DE1149200B - Brennkraftmaschine zur Andrehturbine und Abgasturbolader - Google Patents

Brennkraftmaschine zur Andrehturbine und Abgasturbolader

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DE1149200B
DE1149200B DEG29886A DEG0029886A DE1149200B DE 1149200 B DE1149200 B DE 1149200B DE G29886 A DEG29886 A DE G29886A DE G0029886 A DEG0029886 A DE G0029886A DE 1149200 B DE1149200 B DE 1149200B
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Germany
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internal combustion
turbine
combustion engine
cranking
exhaust gas
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Application number
DEG29886A
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English (en)
Inventor
Hans Egli
Wilton Everts Parker
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Garrett Corp
Original Assignee
Garrett Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/16Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/164Control of the pumps by bypassing charging air the bypassed air being used in an auxiliary apparatus, e.g. in an air turbine
    • F02B37/166Control of the pumps by bypassing charging air the bypassed air being used in an auxiliary apparatus, e.g. in an air turbine the auxiliary apparatus being a combustion chamber, e.g. upstream of turbine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
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Description

  • Brennkraftmaschine zur Andrehturbine und Abgasturbolader Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Andrehturbine und Abgasturbolader, der eine eigene Andrehvorrichtung und eine Brennkammer aufweist, welche vom Lader mit Druckluft versorgt werden und welche die Abgasturbine mit Gas versorgen kann.
  • Derartige Brennkraftmaschinen sind bekannt. Bei ihnen ist mit der Brennkraftmaschine ein Turboverdichter gekuppelt, dessen Turbine durch die Abgase der Brennkraftrnaschine angetrieben wird, wobei ihr Eimaß mit dem Auslaßsammelrohr verbunden ist, während der Auslaß des Verdichters an. das Einlaßsammelrohr der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Außerdem ist eine Brennvorrichtung vorgesehen, deren Abgase beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Turbine des Turboverdichters antreiben. Dabei liefert der Verdichter der Brennvorrichtung die notwendige Luft. Zum Anlassen des gesamten Maschinenaggregats ist ein elektrischer Anlaßmotor vorgesehen, der zunächst den Turboverdichter antreibt, wobei dessen Welle noch nicht mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt ist. Dieses erste Anlassen ist erforderlich, um die Brennvorrichtung in Betrieb nehmen zu können, die danach die Antriebsenergie für den Turboverdichter liefert. Nach der Inbetriebnahme der Brennvorrichtung kann der Anlaßmotor abgeschaltet und die Turbinenwelle mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt werden, um letztere in Betrieb zu setzen.
  • Nach der Erfindung ist diesen bekannten Maschinenanlagen gegenüber die Andrehturbine entweder vom Lader mit Druckluft und/oder von der Brennkammer mit Gas beaufschlagbar. Diese Andrehturbine weist Betriebseigenschaften auf, die besondere Vorteile gegenüber den bekannten Anlagen bietet, denn bei einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung befindet sich zwischen dem Turboverdichter und der Brennkraftmaschine kein mechanisches Verbindungsglied in Gestalt einer ausrückbaren Kupplung od. dgl. Ein solches Glied ist bei den bekannten Anlagen vorhanden, und eine Brennkraftmascbine nach der Erfindung wird deshalb einfacher. Aber auch die Betriebseigenschaften sind, wie bereits erwähnt, günstiger.
  • Wird nämlich eine Starteranlage der bekannten Bauart eingeschaltet, und ist der Tuboverdichter auf die Brennvorrichtung geschaltet, so muß die Kupplung zwischen Turbinenwelle und Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingeschaltet werden. Hierbei sinkt die Drehzahl des Turboverdichters sogleich ganz beträchtlich, und das zum Anlassen verfügbare Drehmoment verringert sich entsprechend. Bei einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung jedoch wird der Turboverdichter, sobald er die Drehzahl erreicht hat, bei der die Brennvorrichtung in Betrieb genommen werden kann, aus der Brennvorrichtung betrieben, und man kann die Turbine durch die vom Verdichter gelieferte Luft antreiben lassen. Hierbei ergibt sich keine nennenswerte Verringerung der Verdichterdrehzahl. Dementsprechend ist auch das an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment nahezu gleich dem Maximalwert, so daß die Brennkraftmaschine sehr viel schneller auf ihre Anlaßdrehzahl gebracht werden kann.
  • Diese Vorteile machen sich besonders bemerkbar, wenn die Brennkraftmaschine unter besonders ungünstigen Umständen betrieben werden soll. Beim Starten von solchen Brennkraftmaschinen, z. B. Dieselmaschinen, unter extrem kalten Bedingungen ist ein. hohes Anwurf-Drehmoment erforderlich wegen der hohen Viskosität des kalten, zwischen den bewegten Teilen befindlichen ölfilms. Abgesehen von diesem hohen, beim Anwerfen der Brennkraftmaschine aufzuwendenden Drehmoment kann es sein, daß der Ladedruck der Maschine niedrig ist, was. insbesondere in Betracht kommt, wenn eine normalerweise mit überdruck arbeitende Maschine ohne diesen überdruck starten muß. Außerdem arbeitet bei Kälte die elektrische Anlage schlechter, insbesondere weisen die Batterien eine wesentlich niedrigere Leistung auf.
  • Auch unter diesen ungünstigen Umständen hat sich eine Maschinenanlage nach der Erfindung bewährt. In an sich bekannter Weise sind ferner Mittel vorgesehen, um die Andrehturbine selbsttätig von der Brennkraftmaschine abzukuppeln, sobald diese mit eigener Kraft läuft.
  • In den Verbindungsleitungen zwischen der Andrehturbine und seiner Luft- bzw. Gasquelle ist zweckmäßig je ein Absperrventil vorgesehen. Außerdem ist in der Eintrittsleitung der Brennkammer ein Absperrventil angeordnet, um den Zuftuß von Luft aus dem Verdichter unterbrechen zu können.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung einer in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsform hervor; diese Zeichnung zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine, die mit einer durch eine Gasturbine betriebenen Starteranlage ausgestattet ist.
  • Die Brennkraftmaschine, die bei dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel von einer Dieselmaschine gebildet wird, weist einen Zylinderblock 1 auf, dessen Einlaßöffnungen 2 mit einer Leitung 3 verbunden sind, während die Auslaßöffnungen 12 an eine Auspuffleitung 11 angeschlossen sind.
  • Die Einlaßleitung 3 ist an den Auslaß 4 eines Verdichters 5 angeschlossen, der zusammen mit einer Turbine 8 einen Turbolader bildet. Der Einlaß 9 der Turbine 8 ist mit der Auspuffleitung 11 verbunden. Der Verdichter 5 und die Turbine 8 sind durch eine Welle 7 miteinander verbunden, und der Verdichter 5 steht über eine Kupplung 14 mit einer Andrehvorrichtung 13 in Verbindung. Der Einfachheit halber ist diese als eine von Hand zu betätigende Einrichtung veranschaulicht; es ist aber klar, da.ß sie auch elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben werden kann. Auch die Kupplung 14 ist nur schematisch veranschaulicht; auch sie kann durch eine mechanische, elektrische oder pneumatische Einrichtung ersetzt sein, die geeignet ist, die Andrehvorrichtung 13 mit dem Turbolader bzw. seiner Welle 7 nur während des anfänglichen Startvorganges zu kuppeln.
  • Eine Brennkammer 15 ist mit einer regelbaren Brennstoffzufuhrleitung 16 versehen und mit der Einlaßleitung 3 mittels einer Leitung 17 verbunden, in der sich ein Absperrventil 18 befindet. Der Aussaß der Brennkammer 15 steht über eine Leitung 19 mit der Auspuffleitung 11 in Verbindung.
  • Ferner zweigt von der Einlaßleitung 3 eine Leitung 23 ab, die ein Absperrventil 24 aufweist und an den Einsaß einer pneumatischen Turbine 21 angeschlossen ist, deren Welle 25 mittels eines Untersetzungsgetriebes 26 mit einem Ritzes 27 in Verbindung steht, das mit einem gezahnten Schwungrad 28 auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 kämmt. Das Ritzes 27 und das Schwungrad 28 sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie nur während des Andrehvorgangs miteinander im Eingriff stehen und außer Eingriff gebracht werden, sobald die Maschine mit eigener Kraft läuft. Gegebenenfalls kann der Ritzelantrieb durch einen. elektrischen oder hydraulischen Antrieb ersetzt werden. In der Zeichnung sind die Ventile 18 und 24 schematisch als von Hand bedienbare Ventile veranschaulicht, die dazu dienen, die entsprechenden Leitungen 17 und 23 absperren zu können; es ist aber einleuchtend, d'aß gegebenenfalls diese Ventile auch durch elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigte Ventile ersetzt werden können.
  • Von der Auspuffleitung 11 zweigt eine Leitung 30 ab, in der sich ein überströmventil 31 befindet, das derart regelbar ist, daß über den ganzen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ein konstanter Leitungsdruck aufrechterhalten wird. Dieser Regelvorgang wird erleichtert durch die Wahl eines kleinen Düsenquerschnitts für die Turbine 8 des Turboladers.
  • Die Anlage arbeitet wie folgt: Soll die Brennkraftmaschine angedreht werden, so wird zunächst das Ventil 18 (bei geschlossenem Ventil 24) geöffnet; dann wird dieAndrehvorrichtung 13 betätigt und unter Vermittlung der eingerückten Kupplung 14 der Turbolader inDrehung versetzt. Aus demAuslaß desVerdichters5 wird verdichtete Luft der Brennkammer 15 durch die Leitung 17 zugeführt. Diese Luft mischt sich mit dem Brennstoff, der durch die Einlaßleitung 16 zugeführt und in der Brennkammer gezündet wird; die Verbrennungsprodukte gelangen durch die Leitung 19 in die Auspuffleitung 11 und treiben die Turbine 8 des Turboladers an, der nunmehr beschleunigt wird.
  • Es wird nunmehr die Andrehvorrichtung 13 abgekuppelt; der Turbolader 6 wird weiterhin beschleunigt, bis er seine volle Drehzahl erreicht hat; das Uberströmventil 31 sorgt dafür, daß die Andrehzahl des Turboladers so groß ist, daßdererforderliche Druck in der Einlaßleitung 3 aufrechterhalten wird. Ist dieser Zustand einmal erreicht, so kann die Andrehturbine 21 durch Öffnen des Ventils 24 in Betrieb gesetzt werden, die über das Ritze127 und das gezahnte Schwungrad 28 dann die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 in Drehung zu versetzten beginnt.
  • Während dieses ersten Betriebsabschnittes gelangt verdichtete Luft aus der Einlaßleitung 3 durch die Einlaßöffnungen 2 unter dem vollen, in der Einlaßleitung herrschenden Druck und der darin herrschenden Temperatur in die Brennkraftmaschine, so daß der an den Zylinderlaufbüchsen der Brennkraftmaschine befindliche Ölfilm angewärmt wird; dies hat eine entsprechende Verringerung der Maschinenreibung und damit eine Unterstützung des Andrehvorganges zur Folge. Nunmehr wird Brennstoff in die Maschine eingespritzt; die Zündung wird durch die Tatsache erleichtert, daß die Maschine unter dem vollen Druck und mit der Temperatur in Betrieb gesetzt wird, die in der Einlaßleitung herrschen. Ist die Maschine einmal angesprungen und läuft sie mit eigener Kraft, so kommt das Ritzes 27 mit dem Schwungrad 28 außer Eingriff, und zwar entweder selbsttätig oder in Abhängigkeit von einer entsprechenden Steuerung. Anschließend können die Ventile 18 und 24 geschlossen und die Brennstoffzufuhr durch die Leitung 16 unterbrochen werden, so daß die Arbeit der Brennkammer 15 und der Andrehturbine 21 aufhört.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Andrehturbine 21 durch kalte, aus der Einlaßleitung 3 zugeführte Luft betrieben wird. Bei einer Abänderungsform kann die Turbine 21 aus der Auspuffleitung 11 versorgt werden, und zwar über eine Leitung 33, in der sich ein Absperrventil 32 befindet; es kann auf diese Weise der Turbine heißes Verbrennungsgas aus der Brennkammer 15 zugeleitet werden; auf diese Weise kann die Leistung erhöht werden, wenn dies notwendig ist, um die Brennkraftmaschine anzudrehen. Normalerweise wird jedoch der Kaltluftbetrieb zu bevorzugen sein. da er einfacher durchführbar und auch billiger ist.
  • Um das Anwärmen der Maschine zu unterstützen, kann gegebenenfalls die Wärme aus den Abgasen der Turbinen 8 und 21 ausgenutzt werden.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform wird eine Brennkraftmaschine mit einem einzigen Zylinderblock 1 verwendet; es ist aber einleuchtend, daß diese gleiche Andrehvorrichtung auch für Maschinen mit mehreren Zylinderblöcken und auch mit mehreren Turboladern zur Anwendung kommen kann. Dabei kann die Andrehturbine von einem einzigen Turbolader oder auch von mehreren Turboladern versorgt werden.
  • Bei der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsform ist die Andrehturbine 21 durch den Verdichter 5 des Turboladers 6 antreibbar. Es wäre aber auch möglich, die Andrehturbine 21 in Serie mit der Turboladerturbine 8 zu schalten. So könnte beispielsweise die Andrehturbine am Auslaßende der vom Turbolader angetriebenen Turbine vorgesehen sein. Eine solche Bauweise würde jedoch verhältnismäßig lange Leitungen und mehrere Ventile erfordern, da die Andrehturbine die ganze Strömungsmenge der Turboladcrturbine zu verarbeiten hätte.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Brennkraftmaschine mit Andrehturbine und Abgasturbolader, der eine eigene Andrehvorrichtung und eine Brennkammer aufweist, welche vom Lader mit Druckluft versorgt werden und welche die Abgasturbine mit Gas versorgen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrehturbine (21) entweder vom Lader (5) mit Druckluft und/ oder von der Brennkammer (15) mit Gas beaufschlagbar ist. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrehturbine (21) in an sich bekannter Weise selbsttätig von der Brennkraftmaschine (1) abgekuppelt wird, sobald diese mit eigener Kraft läuft. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittsleitung (17) der Brennkammer (15) ein Absperrventil (18) und in den Eintrittsleitungen (23, 33) der Andrehturbine (21) je ein Absperrventil (24, 32) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 915 635, 714 531.
DEG29886A 1959-06-25 1960-06-18 Brennkraftmaschine zur Andrehturbine und Abgasturbolader Pending DE1149200B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0091139A1 (de) * 1982-04-05 1983-10-12 BBC Brown Boveri AG Abgasturbolader an aufgeladenem Dieselmotor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE714531C (de) * 1937-10-22 1941-12-01 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Vorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen
DE915635C (de) * 1950-01-12 1954-07-26 Frederick Nettel Andrehvorrichtung fuer eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturboladegeblaese

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