DD142226A1

DD142226A1 - Dieselmotor mit zweistufenaufladesatz

Info

Publication number: DD142226A1
Application number: DD79211370A
Authority: DD
Inventors: Udo Laass
Original assignee: Udo Laass
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1980-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor nach dem ViertaktVerfahren mit zvzeistufiger Aufladung mittels zweier Abgasturbolader in Reihenschaltung. Dieselmotoren dieser Art sind als Antriebsanlage jeglicher Art, vor allem aber als Schiffsantriebsanlagen und als Generatorantrieb einsetzbar. Ziel der Erfindung ist es, die Arbeitsweise der beiden Abgasturbolader im Zusammenwirken mit dem Dieselmotor vor allem im Teillastgebiet zu verbessern. Um dies zu erreichen, besteht die Aufgabe, bei bestimmten Lastzüständen des Dieselmotors dem Abgasstrom vor der Hochdruckturbine einen Teilabgasstrom zu entnehmen und diesen durch eine Umgehungsleitung der Niederdruckturbine zuzuführen. Dadurch wird ein Drehzahlanstieg des Niederdruckabgasturboladers erreicht, welcher sonst bei den genannten Belastungen gegenüber dem Hochdruckabgasturbolader sehr langsam dreht und mit schlechten Wirkungsgraden arbeitet. Durch eine Regeleinrichtung, welche in Abhängigkeit von einer Betriebskenngröße des Dieselmotors den Teilabgasstrom zur Niederdruckturbine steuert, wird die Leistungsaufteilung zwischen Hoch- und Niederdruckverdichter über dem gesamten Lastbereich das Motors optimiert. Damit ergeben sich wesentliche Verbesserungen in den Betriebskennwerten

Description

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Titel der Erfindung

Dieselmotor mit Zweistufenaufladesata

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft zwei in Reihe geschaltete Abgasturbolader, deren Axial- oder Radialturbineη mit auf gleichen Wellen liegenden Verdichtern nacheinander von den Abgasen eines Dieselmotors im Viertakt-Verfahren durchströmt v/erden. Derartige Dieselmotorenanlageη sind als Antiiebsanlagen jeglicher Art in der Technik einsetzbar, vor allem jedoch als Schiffsantriebsanlagen und als Generatorenanlagen zur Stromerzeugung auf Schiffen und auf dem Lande.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Da bei der zweistufigen Aufladung von Dieselmotoren Motorleistungen 'erreicht werden, die gegenüber einstufig hochaufgeladenen Motoren gleicher Abmessung fast das Doppelte betragen, ist es schwierig, für Nenn- und Teillast optimale Befcriebskennwerte zu erreichen. Bei Nenn- und Überlast ist zu beachten, daß vor allem die maximal zulässigen Werte für Abgastemperaturen und Abgasturboladerdrehzahlen mit den erforderlichen Sicherheitsabständen eingehalten werden. Im Teillastgebiet ist neben allgemein guten Kennwerten auch auf ein befriedigendes Beschleunigungsverhalten des Motors zu achten. Bei der normalen Reihenschaltung

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von zweistufig aufgeladenen Dieseliao tor en werden die günstigsten Betriebskennwerte erzielt, wenn für die Leistungsaufteilung zwischen beiden AbgasturboLadern

*/* = adiabate Förderhöhe des NJederdruckverdichters Summe der adiabaten Förderhöhen beider Verdichter

bei Nennlast Werte um ψ - 0,60 verwirklicht werden.

Obwohl eine Leistungsaufteilung über den gesamten Betriebsbereich des Motors von ψ - 0,50 zu besseren Betriebskennwerten führt, ist man gezwungen, mit Rücksicht auf den sich mit niedriger werdender Belastung des Motors immer kleiner einstellenden Wert für die Leistungsaufteilung Ϋ des Niederdruckverdichters bei Nennlast höhere Werte für ψ zu verwirklichen. Diese Einstellung bedeutet jedoch nur eine Kompromißlösung, weil nach wie vor im Teillast- und Teildrehzahlgebiet die Leistungsaufteilung ψ automatisch auf sehr kleine Werte absinkt, d. h„, der Niederdruckabgas turbo lader dreht gegenüber dem Hochdruckabgasturbolader sehr langsam und arbeitet bei sehr schlechten Wirkungsgraden. Den Hauptanteil zur Verdichtung der Ladeluft trägt hier der Hochdruckabgasturbolader. Änderungen

4-5 dieser Verhältnisse durch Verschiebung der Leistungsaufteilung auf Werte ψ> 0,60 bei Nennlast würden zwar für den geschilderten niedrigen Lastbereich erwünschte Verbesserungen bringen, jedoch können dann im Bereich der Nennlast keine optimalen Betriebsbedingungen erreicht werden.

Bessere Teillastbedingungen werden bei einer Lösung nach PS 130 16 08 geschaffen, indem ab einer bestimmten Motordrehzahl· die der Niederdruckturbine zugeführte Abgasmenge durch zunehmend verstärktes Ableiten eines Abgasteilstromes in den Auspuff mit steigender Motordrehzahl reduziert wird» Der Niederdruckabgasturbolader muß jedoch für diesen Einsatzfall so ausgelegt sein, daß dieser bei mittleren und kleinen Lasten relativ hoch dreht, um einen möglichst "hohen Verdichtungsgrad der Ladeluft zu -erreichen» Damit

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werden vor allem Verbesserungen im Drehmomentverhalten des Motors in bestimmten Lastbereichen, z. B. für einen Fahrzeugdieselmotor erreicht.

Nachteilig wirkt sich aus, daß bei entsprechenden Lastzuständen, vor allem aber im Nenn- und Überlastbereich, der Vorteil der zweistufigen Aufladung - durch hohe Aufladegrade hohe Leistungen zu erreichen - ungenutzt bleibt, d. h. die maximale Leistung des Motors bleibt weiterhin begrenzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Mängel zu vermeiden, und im gesamten Betriebsbereich des Dieselmotors mit zweistufiger Aufladung die Leistungsaufteilung zwischen Hoch- und Niederdruckabgasturbolader für den jeweiligen Lastzustand optimal zu gestalten. Damit wird ei.Q günstiges Zusamme nwirke η beider Abgas turbo lader mit dem Dieselmotor bei entsprechenden Verbesserungen der Betriebskennwerte (Kraftstoffverbrauch, Abgastemperatüren) unter Beibehaltung der maximalen Motorleistung erreicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe besteht darin, durch konstruktive Veränderungen die Leistungsaufteilung zwischen einem Hochdruckabgasturbolader und einem Niederdruckabgasturbolader so zu verbessern, daß optimale Betriebsbedingungen über den gesamten Betriebsbereich vorliegen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwei Abgasturbolader, bestehend aus einem Hochdruckabgasturbolader und einem Niederdruckabgasturbolader, zusätzlich mit einer Umgehungsleitung zwischen Turbineneintritt des Hochdruckabgasturboladers und Turbineneintritt des Niederdruckabgasturboladers in Reihe angeordnet, wobei sich eine Regeleinrichtung vorzugsweise vor der Umgehungsleitung in der Abgasleitung des Dieselmotors befindet. Die Regeleinrichtung zur Entnahme des Teilabgasstromes kann auch in der die Hochdruckturbine umgehenden Abgasleitung

angeordnet sein. "'

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Die von einem Dieselmotor durch eine Abgasleitung strömenden Abgase passieren eine Regeleinrichtung, die den Abgasstrom in Abhängigkeit von einer sich mit der Belastung ändernden Größe (z. B· Abgastemperatur, Ladeluftdruck, Regelstangenweg) des Dieselmotors steuert.

B ei Teillast strömt ein Teil des Abgases über eine die Hochdruckturbine umgehende Abgasleitung zu einer Niederdruckturbine. Mit zunehmender Motorbelastung wird der Abgasstrom durch die Umgehungsleitung bis zum völligen Verschluß der Leitung gedrosselt·

Der bisherige Mangel bei normal in Reihe geschalteten Abgasturboladern, der auf Grund der Selbstanpassung beider Abgasturbolader in dem zu starken Absinken der Drehzahl des Niederdruckabgasturboladers gegenüber dem Hochdruckabgasturbolader bei Teillast bestand, ist durch die erfindungsgemäße Anordnung vermeidbar· Die lastabhängige Steuerung des Abgasstromes über die Umgehungsleitung erlaubt, die Leistungsaufteilung zwischen Hoch- und Niederdruckabgasturbolader über den gesamten Lastbereich des Dieselmotors zu optimieren.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist in einer Zeichnung dargestellt.

Die von einem Dieselmotor 1 erzeugten Abgase strömen durch eine Abgasleitung 7 einer lastabhängig gesteuerten Regeleinrichtung 8 zu. Die Regeleinrichtung 8 läßt die Abgase entweder vollständig einer Hochdruckturbine 2 zuströmen, oder sie leitet einen Teilabgasstrom einer Niederdruckturbine 4· über eine Umgehungsleitung 9 zu. Der Weg der Ladeluffc geht von einem Niederdruckverdichter 5 zu einem Hochdruckverdichter 3 U-BcL durch eine Ladeluftleitung 10 zum Dieselmotor 1. Nach dem Niederdruckverdichter 5 bzw. Hochdruckverdichter 3 befinden sich Wärmeübertrager 6, die zur Zwischenkühlung der Ladeluft dienen«

Claims

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Erfindungsanspruch

Dieselmotor mit Zweistufenaufladesatz, bestehend aus einem Hochdruckabgasturbolader und einem Mederdruckabgasturbolader, die in Reihe geschaltet sind und nach dem Niederdruck- bzw. Hochdruckverdichter jeweils einen Wärmeübertrager aufweisen, gekennzeichnet dadurch, daß eine Regeleinrichtung (8), welche sich vorzugsweise in einer Abgasleitung (7) eines Dieselmotors (1) befindet, so ausgelegt ist, daß die Regeleinrichtung (8) vorwiegend im Teillastgebiet des Dieselmotors (1) eine Umgehungsleitung (9)» die in eine Niederdruckturbine (4) einmündet, freigibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnung