DE102017120031A1

DE102017120031A1 - Antriebssystem

Info

Publication number: DE102017120031A1
Application number: DE102017120031.2A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Ferry; Sylvain Moyon; Christophe David; Laurent Mouillard
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Antriebssystem (1), mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einem Abgasturbolader (4), wobei der Abgasturbolader (4) eine Turbine (6) zur Entspannung von die Brennkraftmaschine (2) verlassendem Abgas und einen Verdichter (5) zur Verdichtung von der Brennkraftmaschine (2) zuzuführender Ladeluft aufweist, und mit einem unabhängig vom Abgasturbolader (4) angetriebenen Zusatzverdichter (7) zur weiteren Verdichtung der der Brennkraftmaschine (2) zuzuführenden Ladeluft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem.
Der grundsätzliche Aufbau eines Antriebssystems zum Beispiel für Unterseeanwendungen, wie ein Unterseeboot, ist aus der Praxis hinlänglich bekannt. So verfügt ein derartiges Antriebssystem über eine Brennkraftmaschine sowie einen mit der Brennkraftmaschine zusammenwirkenden Abgasturbolader. Abgas, welches die Brennkraftmaschine verlässt, wird in einer Turbine des Abgasturboladers entspannt. Hierbei gewonnene Energie wird genutzt, um in einem Verdichter des Abgasturboladers der Brennkraftmaschine zuzuführende Ladeluft zu verdichten. Über die Brennkraftmaschine kann ein Generator angetrieben werden, um elektrische Energie zu erzeugen und über die elektrische Energie einen Antriebspropeller, zum Beispiel über mindestens einen Elektromotor, anzutreiben. Die Brennkraftmaschine kann auch direkt einen Antriebspropeller antreiben.
Bei derartigen Antriebssystemen ist die der Brennkraftmaschine zuführbare Ladeluftmenge sowie der entsprechende Ladeluftdruck immer direkt bzw. unmittelbar von der Abgasströmung durch die Turbine abhängig, welche die Energie zum Antreiben des der Verdichtung der Ladeluft dienenden Verdichters bereitstellt. Hierdurch wird die Effizienz des Antriebssystems eingeschränkt.
Es besteht Bedarf an einem Antriebssystem, das effizienter betrieben werden kann. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Antriebssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist einen unabhängig vom Abgasturbolader angetriebenen Zusatzverdichter zur weiteren Verdichtung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladeluft auf.
Der Zusatzverdichter des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist unabhängig vom Abgasturbolader und demnach unabhängig von der Abgasströmung durch die Turbine des Abgasturboladers antreibbar, sodass über den Zusatzverdichter die der Brennkraftmaschine zuzuführende Ladeluft abhängig von der Abgasströmung durch die Turbine verdichtet werden kann. Der Zusatzverdichter ist dabei entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers positioniert.
Vorzugsweise ist der Zusatzverdichter stromabwärts des Abgasturboladers zwischen den Verdichter des Abgasturboladers und die Brennkraftmaschine geschaltet. Dann, wenn der Zusatzverdichter stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers zwischen den Verdichter des Abgasturboladers und die Brennkraftmaschine geschaltet ist, kann derselbe kleiner und leichter ausgeführt werden. Hierdurch ergeben sich Bauraum- und Gewichtsvorteile.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Zusatzverdichter von einem insbesondere als elektrische Maschine ausgebildeten Aktuator insbesondere drehzahlvariabel und/oder lastvariabel angetrieben. Dies erlaubt einen besonders effizienten Betrieb des Antriebssystems.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Antriebssystem ein Unterseeantriebssystem eines Unterseeboots. Diese Anwendung des Antriebssystems ist besonders bevorzugt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1: ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Antriebssystems; und
2 ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Antriebssystems.

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere für Unterseeanwendungen wie auf einem Unterseeboot.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1. Das Antriebssystem 1 der 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 2 mit mehreren Zylindern 3. Ferner umfasst das Antriebssystem 1 einen Abgasturbolader 4. Abgas, welches die Brennkraftmaschine 2 verlässt, wird über eine Turbine 6 des Abgasturboladers 4 geführt, um hierbei Energie zu gewinnen. Die abhängig vom Abgasdurchsatz durch die Turbine 6 des Abgasturboladers 4 gewonnene Energie wird in einem Verdichter 5 des Abgasturboladers 4 genutzt, um der Brennkraftmaschine 2 zuzuführende Ladeluft zu verdichten.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 verfügt über einen Zusatzverdichter 7. Dieser ist im Ausführungsbeispiel der 1 stromabwärts des Abgasturboladers 4 zwischen den Verdichter 5 des Abgasturboladers 4 und die Brennkraftmaschine 2 geschaltet. Über den Zusatzverdichter 7 ist die der Brennkraftmaschine 2 zuzuführende Ladeluft ebenfalls verdichtbar, und zwar unabhängig vom Abgasturbolader 4 bzw. unabhängig von der Abgasströmung durch die Turbine 6 des Abgasturboladers 4. Der Zusatzverdichter 7 wird demnach nicht von einer Turbine angetrieben, sondern vielmehr von einem Aktuator 10, bei welchem es sich vorzugsweiseum eine elektrische Maschine handelt.
Über den Aktuator 10 ist der Zusatzverdichter 7 unabhängig von der Abgasströmung durch die Turbine 6 drehzahlvariabel und/oder lastvariabel antreibbar, wodurch der Ladeluftdruck und die Ladeluftströmung, die der Brennkraftmaschine 2 zugeführt wird, variabel eingestellt werden kann. Hierdurch kann das Antriebssystem 1 besonders effizient betrieben werden. Die elektrische Maschine 10 wird von einer Steuerungseinrichtung 11 angesteuert, um den Zusatzverdichter 7 mit der gewünschten Drehzahl und Last zu betreiben.
Gemäß 1 ist stromabwärts des Verdichters 5 sowie stromabwärts des Zusatzverdichters 7 jeweils ein Ladeluftkühler 8 bzw. 9 vorhanden. So ist zwischen den Zusatzverdichter 7 und den Verdichter 5 ein Ladeluftkühler 8 geschaltet, ein weiterer Ladeluftkühler 9 ist zwischen den Zusatzverdichter 7 und die Brennkraftmaschine 2 geschaltet.
2 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Antriebssystems 1, welches sich von der Variante der 1 dadurch unterscheidet, dass der Zusatzverdichter 7, der vom Aktuator 10 unabhängig von der Abgasströmung durch die Turbine 6 des Abgasturboladers 4 angetrieben wird, nicht stromabwärts des Verdichters 5 des Abgasturboladers 4 sondern vielmehr stromaufwärts des Verdichters 5 des Abgasturboladers 4 positioniert ist. Der Ladeluftkühler 8 ist wiederum zwischen den Verdichter 5 und den Zusatzverdichter 7 geschaltet, der weitere Ladeluftkühler 9 ist in 2 stromabwärts des Verdichters 5 zwischen den Verdichter 5 des Abgasturboladers 4 und die Brennkraftmaschine 2 geschaltet.
Die Erfindung ermöglicht es, ein Antriebssystem effizienter zu betreiben. Mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann mehr Leistung bereitgestellt werden, als dies bislang möglich ist.
Beim Antriebssystem handelt es sich vorzugsweise um ein Antriebssystem eines Unterseeboots. Dabei kann sowohl bei einer Unterwasserfahrt des Unterseeboots als auch bei einer Fahrt des Unterseeboots entlang der Wasseroberfläche ein optimaler Betrieb gewährleistet werden. Abhängig davon, ob das Unterseeboot in einer Unterwasserfahrt oder einer Fahrt entlang der Wasseroberfläche betrieben wird, ist über den Aktuator 10 der Zusatzverdichter 7 drehzahlvariabel und lastvariabel antreibbar.
Über die Brennkraftmaschine 2 wird vorzugweise ein Aggregatgenerator (nicht gezeigt) angetrieben, um elektrische Energie zu erzeugen. Die vom Aggregatgenerator erzeugte elektrische Energie kann genutzt werden, um über einen Elektromotor einen Antriebspropeller des Unterseeboots anzutreiben. Vorzugsweise ist ein elektrischer Energiespeicher (nicht gezeigt) vorhanden, der vom Aggregatgenerator aufgeladen wird. Der Elektromotor, welcher den Antriebspropeller antreibt, entlädt dann den elektrischen Energiespeicher. Auch der Aktuator 10, welcher den Zusatzverdichter 7 antreibt, kann über die vom Aggregatgenerator erzeugte Energie angetrieben werden.
Durch den Zusatzverdichter 7 ist es möglich, insbesondere in einer Unterwasserfahrt die Brennkraftmaschine 2 derart mit Ladeluft zu versorgen, dass über die Brennkraftmaschine 2 bzw. den Aggregatgenerator jeweils mehr Leistung bereitgestellt werden kann, als dies bislang in einer Unterwasserfahrt möglich war. Hierzu wird unter Verwendung des Zusatzverdichters 7 der Brennkraftmaschine 2 ein Ladeluftdruck bzw. eine Ladeluftmenge bereitgestellt, der bzw. die größer als der Ladeluftdruck bzw. die Ladeluftmenge ist, der bzw. die unter Nutzung ausschließlich des Abgasturboladers 4, also ohne Zusatzverdichter 7, bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem
2: Brennkraftmaschine
3: Zylinder
4: Abgasturbolader
5: Verdichter
6: Turbine
7: Zusatzverdichter
8: Ladeluftkühler
9: weiterer Ladeluftkühler
10: Aktuator
11: Steuerungseinrichtung

Claims

Antriebssystem (1), mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einem Abgasturbolader (4), wobei der Abgasturbolader eine Turbine (6) zur Entspannung von die Brennkraftmaschine (2) verlassendem Abgas und einen Verdichter (5) zur Verdichtung von der Brennkraftmaschine (2) zuzuführender Ladeluft aufweist, gekennzeichnet durch einen unabhängig vom Abgasturbolader (4) angetriebenen Zusatzverdichter (7) zur Verdichtung der der Brennkraftmaschine (2) zuzuführenden Ladeluft.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (7) stromabwärts des Abgasturboladers (4) zwischen den Verdichter (5) des Abgasturboladers und die Brennkraftmaschine (2) geschaltet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (7) stromaufwärts des Abgasturboladers (4) vor den Verdichter (5) des Abgasturboladers geschaltet ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (7) von einem Aktuator (10) angetrieben ist.
Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) eine elektrische Maschine ist.
Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) den Zusatzverdichter (7) drehzahlvariabel und/oder lastvariabel antreibt.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (11) den Aktuator (10) ansteuert.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verdichter (5) des Abgasturboladers und den Zusatzverdichter (7) ein Ladluftkühler (8) geschaltet ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zusatzverdichter (7) und die Brennkraftmaschine (2) oder zwischen den Verdichter (5) des Abgasturboladers und die Brennkraftmaschine (2) ein weiterer Ladluftkühler (9) geschaltet ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe ein Unterseeantriebssystem eines Unterseeboots ist.