CH717256A2 - Vorrichtung zur Abgasrückführung in einem längsgespülten Grossmotor sowie längsgespülter Grossmotor. - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Abgasrückführung in einem längsgespülten Grossmotor vorgeschlagen, mit einer Abgasleitung (6), welcher ein Abgas von einem Turbolader zuführbar ist, mit einer Rückführleitung (7) zum Rückführen des Abgases zu einer Energiegewinnungseinheit wobei die Rückführleitung (7) eine Mittelachse (M) aufweist und in die Abgasleitung (6) einmündet, wobei in der Rückführleitung (7) ein erster Ventilkörper (8) angeordnet ist, der um eine erste Drehachse (D1) drehbar ist, um den freien Strömungsquerschnitt in der Rückführleitung (7) zu verändern, wobei in der Abgasleitung (6) ein zweiter Ventilkörper (9) angeordnet ist, der um eine zweite Drehachse (D2) drehbar ist, um einen Teil des Abgases in die Rückführleitung (7) umzulenken, wobei die erste Drehachse (D1) und die zweite Drehachse (D2) jeweils senkrecht auf der Mittelachse der Rückführleitung (7) stehen, und wobei der erste Ventilkörper (8) und der zweite Ventilkörper (9) über eine gelenkige Verbindung (10) miteinander verbunden sind, sodass eine Drehung des ersten Ventilkörpers (8) auch eine Drehung des zweiten Ventilkörpers (9) bewirkt. Ferner wird ein längsgespülter Grossmotor mit einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung in einem längsgespülten Grossmotor sowie einen längsgespülten Grossmotor gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs der jeweiligen Kategorie.

[0002] Grossmotoren, die als Zweitakt- oder als Viertakt-Maschinen ausgestaltet sein können, beispielsweise als längsgespülte Zweitakt-Grossdieselmotoren, werden häufig als Antriebsaggregate für Schiffe oder auch im stationären Betreib, z.B. zum Antrieb grosser Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dabei laufen die Motoren in der Regel über beträchtliche Zeiträume im Dauerbetrieb, was hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit stellt. Daher sind für den Betreiber insbesondere lange Wartungsintervalle, geringer Verschleiss und ein wirtschaftlicher Umgang mit den Betriebsstoffen zentrale Kriterien. Grossmotoren haben typischerweise Zylinder, deren Innendurchmesser (Bohrung) mindestens 200 mm beträgt. Heutzutage werden Grossmotoren mit einer Bohrung von bis zu 960 mm oder sogar noch mehr eingesetzt.

[0003] Ein weiterer wichtiger Punkt ist seit einigen Jahren mit zunehmender Bedeutung die Energieeffizienz sowie die Qualität der Abgase, insbesondere die Stickoxid Konzentration in den Abgasen oder die Belastung mit Schwefel. Hier werden die rechtlichen Vorgaben und Grenzwerte für die entsprechenden Abgasgrenzwerte immer weiter verschärft. Das hat insbesondere bei Zweitakt-Grossdieselmotoren zur Folge, dass die Verbrennung des klassischen, mit Schadstoffen hoch belasteten Schweröls, aber auch die Verbrennung von Dieselöl oder anderen Brennstoffen problematischer wird, weil die Einhaltung der Abgasgrenzwerte immer schwieriger, technisch aufwendiger und damit teurer wird.

[0004] Unter den Aspekten des wirtschaftlichen und effizienten Betriebs, der Einhaltung von Abgasgrenzwerten und der Verfügbarkeit von Ressourcen sucht man daher nach Alternativen zum klassischerweise als Brennstoff für Grossmotoren verwendeten Schweröl. Dabei werden sowohl flüssige Brennstoffe eingesetzt, also Brennstoffe, die im flüssigen Zustand in den Brennraum eingebracht werden, als auch gasförmige Brennstoffe, also Brennstoffe, die im gasförmigen Zustand in den Brennraum eingebracht werden.

[0005] Beispiele für flüssige Brennstoffe als bekannte Alternativen zum Schweröl sind andere schwere Kohlenwasserstoffe, die insbesondere als Rückstände bei der Raffinerie von Erdöl übrigbleiben, Alkohole, insbesondere Methanol oder Ethanol, Benzin, Diesel, oder auch Emulsionen oder Suspensionen. So ist es z. B. bekannt, die als MSAR (Multiphase Superfine Atomised Residue) bezeichneten Emulsionen als Brennstoff zu verwenden. Dies sind im Wesentlichen Emulsionen aus einem schweren Kohlenwasserstoff, z. B. Bitumen, Schweröl oder ähnliches, und Wasser, die in speziellen Verfahren hergestellt werden. Eine bekannte Suspension ist diejenige aus Kohlenstaub und Wasser, die ebenfalls als Brennstoff für Grossmotoren eingesetzt wird. Als gasförmige Brennstoffe sind beispielsweise Erdgases wie LNG (liquefied natural gas) bekannt.

[0006] Eine ebenfalls bekannte Alternative zum reinen Betrieb mit Schweröl ist es, Grossmotoren so auszugestalten, dass sie mit zwei oder noch mehr unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden können, wobei der Motor je nach Betriebssituation oder Umgebung entweder mit dem einen Brennstoff oder mit dem anderen Brennstoff betrieben wird. Ein solcher Grossmotor, der auch als Multi-Fuel Grossmotor bezeichnet wird, kann während des Betriebs von einem ersten Modus, in welchem ein erster Brennstoff verbrannt wird, in einen zweiten Modus, in welchem ein zweiter Brennstoff verbrannt wird, umgeschaltet werden und umgekehrt.

[0007] Eine bekannte Ausgestaltung eines Grossmotors, der mit zwei unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden kann, ist der Motorentyp, für den heutzutage der Begriff „Dual-Fuel Motor“ gebräuchlich ist. Diese Motoren sind einerseits in einem Gasmodus betreibbar, in welchem ein gasförmiger Brennstoff, z.B. Erdgas oder Methan, zur Verbrennung in den Brennraum eingebracht wird, und andererseits in einem Flüssigmodus, in welchem ein flüssiger Brennstoff wie Schweröl oder ein anderer flüssiger Brennstoff in demselben Motor verbrannt werden können. Diese Grossmotoren können dabei sowohl Zweitakt- als auch Viertaktmotoren sein, insbesondere auch längsgespülte Zweitakt-Grossdieselmotoren.

[0008] Es sind auch solche Grossmotoren bekannt, die mit zwei unterschiedlichen flüssigen Brennstoffen betrieben werden können, wobei dabei üblicherweise beide Brennstoffe vorrätig sind, sodass der Motor auch während des Betriebs entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Brennstoff betreibbar ist.

[0009] Grossmotoren, die mit mindestens zwei oder auch mehr verschiedenen flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betrieben werden können, werden häufig, je nach aktuell verwendetem Brennstoff in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben. In dem häufig als Dieselbetrieb bezeichneten Betriebsmodus erfolgt die Verbrennung des Brennstoffs in der Regel nach dem Prinzip der Kompressionszündung oder Selbstzündung des Brennstoffs. In dem häufig als Ottobetrieb bezeichneten Modus erfolgt die Verbrennung durch die Fremdzündung eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches. Diese Fremdzündung kann beispielsweise durch einen elektrischen Funken erfolgen, z. B. mit einer Zündkerze, oder auch durch die Selbstzündung einer kleinen eingespritzten Brennstoffmenge, welche dann die Fremdzündung eines anderen Brennstoffs bewirkt. Bei den oben genannten Dual-Fuel Motoren ist es beispielsweise für den Gasmodus bekannt, das Gas im gasförmigen Zustand mit der Spülluft zu vermischen, um so im Brennraum des Zylinders ein zündfähiges Gemisch zu erzeugen. Bei diesem Niederdruckverfahren erfolgt dann die Zündung des Gemisches im Zylinder üblicherweise, indem im richtigen Moment eine kleine Menge flüssiger Brennstoff in den Brennraum des Zylinders oder in eine Vorkammer eingespritzt wird, die dann zur Zündung des Luft-Gas-Gemisches führt.

[0010] Ferner sind auch Mischformen aus dem Ottobetrieb und dem Dieselbetrieb bekannt.

[0011] Bei Grossmotoren strebt man heutzutage auch eine möglichst hohe Energieeffizienz an. Hierfür sind viele verschiedene Massnahmen bekannt. So wird beispielsweise angestrebt, den beim Verbrennungsprozess entstehenden Abgasen möglichst viel Energie zu entziehen, um diese Energie nicht ungenutzt, beispielsweise in Form von Wärme, an die Umgebung abzugeben. So ist es beispielsweise bei Dual-Fuel Grossmotoren bekannt, eine dynamische Verbrennungskontrolle (DCO: Dynamic Combustion Control) durchzuführen. Hierbei wird in Abhängigkeit des gerade verwendeten Brennstoffs und der aktuellen Last, bei welcher der Motor betrieben wird, ein Anteil der Abgase, welche aus der Turbine des Turboladers kommen, zu einer Energiegewinnungseinheit, beispielsweise einem Wärmetauscher, geführt, um die in den Abgasen noch enthaltene Wärmeenergie zu nutzen.

[0012] Dazu ist beispielsweise bekannt, aus der Abgasleitung, welche vom Turbolader zum Auspuff bzw. zum Schornstein des Grossdieselmotors führt, einen Teil des Abgases rückzuführen, um dem Abgas in einem Wärmetauscher Energie zu entziehen, die dann genutzt werden kann. In der Abgasleitung ist dann ein Rückdruckventil vorgesehen, welches den Druck in der vom Turbolader kommenden Abgasleitung erhöhen kann, und welches einen Teil der Abgase in eine Rückführleitung umlenkt, welche dann das Abgas einer Energiegewinnungseinheit, beispielsweise einem Wärmetauscher zuführt. Hierzu bedarf es zweier Ventile, nämlich eines ersten Ventils in der Rückführleitung, das üblicherweise als Absperrventil ausgestaltet ist, also zwischen einer Offenstellung und einer Schliessstellung umschaltbar ist, und eines zweiten Ventils, das in der Abgasleitung vorgesehen ist und üblicherweise als Rückdruckventil (BPV: back pressure valve) bezeichnet wird. Mit diesem Ventil lässt sich der Anteil des Abgases einstellen, der aus der Abgasleitung in die Rückführleitung umgelenkt wird.

[0013] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Abgasrückführung in einem längsgespülten Grossmotor vorzuschlagen, mit welcher in einfacher Weise zumindest ein Teil der Abgase, die aus dem Turbolader ausströmen, einer Energierückgewinnung zugeführt werden können. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen längsgespülten Grossmotor vorzuschlagen, der eine solche Vorrichtung umfasst.

[0014] Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gekennzeichnet.

[0015] Erfindungsgemäss wird also eine Vorrichtung zur Abgasrückführung in einem längsgespülten Grossmotor vorgeschlagen, mit einer Abgasleitung, welcher ein Abgas von einem Turbolader zuführbar ist, mit einer Rückführleitung zum Rückführen des Abgases zu einer Energiegewinnungseinheit, wobei die Rückführleitung eine Mittelachse aufweist und in die Abgasleitung einmündet, wobei in der Rückführleitung ein erster Ventilkörper angeordnet ist, der um eine erste Drehachse drehbar ist, um den freien Strömungsquerschnitt in der Rückführleitung zu verändern, wobei in der Abgasleitung ein zweiter Ventilkörper angeordnet ist, der um eine zweite Drehachse drehbar ist, um einen Teil des Abgases in die Rückführleitung umzulenken, wobei die erste Drehachse und die zweite Drehachse jeweils senkrecht auf der Mittelachse der Rückführleitung stehen, und wobei der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper über eine gelenkige Verbindung miteinander verbunden sind, sodass eine Drehung des ersten Ventilkörpers auch eine Drehung des zweiten Ventilkörpers bewirkt.

[0016] Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung ist es in besonders einfacher Weise möglich, einen Teil der Abgase, die aus dem Turbolader ausströmen, einer Energiegewinnungseinheit zuzuführen. Durch die gelenkige Verbindung zwischen den beiden Ventilkörpern bedarf es nur noch eines Antriebs, um beide Ventile zu betätigen, bzw. ihre Stellung zu verändern.

[0017] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper jeweils als kreisscheibenförmige Klappen ausgestaltet, die symmetrisch bezüglich der ersten bzw. der zweiten Drehachse angeordnet sind. Dies ist eine konstruktiv besonders einfache Möglichkeit der Ausgestaltung der beiden Ventilkörper.

[0018] Bevorzugt weist der zweite Ventilkörper einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Abgasleitung. Dadurch und durch die Ventilposition jeweils senkrecht auf der Mittelachse der Rückführleitung kann der zweite Ventilkörper die Abgasleitung insbesondere auch im Havariefall niemals vollständig verschliessen. Dies verhindert eine Zerstörung der Abgasleitung. So kann mit dem zweiten Ventilkörper der Staudruck in der Abgasleitung eingestellt werden, ohne dass der zweite Ventilkörper den freien Strömungsquerschnitt in der Abgasleitung vollständig verschliessen kann.

[0019] Ferner ist es bevorzugt, dass der erste Ventilkörper einen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Rückführleitung ist, sodass der erste Ventilkörper die Rückführleitung verschliessen kann. Der zweite Ventilkörper fungiert dann vorzugsweise als ein Absperrventil, dass in einer Offenstellung den Durchfluss durch die Rückführleitung öffnet, und dass in einer Schliessstellung den Durchfluss durch die Rückführleitung versperrt.

[0020] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Antrieb vorgesehen, um den ersten Ventilkörper um die erste Drehachse zu drehen. Über die gelenkige Verbindung wird dann bei einer Drehung des ersten Ventilkörpers zwangsläufig auch der zweite Ventilkörper gedreht.

[0021] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die gelenkige Verbindung ein erstes starres Element, welches gelenkig mit dem ersten Ventilkörper verbunden ist, ein zweites starres Element, welches gelenkig mit dem zweiten Ventilkörper verbunden ist, sowie ein Verbindungselement, das einerseits gelenkig mit dem ersten Element verbunden ist, und andererseits gelenkig mit dem zweiten Element verbunden ist.

[0022] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die gelenkige Verbindung eine Stelleinrichtung, mit welcher bei einem fixierten ersten Drehwinkel, um welchen der erste Ventilkörper gedreht wird, ein zweiter Drehwinkel, um welchen der zweite Ventilkörper gedreht wird, veränderbar ist. Somit bedarf es nur eines Antriebs zur Betätigung der beiden Ventilkörper, und gleichzeitig kann der zweite Drehwinkel verändert werden, ohne dass der erste Drehwinkel geändert wird. Folglich kann der erste Ventilkörper z. B. als Auf-Zu-Ventil ausgestaltet sein, und der zweite Ventilkörper kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Grossmotors auf unterschiedliche Drehwinkel eingestellt werden.

[0023] Die Stelleinrichtung umfasst vorzugsweise einen Linearmotor. Mit diesem kann dann beispielsweise die Länge des Verbindungselements geändert werden.

[0024] Durch die Erfindung wird ferner ein längsgespülter Grossmotor vorgeschlagen, welcher einen Turbolader umfasst, wobei stromabwärts des Turboladers eine Vorrichtung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, welche erfindungsgemäss ausgestaltet ist.

[0025] Vorzugsweise ist der Grossmotor als längsgespülter Zweitakt-Grossdieselmotor ausgestaltet.

[0026] Besonders bevorzugt ist der Grossmotor als Dual-Fuel Grossdieselmotor ausgestaltet, der in einem Flüssigmodus betreibbar ist, in welchem ein flüssiger Brennstoff zur Verbrennung in den Brennraum eingebracht wird, und der ferner in einem Gasmodus betreibbar ist, in welchem ein Gas als Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird.

[0027] Weitere vorteilhafte Massnahmen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0028] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Abgasrückführung, Fig. 2: eine Darstellung der beiden Ventilkörper mit dem ersten Ventilkörper in der Offenstellung, und Fig. 3: eine Darstellung der beiden Ventilkörper mit dem ersten Ventilkörper in der Schliessstellung.

[0029] Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Abgasrückführung in einem längsgespülten Grossmotors, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.

[0030] Der Grossmotor umfasst mindestens einem, üblicherweise aber mehrere Zylinder, in denen der Verbrennungsprozess abläuft.

[0031] Mit dem Begriff „Grossmotor“ sind solche Motoren gemeint, wie sie üblicherweise als Hauptantriebsaggregate für Schiffe oder auch im stationären Betrieb, z.B. zum Antrieb grosser Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt werden. Typischerweise haben die Zylinder eines Grossmotors jeweils einen Innendurchmesser (Bohrung), der mindestens etwa 200 mm beträgt.

[0032] Der Grossmotor kann als Viertakt- oder als Zweitakt-Motor ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Grossmotor als Grossdieselmotor ausgestaltet sein, speziell als längsgespülter Zweitakt-Grossdieselmotor. Mit dem Begriff „Grossdieselmotor“ sind dabei solche Grossmotoren gemeint, die in einem Dieselbetrieb betreibbar sind. Der Dieselbetrieb ist im idealisierten Grenzfall ein Gleichdruckprozess (Gleichdruckverbrennung), der auf einer Diffusionsverbrennung basiert. Im Dieselbetrieb erfolgt die Verbrennung des Brennstoffs üblicherweise nach dem Prinzip der Selbstzündung. Im Rahmen dieser Anmeldung sind mit dem Begriff „Grossdieselmotor“ auch solche Grossmotoren gemeint, die ausser im Dieselbetrieb alternativ auch in einem Ottobetrieb betrieben werden können. Der Ottobetrieb ist im idealisierten Grenzfall ein Gleichraumprozess (Gleichraumverbrennung), bei welchem die Verbrennung typischerweise nach dem Prinzip der Fremdzündung des Brennstoffs erfolgt. Auch ist es möglich, dass der Grossdieselmotor in Mischformen aus dem Dieselbetrieb und dem Ottobetrieb betrieben werden kann.

[0033] Ferner wird mit dem Begriff „fremdgezündeter Brennstoff“ ein solcher Brennstoff bezeichnet, der bestimmungsgemäss durch Fremdzündung im Zylinder verbrennt, bei welchem also bestimmungsgemäss eine Selbstzündung vermieden werden soll. Im Unterschied dazu wird mit einem „selbstzündenden Brennstoff“ ein solcher Brennstoff bezeichnet, der bestimmungsgemäss durch Selbstzündung im Zylinder verbrennt, also beispielsweise Schweröl oder Dieselbrennstoff.

[0034] Als „flüssiger Brennstoff“ wird ein Brennstoff bezeichnet, der im flüssigen Zustand in den Zylinder eingebracht wird. Als „gasförmiger Brennstoff“ wird ein Brennstoff bezeichnet, der im gasförmigen Zustand in den Zylinder eingebracht wird.

[0035] Bei der folgenden Beschreibung der Erfindung wird mit beispielhaftem Charakter auf den für die Praxis wichtigen Fall eines Grossdieselmotors Bezug genommen, der als längsgespülter Zweitakt-Grossdieselmotor ausgestaltet ist, und der als Hauptantriebsaggregat eines Schiffes verwendet wird. Dieser Grossdieselmotor kann beispielsweise aber nicht notwendigerweise als Dual-Fuel Grossdieselmotor ausgestaltet sein, sodass er mit zwei unterschiedlichen Brennstoffen betreibbar ist, z. B. mit einem flüssigen Brennstoff wie Schweröl und mit einem gasförmigen Brennstoff, z. B. Erdgas. Der Dual-Fuel Grossdieselmotor kann während des Betriebs vom Verbrennen des ersten Brennstoffs auf das Verbrennen des zweiten Brennstoffs umgeschaltet werden und umgekehrt.

[0036] Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diesen Typ von Grossdieselmotor und auf diese Verwendung beschränkt ist, sondern Grossmotoren im Allgemeinen betrifft. Dabei ist es auch möglich, dass der Grossmotor nur für die Verbrennung eines einzigen Brennstoffs, beispielsweise Schweröl, Marinediesel oder Diesel, ausgestaltet ist. Auch ist es möglich, dass der Grossmotor als Multi-Fuel Grossmotor ausgestaltet ist, der mit einem ersten Brennstoff betrieben werden kann, und der mit mindestens einem zweiten Brennstoff betrieben werden kann, der von dem ersten Brennstoff verschieden ist. Natürlich kann der Grossmotor auch für die Verbrennung von mehr als zwei Brennstoffen ausgestaltet ist.

[0037] In jedem Zylinder des Grossdieselmotors ist jeweils ein Kolben vorgesehen, der jeweils in Richtung der Zylinderachse zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt hin- und her bewegbar angeordnet ist, und dessen Oberseite gemeinsam mit einem Zylinderdeckel einen Brennraum begrenzt.

[0038] Der Kolben ist in an sich bekannter Weise über eine Kolbenstange mit einem Kreuzkopf verbunden, welcher über eine Schubstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist, sodass die Bewegung des Kolbens über die Kolbenstange, den Kreuzkopf und die Schubstange auf die Kurbelwelle übertragen wird, um diese zu drehen.

[0039] In den Brennraum kann mittels mindestens einer Einspritzdüse der Brennstoff eingespritzt werden. Es können natürlich auch an jedem Zylinder mehrere Einspritzdüsen zum Einspritzen des Brennstoffs in den Brennraum vorgesehen sein. Falls der Grossmotor mit unterschiedlichen Brennstoffen betreibbar ist, können für die unterschiedlichen Brennstoffe auch unterschiedliche Einspritzdüsen bzw. Einspritzvorrichtungen vorgesehen sein.

[0040] Im Zylinderdeckel ist ein meistens zentral angeordnetes Auslassventil vorgesehen, durch welches die Verbrennungsgase nach dem Verbrennungsprozess aus dem Zylinder in eine Abgassammelleitung 2 (Fig. 1) ausgetragen werden können.

[0041] Der weitere Aufbau und die einzelnen Komponenten des Grossdieselmotors wie beispielsweise Einzelheiten des Einspritzsystems, das Gaswechselsystem, das Abgassystem oder das Turboladersystem für die Bereitstellung der Spül- bzw. Ladeluft, sowie das Kontroll- und Steuerungssystem für einen Grossdieselmotor sind dem Fachmann sowohl für die Ausgestaltung als Zweitaktmotor als auch für die Ausgestaltung als Viertaktmotor hinlänglich bekannt und bedürfen daher hier keiner weiteren Erläuterung.

[0042] Die Abgase werden in an sich bekannter Weise einem Turbolader 3 zugeführt, welcher einen Kompressor 31 und eine Turbine 32 umfasst. Ferner können stromaufwärts oder stromabwärts des Turboladers 3 Abgasreinigungssysteme wie beispielsweise ein Katalysator vorgesehen sein.

[0043] Die heissen Abgase werden aus der Abgassammelleitung 2 der Turbine 32 des Turboladers 3 zugeführt, welche den Kompressor 31 antreibt, der Luft auf einen Ladeluftdruck komprimiert, und diese Ladeluft einem Einlassreceiver 4 zur Verfügung stellt, aus welchem die Spül- oder Ladeluft in die Zylinder eingebracht wird. Zwischen dem Kompressor 31 und dem Einlassreceiver 4 können zusätzliche Aggregate wie beispielsweise ein Ladeluftkühler (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

[0044] Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eines längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotors sind üblicherweise im unteren Bereich eines jeden Zylinders bzw. Zylinderliners Spülluftöffnungen, beispielsweise ausgestaltet als Spülluftschlitze, zum Zuführen von Spülluft in den Zylinder vorgesehen, wobei die Spülluftöffnungen durch die Bewegung des Kolbens im Zylinder periodisch verschlossen und geöffnet werden, sodass die von dem Turbolader 3 im Einlassreceiver 4 unter dem Ladedruck bereitgestellte Spülluft durch die Spülluftschlitze in den jeweiligen Zylinder einströmen kann, solange diese geöffnet sind.

[0045] Das Kontroll- und Steuerungssystem ist in modernen Grossdieselmotoren ein elektronisches System, mit welchem sich üblicherweise alle Motor- oder Zylinderfunktionen, insbesondere die Einspritzung (Beginn und Ende der Einspritzung) und die Betätigung des Auslassventils, einstellen oder steuern bzw. regeln lassen.

[0046] Der Grossdieselmotor umfasst ferner die erfindungsgemässen Vorrichtung 1 zur Abgasrückführung, mit welcher zumindest ein Teil der von der Turbine 32 des Turboladers 3 kommenden Abgase zu einer Energiegewinnungseinheit 5 rückführbar ist. Die Energiegewinnungseinheit 5 ist beispielsweise ein Wärmetauscher, mit welchem den noch heissen Abgasen, die aus der Turbine 32 des Turboladers 3 ausströmen, Energie in Form von Wärme entzogen wird, die dann für andere Zwecke nutzbar ist.

[0047] Die Vorrichtung 1 zur Abgasrückführung umfasst eine Abgasleitung 6, welche stromabwärts der Turbine 32 des Turboladers 3 angeordnet ist. Die Abgase strömen aus der Turbine 32 in die Abgasleitung 6, welche mit einem Auslass 15, beispielsweise einem Auspuff oder einem Schornstein verbunden ist, um die Abgase in die Umwelt abzuleiten.

[0048] Von der Abgasleitung 6 zweigt eine Rückführleitung 7 ab, welche zu der Energiegewinnungseinheit 5 führt. Die Rückführleitung 7 ist typischerweise als eine zylindrische Rohrleitung ausgestaltet, die eine Mittelachse M (siehe Fig. 2 und Fig. 3) aufweist. In der Rückführleitung 7 ist ein erster Ventilkörper 8 vorgesehen, der um eine erste Drehachse D1 drehbar ist, und mit welchem der freie Strömungsquerschnitt für das Abgas in der Rückführleitung 7 veränderbar ist.

[0049] Vorzugsweise ist der erste Ventilkörper 8 als ein Auf/Zu-Ventil ausgestaltet, das eine Schliessstellung aufweist, in welcher die Abgase nicht durch die Rückführleitung 7 strömen können, und eine Offenstellung, in welcher die Abgase aus der Abgasleitung 6 zu der Energiegewinnungseinheit 5 strömen können.

[0050] In der Abgasleitung 6 ist ein zweiter Ventilkörper 9 vorgesehen, der um eine zweite Drehachse D2 drehbar ist, um einen Teil des Abgases in die Rückführleitung 7 umzulenken.

[0051] Erfindungsgemäss sind der erste Ventilkörper 8 und der zweite Ventilkörper 9 über eine gelenkige Verbindung 10 miteinander verbunden, sodass eine Drehung des ersten Ventilkörpers 8 eine Drehung des zweiten Ventilkörpers 9 verursacht. Die beiden Ventilkörper 8, 9 sind dabei so angeordnet, dass beide Drehachsen D1, D2 senkrecht auf der Mittelachse M der Rückführleitung 7 stehen.

[0052] Wenn also der erste Ventilkörper 8 aus der Offenstellung (Fig. 2) in die Schliessstellung (Fig. 3) bewegt wird, so wird gleichzeitig auch die Stellung des zweiten Ventilkörpers 9 in der Abgasleitung 6 verändert.

[0053] Vorzugsweise umfasst die gelenkige Verbindung 10 ein erstes starres Element 11, beispielsweise einen Stab; welches gelenkig mit dem ersten Ventilkörper 8 verbunden ist, und ein zweites starres Element 12, welches gelenkig mit dem zweiten Ventilkörper 9 verbunden ist. Zwischen dem ersten Element 11 und dem zweiten Element 12 ist ein Verbindungselement 13 vorgesehen, welches einerseits gelenkig mit dem ersten Element 11 und andererseits gelenkig mit dem zweiten Element 12 verbunden ist. Wenn also der erste Ventilkörper 8 aus der Offenstellung (Fig. 2) in die Schliessstellung (Fig. 3) bewegt wird, so wird zwangsläufig auch der zweite Ventilkörper 8 um einen zweiten Drehwinkel um die zweite Drehachse D2 gedreht.

[0054] Die beiden Ventilkörper 8, 9 sind vorzugsweise jeweils als kreisscheibenförmige Klappen ausgestaltet, die symmetrisch bezüglich der ersten Drehachse D1 bzw. der zweiten Drehachse D2 angeordnet sind, das heisst die jeweilige Drehachse D1, D2 liegt parallel zu einer diametralen Achse des ersten bzw. des zweiten Ventilkörpers.

[0055] Dabei ist der erste Ventilkörper 8 vorzugsweise so bemessen, dass sein Durchmesser im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Rückführleitung 7 ist, sodass der erste Ventilkörper 8 in der Schliessstellung ein Strömen des Abgases durch die Rückführleitung 7 verhindert.

[0056] Der zweite Ventilkörper 9 ist vorzugsweise so bemessen, dass sein Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Abgasleitung 6, sodass der zweite Ventilkörper 9 die Abgasleitung 6 nicht vollständig verschliessen kann

[0057] In der in Fig. 2 dargestellten Offenstellung des ersten Ventilkörpers 8 ist der zweite Ventilkörper 9 unter einem von 0° und von 90° verschiedenen Winkel gegen die Strömungsrichtung G des Gases geneigt (hier etwa 45°), während der erste Ventilkörper 8 in der Offenstellung ist, in welcher der erste Ventilkörper 8 parallel zur Mittelachse M der Rückführleitung 7 ausgerichtet ist.

[0058] In der in Fig. 3 dargestellten Schliessstellung des ersten Ventilkörpers 8 ist der erste Ventilkörper 8 senkrecht zur Mittelachse M der Rückführleitung 7 ausgerichtet, sodass die Rückführleitung 7 durch den ersten Ventilkörper 8 im Wesentlichen verschlossen ist. Der zweite Ventilkörper 9 ist parallel zur Strömungsrichtung G der Abgase ausgerichtet, sodass der freie Strömungsquerschnitt durch die Abgasleitung 6 maximal ist und die Abgase im Wesentlichen vollständig zu dem Auslass 15 strömen.

[0059] Für den ersten Ventilkörper 8 ist ein Antrieb vorgesehen (nicht dargestellt), mit welchem der erste Ventilkörper 8 aus der Offenstellung in die Schliessstellung und umgekehrt bewegbar ist.

[0060] Der zweite Drehwinkel, um welchen sich der zweite Ventilkörper 9 dreht, wenn der erste Ventilkörper 8 aus der Offenstellung in die Schliessstellung bewegt wird, oder umgekehrt, lässt sich über die gelenkige Verbindung 10 einstellen und insbesondere über die Länge des Verbindungselements 13.

[0061] Vorzugsweise ist das Verbindungselement 13 so ausgestaltet, dass seine Länge veränderbar ist. Somit kann bei einem fixierten ersten Drehwinkel von 90° (Wechsel zwischen der Offenstellung und der Schliessstellung des ersten Ventilkörper 8) die dadurch bewirkte Drehung des zweiten Ventilkörpers 9 verändert werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das Verbindungselement 13 einen Linearmotor umfasst, mit welchem die Länge des Verbindungselements 13 veränderbar ist.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Abgasrückführung in einem längsgespülten Grossmotor mit einer Abgasleitung (6), welcher ein Abgas von einem Turbolader (3) zuführbar ist, mit einer Rückführleitung (7) zum Rückführen des Abgases zu einer Energiegewinnungseinheit (5), wobei die Rückführleitung (7) eine Mittelachse (M) aufweist und in die Abgasleitung (6) einmündet, wobei in der Rückführleitung (7) ein erster Ventilkörper (8) angeordnet ist, der um eine erste Drehachse (D1) drehbar ist, um den freien Strömungsquerschnitt in der Rückführleitung (7) zu verändern, wobei in der Abgasleitung (6) ein zweiter Ventilkörper (9) angeordnet ist, der um eine zweite Drehachse (D2) drehbar ist, um einen Teil des Abgases in die Rückführleitung (7) umzulenken, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehachse (D1) und die zweite Drehachse (D2) jeweils senkrecht auf der Mittelachse der Rückführleitung (7) stehen, und dass der erste Ventilkörper (8) und der zweite Ventilkörper (9) über eine gelenkige Verbindung (10) miteinander verbunden sind, sodass eine Drehung des ersten Ventilkörpers (8) auch eine Drehung des zweiten Ventilkörpers (9) bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Ventilkörper (8) und der zweite Ventilkörper (9) jeweils als kreisscheibenförmige Klappen ausgestaltet sind, die symmetrisch bezüglich der ersten bzw. der zweiten Drehachse (D1, D2) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der zweite Ventilkörper (9) einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Abgasleitung (6), sodass der zweite Ventilkörper (9) die Abgasleitung (6) nicht vollständig verschliessen kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der erste Ventilkörper (8) einen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Rückführleitung (7) ist, sodass der erste Ventilkörper (8) die Rückführleitung (7) verschliessen kann.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Antrieb vorgesehen ist, um den ersten Ventilkörper (8) um die erste Drehachse (D1) zu drehen.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gelenkige Verbindung (10) ein erstes starres Element (11) umfasst, welches gelenkig mit dem ersten Ventilkörper (8) verbunden ist, ein zweites starres Element (12), welches gelenkig mit dem zweiten Ventilkörper (9) verbunden ist, sowie ein Verbindungselement (13), das einerseits gelenkig mit dem ersten Element (11) verbunden ist, und andererseits gelenkig mit dem zweiten Element (12) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gelenkige Verbindung (10) eine Stelleinrichtung umfasst, mit welcher bei einem fixierten ersten Drehwinkel, um welchen der erste Ventilkörper (8) gedreht wird, ein zweiter Drehwinkel, um welchen der zweite Ventilkörper (9) gedreht wird, veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Stelleinrichtung eine Linearmotor umfasst.

9. Längsgespülter Grossmotor, welcher einen Turbolader (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Turboladers (3) eine Vorrichtung (1) zur Abgasrückführung vorgesehen ist, welche nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgestaltet ist

10. Längsgespülter Grossmotor nach Anspruch 9, welcher als längsgespülter Zweitakt-Grossdieselmotor ausgestaltet ist.

11. Längsgespülter Grossmotor nach einem der Ansprüche 9 oder 10, ausgestaltet als Dual-Fuel Grossdieselmotor, der in einem Flüssigmodus betreibbar ist, in welchem ein flüssiger Brennstoff zur Verbrennung in den Brennraum eingebracht wird, und der ferner in einem Gasmodus betreibbar ist, in welchem ein Gas als Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird.