder 16 nicht überdecken.

   Die Leitungen  18 führen zu -den Düsenkammern 19 der Tur  bine 20, die die auf .der Welle 21 befestig  ten Laufräder 22     beaufschlagen.    Zwischen  den beiden Laufrädern 22 ist ein Leitrad 23       angeordnet,    und die entspannten Gase .ge  langen über den Abgasstutzen 24, an den       eine    nicht gezeichnete     Abgasleitung    an  geschlossen ist, ins Freie. In den Leitungen  17 und 18 sind Leitschaufeln 25 eingebaut.  



  Besonders     wichtig    ist     eine    gute Aus  nutzung der kinetischen Energie bei Frei  kolbenverdichtern, welche als reine Treibgas  erzeuger in Verbindung mit     Gasturbinen     arbeiten, denn hier liegt die der     Gesamt-          anla.geleistung    entsprechende Energie aus  schliesslich in der Druckenergie und in :der       kinetischen    Energie der aus den Brennkraft  zylindern abströmenden Auspuffgase und  Luft, während bei bisher bekannten Kurbel  wellenmaschinen mit     Abgaeturbinenanschluss     die in den Abgasen enthaltene Energie nur  einen Bruchteil der Gesamtleistung ent  spricht.

   Bei     Brennkraft-Freikolbenverdich-          tern    beträgt nun die in den Abgasen enthal  tene     kinetische    Energie des Auspuffstosses 20  bis 30     %    der in dem aus der     Brennkraft-          masehine    austretenden     Abgasluftgemisch    ent  haltenen     reinen    Druckenergie.  



  Ferner liegen bei der     Freikolbenmaschine     die Spülverhältnisse insofern     vorteilhafter       als bei     Isurbelwellenmasehinen,    als die .Spül  dauer durch beliebige Verlängerung des Frei  kolbenhubes über den Teil hinaus, während  dessen die Ausdehnung und der Vorauspuff  stattfindet, ohne nennenswert vergrösserte  Bauhöhe und erhöhte Baukosten verlängert  werden kann. Es lässt sich daher bei Frei  kolbenmaschinen der     Querschnitt    der Aus  puffleitung     vermindern,    ohne     gleichzeitig    die       Spüliiberdrücke    in     unwirtschaftlicher    Weise  zu erhöhen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Brennkraftmaschine mit nachgeschalteter Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der den Auslass des Brennkraft- zylinders mit der Turbine verbindenden Lei tung kleiner ist als der Querschnitt ,des Aus- lasses, und sprunghafte Querschnittserweite- rungen in dieser Leitung vermieden sind, zum Zweck,

   in den durch den Auslass abströ menden Gasen enthaltene kinetische Energie als solche in der Turbine nutzbar machen zu können. UNTERANSPRUCH: Brennkraftmas.ehine nach Patentanspruch, mit Auslasssehlitzen und Freikolben, dadurch gekennzeichnet, dass der :die Auslass.sehlitze steuernde Freikolben nach dem vollständigen Abdecken der Auslassschlitze noch eine wei tere Hubstrecke bis zur Kolbenumkehr zu rücklegt, zum Zweck, durch Verlängerung der Spülzeit einen kleinen Auslassquerschnitt ohne gleichzeitige Erhöhung des Spüldruckes zu ermöglichen.