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Verfahren zum Betrieb einer Zweitaktbrennkraftmaschine und Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb
einer Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere für Schiffsantrieb, mit einem durch
eine Abgasturbine angetriebenen Hauptspülgebläse und einem beliebig angetriebenen
Hilfsspülgebläse und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Das Hilfsspülgebläse wird vorgesehen, um die Leistung des Hauptspülgebläses
zu ergänzen bzw. zu ersetzen, die beim Anlassen und bei niedriger Belastung der
Zweitaktbrennkraftmaschine für das Spülen und Aufladen der Maschinenzylinder nicht
ausreicht, da hierbei die zur Abgasturbine strömenden Abgase der Zweitaktbrennkraftmaschine
noch zu wenig Energie enthalten.
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Die beiden Gebläse werden üblicherweise nebeneinandergeschaltet, so
daß sie parallel in den Spülluftaufnehmer der Maschine fördern.
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Bei dieser Parallelschaltung kann das sogenannte Pumpen der Spülgebläse
auftreten. Um die Gefahr des Pumpens zu vermeiden, ist es bekanntgeworden, die Abgasturbine
mit einem besonderen Düsensegment zu versehen, durch das ihr unabhängig von der
Förderung der beiden Gebläse in den Spülluftaufnehmer vom Hilfsspülgebläse geförderte
Luft zugeführt werden kann. Bei zunehmender Leistung der Zweitaktbrennkraftmaschine
wird dann mindestens ein Teil der vom Hilfsspülgebläse geförderten Luft je ins Freie
und in den Spülluftaufnehmer geleitet, während dem besonderen Düsensegment der Abgasturbine
nunmehr Abgase zugeführt werden.
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Ferner ist es bei Anordnung eines einzigen Spülgebläses bekannt, zur
Vermeidung des Pumpens in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine
Spülluft ins Freie oder in die Abgasleitung zu führen. Auch ist es nicht neu, an
die Luftleitung zwischen Spülgebläse und Brennkraftmaschine Zweigleitungen anzuschließen,
die in die freie Luft führen bzw. mit der Abgasleitung zwischen Brennkraftmaschine
und Abgasturbine zu verbinden sind.
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Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, die Zweitaktbrennkraftmaschine
so auf die normale Betriebsbelastung zu bringen, daß einerseits das Pumpen vermieden
wird und andererseits das Hauptspülgebläse möglichst schnell auf seine Höchstdrehzahl
kommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Anlassen
und bei niedriger Belastung der Maschine die Abgase vor der Turbine ins Freie geleitet
werden, im unteren Belastungsbereich die Turbine durch die Abgase beaufschlagt wird
und das Hauptspülgebläse ins Freie fördert, bei steigender Belastung der Maschine
die vom Hauptspülgebläse gelieferte Luft durch eine Verbindungsleitung in die Abgasleitung
vor der Turbine eingeführt wird und schließlich bei weiter steigender Belastung
die Verbindungsleitung allmählich geschlossen wird, so daß sie bei Erreichen der
normalen Betriebsbelastung ganz geschlossen ist, wobei das Hilfsspülgebläse abgeschaltet
wird.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird also das Anfahren der
Zweitaktbrennkraftmaschine bis zur normalen Betriebsbelastung in bestimmte Betriebsstufen
zerlegt, die nur durch Schaltvorgänge einzustellen sind, wodurch die gestellte Aufgabe
in einfacher und besserer Weise als bisher gelöst wird.
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Dementsprechend ist die Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens
dadurch gekennzeichnet, daß an die Abgasleitung zwischen Maschine und Turbine eine
steuerbare, ins Freie führende Abblaseleitung angeschlossen ist und daß von der
Druckleitung des Hauptspülgebläses zu der Abgasleitung vor der Turbine eine Verbindungsleitung
führt, die mit einem Dreiwegeventil zum Steuern und Abblasen der Luft und hinter
diesem mit einem Rückschlagventil versehen ist, und daß ferner in der Druckleitung
des Hauptspülgebläses hinter der Abzweigung der Verbindungsleitung ein weiteres
Rückschlagventil angeordnet ist.
Die Zeichnung veranschaulicht schematisch
eine Einrichtung gemäß der Erfindung.
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Aus der Zeichnung sind eine Zweitaktbrennkraftmaschine 5, ein von
ihr angetriebenes Hilfsspülgebläse 6, eine Abgasturbine 7 und ein von dieser angetriebenes
Hauptspülgebläse 8 ersichtlich.
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Die Abgase der Brennkraftmaschine 5 gelangen aus den Maschinenzylindern
durch Leitungen 9 in einen gemeinsamen Aufnehmer 10 und weiter durch eine
Abgasleitung zur Abgasturbine 7. Zwischen Ausnehmer 10 und Abgasturbine
7 ist in der Abgasleitung ein Dreiwegeventil 11 vorgesehen, durch das die
Abgase über eine Abblaseleitung 12 ins Freie geführt werden können.
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Vom Hauptspülgebläse 8 führt eine Druckleitung 13 mit eingeschaltetem
Spülluftkühler 14 zu einem Spülluftaufnehmer 15, von dem aus die Spülluft
unmittelbar in die Maschinenzylinder gelangt. An diesem Spülluftaufnehmer 15 ist
auch das Hilfsspülgebläse 6 angeschlossen.
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Von der Druckleitung 13 zweigt bei 16 eine Verbindungsleitung
19 ab, die zur Abgasleitung vor der Turbine 7 führt und mit einem Dreiwegeventil
17 versehen ist. Dieses Dreiwegeventil 17 dient zum Steuern und zum Abblasen der
Luft durch eine ins Freie führende Abblaseleitung 18. Hinter dem Dreiwegeventil
17 ist in der Leitung 19 ein Rückschlagventil 20 vorgesehen. Ein weiteres
Rückschlagventil21 ist in der Druckleitung 13 des Hauptspülgebläses hinter
der Abzweigung 16 der Verbindungsleitung 19 bzw. hinter dem Spülluftkühler
14 angeordnet.
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Das Verdichtungsverhältnis des von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Hilfsspülgebläses 6 ist so gewählt, daß seine Druckventile nicht öffnen, wenn das
Hauptspülgebläse einen genügend hohen Druck im Spülluftaufnehmer 15 liefert.
Dies ergibt ein selbsttätiges Ausschalten des Hilfsspülgebläses, das also bei normaler
Leistung der Brennkraftmaschine nur eine den Reibungsverlusten entsprechende Antriebskraft
erfordert.
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Die Einrichtung wird in folgender Weise betrieben: Beim Anlassen der
Zweitaktbrennkraftmaschine wird das Dreiwegeventil 11 so eingestellt, daß
die Abgase der Brennkraftmaschine durch die Abblaseleitung 12
ins Freie strömen,
wobei nur eine geringe Spülarbeit zu leisten ist. Die dafür erforderliche Spülluftmenge
wird vom Hilfsspülgebläse 6 geliefert. Die Einstellung des Dreiwegeventils
11 wird nach dem Anlassen auch noch bei niedriger Belastung der Brennkraftmaschine
beibehalten.
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Im unteren Belastungsbereich wird das Dreiwegeventil 11 umgestellt,
so daß die Turbine 7 durch die Abgase beaufschlagt wird. In dieser Betriebsstufe
ist das Dreiwegeventi117 so eingestellt, daß die vom Hauptspülgebläse 8 gelieferte,
noch nicht sehr große Spülluftmenge durch die Abblaseleitung 18 ins Freie
strömt. Bei diesem Betriebszustand ist also ein gewisser Druck in der zur Turbine
7 führenden Abgasleitung vorhanden. Das Rückschlagventi120 verhindert dabei unbeschadet
der Stellung des Dreiwegeventils 17 ein Rückströmen von Abgas in die Druckleitung
13. Die Spülluft wird in dieser Betriebsstufe auch noch lediglich vom Hilfsspülgebläse
geliefert, wobei durch das Rückschlagventil 21 die Verbindung vom Spülluftaufnehmer
15 zur Druckleitung 13 unterbrochen ist. Da das Hauptspülgebläse 8 ins Freie liefert,
wird in dieser Betriebsstufe die in den Abgasen enthaltene Energie praktisch nur
zum Beschleunigen der Abgasturbine 7 und des Hauptspülluftgebläses 8 ausgenutzt.
Dies bedeutet, daß die Drehzahl sehr schnell ansteigt, während der Druck der vom
Hauptspülgebläse ins Freie gelieferten Luft nur unbedeutend ansteigt.
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Bei steigender Belastung der Brennkraftmaschine wird, nachdem die
Abgasturbine 7 und das Hauptspülgebläse eine bestimmte Drehzahl erreicht haben und
eine entsprechende Leistung abgegeben werden kann, das Dreiwegeventi117 umgestellt,
so_ daß die vom Hauptspülgebläse 8 gelieferte Luft drch die Verbindungsleitung 19
in die Abgasleitung vor der Turbine 7 eingeführt wird. Dieses Rückströmen der Spülluft
findet statt, sobald sich in der Druckleitung 13 ein Druck aufgebaut hat, der etwas
höher ist als der Druck im Aufnehmer 10, in dem ein etwas geringerer Druck
herrscht als im Spülluftaufnehmer 15. Infolge des gestiegenen Drucks in der Druckleitung
13 wird also das Rückschlagventi120 geöffnet, jedoch bleibt das Rückschlagventil21
weiterhin geschlossen. Die vom Hauptspülgebläse 8 gelieferte Spülluft wird
nun bei dieser Betriebsstufe in die Abgasturbine zurückgeführt. Dies ist möglich,
weil die Abgasturbine für die Abgasmengen ausgelegt ist, die bei normalem Betrieb
anfallen. Da die Einrichtung jetzt erst in einem mittleren Belastungsbereich arbeitet,
werden die Schaufelkanäle der Abgasturbine von den Abgasen allein nicht voll ausgefüllt,
d. h., die Turbine arbeitet mit einem schlechten Wirkungsgrad. Durch die Rückführung
der Spülluft erhält die Abgasturbine ein größeres Gasvolumen, d. h., der Wirkungsgrad
der Turbine steigt, obwohl die Maschinenleistung nicht vergrößert wird.
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Bei weiter steigender Belastung der Brennkraftmaschine wird schließlich
das Dreiwegeventil17 so betätigt, daß die Verbindungsleitung 19 allmählich geschlossen
wird und die Abblaseleitung 18 geschlossen bleibt. Dadurch steigt der Druck
in der Druckleitung 13 weiter an, bis schließlich das Rückschlagventil21 geöffnet
wird. Bei diesem Betriebszustand erhält die Brennkraftmaschine Spülluft sowohl vom
Hauptspülgebläse 8 als auch vom Hilfsspülgebläse 6.
Erreicht die vom
Hauptspülgebläse 8 gelieferte Spülluft in der Druckleitung 13 und im Spülluftaufnehmer
15 einen bestimmten Druck, so wird das Hilfsspülgebläse 6 automatisch abgeschaltet,
weil sich seine Druckventile nicht mehr öffnen können.
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Mit dem beschriebenen Betrieb der Einrichtung wird erreicht, daß die
beiden Gebläse 6, 8 in genügendem Abstand von der Pumpgrenze arbeiten und dabei
das Hauptspülgebläse 8 so schnell wie möglich auf seine Höchstdrehzahl kommt.
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Die beschriebene Einrichtung dient nur zur Erläuterung der Erfindung.
Einzelheiten können abgeändert werden. Die Dreiwegeventile 11,17 können miteinander
gekuppelt werden, so daß sie gemeinsam in der gewünschten Weise betätigt werden
können. Sie können auch vom Brennstoffregelventil oder einem anderen Teil der Brennkraftmaschine
gesteuert werden, dessen Einstellung vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine
abhängt. Das Hilfsspülgebl'äse 6
kann von beliebiger Bauart sein und auch
durch eine fremde Kraftquelle angetrieben werden, so daß es selbsttätig oder von
Hand stillgesetzt werden kann, sobald die normale Betriebsbelastung erreicht ist.
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Die Dauer der Betriebsstufen, bei denen die Abblaseleitung 18 bzw.
die Verbindungsleitung 19 geöffnet sind, kann sehr kurz bemessen werden. Wenn
die
Brennkraftmaschine allerdings längere Zeit mit geringer bis mittlerer Belastung
arbeitet, bleiben die Leitungen 18,19 entsprechend lange geöffnet.