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Brennkraftmaschine mit mindestens einem durch eine Abgasturbine angetriebenen
Spül- und/oder Ladegebläse und einem unabhängig von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Hilfsgebläse Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen mit mindestens einem
durch eine Abgasturbine angetriebenen Spül- und/oder Ladegebläse und betrifft eine
Lösung für die Schwierigkeiten, die auftreten, wenn der Brennkraftmaschine von dem
Spül- und/oder Ladegebläse (nachfolgend der Einfachheit halber Ladegebläse genannt)
eine unzureichende: Luftmenge zugeführt wird. Ein Absinken der Luftförderung kann
beispielsweise dann auftreten, wenn einer oder mehrere Zylinder, eine ganze Zylinderreihe
der Brennkraftmaschine oder sogar eine ganze Breimkraftmaschina - wenn -zwei oder
mehr Brennkraftmaschinen miteinander gekuppelt sind - versagen. In jedem dieser
Fälle sinkt die Abgasenergie und damit die Leitung der das Ladegebläse antreibenden
Abgasturbine. 1-in Absinken der Luftförderung kann auch auftreten, wenn in der Abgasturbine
oder dem Ladegebläse selbst eine Störung auftritt. Ferner kann die Luftförderung
unzureichend sein, wenn die Brennkraftmaschine längere Zeit hindurch mit geringer
Leistungsabgabe und niedriger Drehzahl betrieben werden soll.
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Es ist bereits bekannt, für das durch die Abgasturbine getriebene
Ladegebläse einen. Hilfsantrieb vorzusehen. Diese Anordnung gibt jedoch keine Lö-#'ung
für den Fall, daß in dem Ladegebläse selbst eine Störung auftritt. Ferner ist es
bekannt, ein zu dem durch die Abgasturbine getriebenen Ladegebläse parallel geschaltetes
Hilfsgebläse vorzusehen, das parallel zu diesem in den Luftaufnehmer der Brennkrafttnaschine
fördert. Auch mit dieser Lösung wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem
nicht zufriedenstellend gelöst. Es ist auch die Anordnung bekannt, bei welcher ein
unabhängig von der Brennkraftmaschine angetriebenes Hilfsgebläse in Reihe vor ein
durch eine: Abgasturbine angetriebenes Ladegebläse geschaltet ist. Bei dieser Anordnung
besteht auch die Möglichkeit, die Förderleitung des Hilfs--ebläses unmittelbar mit
dem Luftaufnehmer der Brennkraftmaschine zu verbinden. Das von der Abgasturbine
getriebene Ladegebläse erhält jedoch seine Luft ausschließlich durch, das Hilfsgebläse
hindurch. Auch diese Anordnung gibt keine vollbefriedigende Lösung für das der Erfindung
zugrunde liegende Pro: blem.
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Die oben beschriebenen Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch
gelöst, daß in der Ansaugleitung des Ladegebläses ein Rückschlagventil vorgesehen
wird und man die Förderleitung des Hilfsgebläses in Strömungsrichtung hinter dem
Rückschlagv entil in die Ansaugleitung des Ladegebläses einmünden läßt.
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Wenn die Brennkraftmaschine normal arbeitet und auch in der Abgasturbine
und dem Ladegebläse keine Störungen vorhanden sind, ist der Antrieb des Hilfsgebläses
stillgesetzt. Das Ladegebläse saugt Luft unmittelbar über das Rückschlagventil an.
Tritt eine Störung auf, indem ein oder mehrere Zylinder ausfallen oder in der Turbine
oder dem Ladegebläse ein Schaden auftritt, so läßt man das Hilfsgebläse laufen.
Durch den. Druck in der Förderleitung des Hilfsgebläses werden die Rückschlagkla,ppen
geschlossen, so daß keine Luft verlorengeht. Soll die Brennkraftmaschine, insbesondere
wenn es sich um eine Zweitaktbrennkraftmaschine: handelt, längere Zeit mit niedriger
Leistung und niedriger Drehzahl laufen, so genügt bei diesem Betriebszustand der
vom Ladegebläse gelieferte Luftdruck in der Reges nicht zu einem einwandfreien Betrieb.
Man läßt dann das Hilfsgebläse mit niedriger Drehzahl laufen. Wenn die Brennkraftmaschine
hochgefahren wird, steigt die Förderleistung des Ladegebläses, der dabei entstehende
Unterdruck öffnet das Rückschlagventil, so da,ß das Ladegebläse dann Luft direkt
aus der Atmosphäre ansaugt und das Hilfsgebläse abgeschaltet werden kann.
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Um bei einem Ausfall des Ladegebläses den Druckabfall zu vermeiden,
der auftritt, wenn die gesamte von dem Hilfsgebläse gelieferte Luft durch das Ladegebläse
strömen
muß, kann zwischen der Förderleitung des Hilfsgebläses und dem Luftaufnehmer der
Brennkraftmaschine eine abschließbare unmittelbare Verbindung vorhanden sein-Damit
das Hilfsgebläse den verschiedenen Betriebszuständen besser angepaßt werden kann,
wird dieses zweckmäßigenveise durch einen Motor, vorzugsweise Elektromotor, mit
veränderbarer Drehzahl angetrieben.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einer besonders vorteilhaften Anordnung näher erläutert, bei welcher .ein Sechszylinder-Zweitaktdieselmotor
mit zwei durch Abgasturbine getriebenen Ladegebläsen und einem Hilfsgebläse vorgesehen
ist.
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Der bei 1 schematisch angedeutete Zwentaktdieselrnotor besitzt einen
Luftaufnehmer, der durch eine mittels Schrauben zusammengehaltene Flanschverbindung5
in zwei Teilet und 3 unterteilt ist. In der Flanschv erbindung ist eine herausnehmbare,
mit einer Öffnung versehene Platte 6 angeordnet, die man gegebenenfalls durch eine
vollwandige Platte ersetzen kann, um den Luftaufnehmer in zwei getrennte Abschnitte
zu unterteilen. Es sind zwei Spülgebläse? und 8 vorgesehen, die jeweils durch eine
Abgasturbine 9 bzw. 10 angetrieben werden und unter Zwischenschaltung von Luftkühlern
18 an die zugehörigen Abschnitte des Luftaufnehmers angeschlossen sind. Das zum
Antreiben jeder Turbine dienende Abgas wird über Leitungen 11 von den drei Zylindern
des Motors geliefert, denen die Verbrennungsluft über den Abschnitt des Luftaufnehmers
zugeführt wird, der die Luft von dem jeweils zugehörigen Spülgebläse erhält.
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In der Ansaugleitung jedes Spülgebläses 7 und 8 sind eine Ventilkammer
12 bzw. 13. und ein Luftfilter 14 bzw. 15 vorgesehen. Die Ventilkammern enthalten
in der Zeichnung in ihrer geöffneten Stellung gezeigte Rückschlagventile 16 bzw.
17, die das Hindurchströmen von Luft durch das Filter zum Spülgebläse zulassen,
sich jedoch automatisch schließen, wenn der Druck in der Ventilkammer merklich ansteigt,
um so zu verhindern, daß Luft in der entgegengesetzten Richtung durch das. Filter
entweicht.
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Es ist ein einziges. Hilfsgebläse20 vorgesehen, dessen Förderleitung
21 an eine sich verzweigende Leitung 22 angeschlossen ist; diese Verzweigungsleitung
22 führt zu den Ventilkammern 12 und 13 in den Ansaugleitungen der Spülgebläse 7
und B.
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Die Enden der Verzweigungsleitung 22 sind mit den Ventilkammern 12
und 13 jeweils über eine Flanschverbindung verbunden, wobei zwischen den Flanschen
ein herausnehmbarer und durch eine vollwandige Platte ersetzbarer Ring 23 bzw. 24
angeordnet ist.
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Die Förderleitung 21 des Hilfsgebläses steht außerdem mit einer Verzweigungsleitung
25 in Verbindung, deren beide Enden an die beiden Abschnittet und 3 des Luftaufnehmers
des Motors angeschlossen sind, und zwar ebenfalls über Flansche, zwischen denen
jeweils ein herausnehmbarer und durch eine vollwandige Platte ersetzbarer Ring26
bzw. 27 angeordnet ist.
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Zum Antreiben des Hilfsgebläses 20 dient ein mit zwei verschiedenen
Drehzahlen zu betreibender Elektromotor28, dessen niedrigere Drehzahl benutzt wird,
wenn die Brennkraftmaschine längere Zeit hindurch mit niedriger Leistungsabgabe
arbeitet. Um den Förderdruck des Hilfsgebläses bei dieser Betriebsweise herabzusetzen,
könnten statt einer niedrigeren Drehzahl des Antriebsmotors auch Abblaseventile
vorgesehen sein.
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Während des normalen Betriebes. ist der Antriebsmotor 28 des Hilfsgebläses
abgeschaltet. Von dem 'Spiilgebläse 7 und 8 wird Luft durch die Filter 14 und 15
und die offenen Rückschlagventile 16 und 17 angesaugt und in den Luftaufnehmer2,
3 gefördert. Bei normalem Betrieb sind die Ringe 26 und 27 durch vollwandige Platten.
oder Einsatzstücke ersetzt. Ein kleiner Teil der durch die Gebläse 7 und 8 angesaugten
Luft wird somit über die Leitungen 22 und 21 durch das Hilfsgebläse 20 hindurch
angesaugt, so daß dieses Gebläse mit niedriger Drehzahl umläuft; hierin ist ein
Vorteil zu erblicken, denn auf diese Weise wird eine Beschädigung der Lager des
Hilfsgebläses vermieden, die eintreten könnte, wenn das Hilfsgebläse während langer
Zeitspannen stillsteht.
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Wenn die Brennkraftmaschine längere Zeit hindurch mit niedriger Leistungsabgabe
arbeiten soll, z. B. beim Manövrieren, wenn es sich um ein Schiffstriebwerk handelt,
läßt man den Elektromotor28 mit niedriger Drehzahl laufen, wobei den Ventilkammern
12 und 13 Luft über die Leitungen 21 und 22 zugeführt wird. Die Abgasturbogebläse7,
9 und 8, 1O arbeiten hierbei unterhalb. ihres vollen Wirkungsgrades. Die durch das
Hilfsgebläse 20 geförderte Luft schließt somit die Rückschlagventile 16 und 17,
so daß die vom Hilfsgebläse geförderte Luft durch die Spülgebläse 7 und 8 hindurch
in den Luftaufnehmer des Motors geliefert wird. Wenn sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine
erhöht, bewirkt der durch die Spülgebläse 7 und 8 entstehende Unterdruck ein Öffnen
der Rückschlagventile 16 und 17, so daß zusätzliche Luft durch die Filter 14 und
15 eintreten kann, bis die Brennkraftmaschine ihre vorbestimmte Drehzahl erreicht
hat, woraufhin man den das Hilfsgebläse antreibenden Motor28 abschalten kann.
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Wenn hei einem der Abgasturbogebläse an der Turbine oder dem Gebläse
.ein Schaden auftritt, z. B. bei dem in der Zeichnung auf -der linken Seite dargestellten
Abgasturbogebläse 8, 10, wird dessen Läufer mechanisch verriegelt und bei 23 eine
vollwandige Platte in die Verbindung zwischen der Rohrleitung 22 und dem noch betriebsfähigen
Abgasturbogebläse7, 9 eingesetzt. Außerdem wird die vollwandige Platte bei 27 zwischen
der Rohrleitung 25 und dem Abschnitt 3 des. Luftaufnehmers entfernt, während die
vollwandige Piatte26 am anderen Ende der Rohrleitung 25 belassen wird. Dann läßt
man den Motor 28 mit der höchsten Drehzahl laufen, wobei das Hilfsgebläse20 die
Luft über die Rohrleitung 25 unmittelbar in den Ab-
schnitt 3 des Luftaufnehmers
fördert, der vorher durch das jetzt außer Betrieb befindliche Spülgebläses versorgt
wurde. Ein Teil der durch das. Hilfsgebläse geförderten Luft strömt aber auch durch
die Rohrleitung 22 und das außer Betrieb. gesetzte Spülgebläse8 in den Abschnitt
3 des Luftaufnehmers, doch gelangt keine durch das Hilfsgebläse geförderte Luft
zu dem Spülgebläse 7. Die durch das stillstehende Gebläse 8 hindurchgeförderte Luft
kühlt dieses Gebläse, so da,ß es nichterforderlich ist, das durch den Auslaßkanal
11 in die Turbine1fl strömende heiße Abgas umzuleiten. Diese durch das Gebläse 8
hindurchströmende Luft wird auch dazu verwendet, diel übliche Luftabdichtung der
Welle zwischen Gebläse 8 und Turbine 10 zu füllen, die verhindert, daß das heiße
Abgas längs der Welle in das Gebläse gelangt.
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Wenn ein Spülgebläse außer Betrieb ist, arbeiten das betriebsfähige
Spülgebläse und das. Hilfsgebläse somit in Parallelschaltung und fördern Luft zu
den
beiden Abschnitten 2 und 3 des Luftaufnehmers. Es kann von Vorteil
sein, die mit einer Öffnung versehene Platte 6 zwischen den beiden Luftaufnehmerabschnitten
durch eine vollwandige Platte zu ersetzen, um die beiden Abschnitte vollständig
voneinander zu trennen.
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Wenn beide Abgast.urbogebläse versagen sollten, braucht man lediglich
die beiden vollwandigen Platten bei 26 und 27 zu entfernen und die Läufer der Abgasturbogebläse
festzulegen. Dann läßt man den Motor 28 mit seiner höchsten Drehzahl arbeiten, wobei
dann das Hilfsgebläse Luft unmittelbar in die Luftaufnehmerabschnitte2 und 3 fördert.
Ein kleiner 'feil der geförderten Luft strömt wieder durch die Leitung 22, um die
beiden Gebläse? und 8 in der oben beschriebenen Weise zu kühlen. Es ist nicht einmal
unbedingt notwendig, die Verschlußpla.tten 26 und 27 zu entfernen; da in diesem
Falle aber die gesamte durch das Hilfsgebläse geförderte Luftmenge durch die stillstehenden
Gebläse 7 und 8 hindurchströmen muß, ergibt sich dann jedoch ein gewisser Luftdruckabfall
in den Abschnitten 2 und 3 des Luftaufnehmers.
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Es ist einleuchtend, daß man die als Abschließmittel dienenden Flanschverbindungen
23, 24, 26, 27 und 5, 6 gegebenenfalls. durch je ein Ventil ersetzen kann.
In jedem Falle bleiben alle abschließbaren Verbindungen bzw. Ventile kalt. Man kann
daher sofort nach dem Auftreten einer Störung an ihnen arbeiten, ohne daß man warten
muß, bis sie sich abgekühlt haben.
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Da die Luft die Spülgebläse stets in der gleichen Richtung durchströmt,
ohne Rücksicht darauf, ob das Hilfsgebläse, arbeitet oder nicht, ist ersichtlich,
daß die Spülgebläse beim Hochfahren keinen Gegendruck zu überwinden haben. Hierin
liegt ein eindeutiger Vorteil gegenüber einer Parallelschaltung der Spülgebläse
und des Hilfsgebläses, bei der das Spülgebläse möglicherweise beim Hochfahren den
Punkt des Pumpens zu durchlaufen hätte, wobei die- Drehzahl des Hilfsgebläses gegebenenfalls
mit der Hand reguliert werden müßte.
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Man kann auch zwei Hilfsgebläse vorsehen, von denen jeweils eines
mit einem Spülgebläse in Reihe geschaltet und in Strömungsrichtung vor diesem angeordnet
ist. Auch, in diesem Falle wird jedes Hilfsgebläse durch einen Elektromotor mit
veränderbarer Drehzahl angetrieben. Hierbei braucht man in der Leitung zwischen
jedem Hilfsgebläse und dem zugehörigen Spülgebläse kein Absperrventil vorzusehen.