DE1242404B - Verfahren zum Betrieb einer Zweitaktbrennkraftmaschine und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Zweitaktbrennkraftmaschine und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE1242404B
DE1242404B DEA42101A DEA0042101A DE1242404B DE 1242404 B DE1242404 B DE 1242404B DE A42101 A DEA42101 A DE A42101A DE A0042101 A DEA0042101 A DE A0042101A DE 1242404 B DE1242404 B DE 1242404B
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DE
Germany
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fan
line
turbine
exhaust
air
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Application number
DEA42101A
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English (en)
Inventor
Lars Thorbjoern Collin
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Goetaverken AB
Original Assignee
Goetaverken AB
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • 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
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

  • 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.
  • 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.
  • Die beiden Gebläse werden üblicherweise nebeneinandergeschaltet, so daß sie parallel in den Spülluftaufnehmer der Maschine fördern.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus der Zeichnung sind eine Zweitaktbrennkraftmaschine 5, ein von ihr angetriebenes Hilfsspülgebläse 6, eine Abgasturbine 7 und ein von dieser angetriebenes Hauptspülgebläse 8 ersichtlich.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betrieb einer Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere für Schiffsantrieb, mit einem durch eine Abgasturbine angetriebenen Hauptspülgebläse und einem beliebig angetriebenen Hilfsspülgebläse, die beide parallel in den Spülluftaufnehmer der Maschine fördern, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anlassen und bei niedriger Belastung der Maschine die Abgase vor der Turbine (7) ins Freie geleitet werden, im unteren Belastungsbereich die Turbine (7) durch die Abgase beaufschlab wird und das Hauptspülgebläse (8) ins Freie fördert, bei steigender Belastung der Maschine die vom Hauptspülgebläse (8) gelieferte Luft durch eine Verbindungsleitung (19) in die Abgasleitung vor der Turbine (7) eingeführt wird und schließlich bei weiter steigender Belastung die Verbindungsleitung (19) allmählich geschlossen wird, so daß sie bei Erreichen der normalen Betriebsbelastung ganz geschlossen ist, wobei das Hilfsspülgebläse (6) abgeschaltet wird.
  2. 2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Abgasleitung zwischen Maschine (5) und Turbine (7) eine steuerbare, ins Freie führende Abblaseleitung (12) angeschlossen ist und daß von der Druckleitung (13) des Hauptspülgebläses (8) zu der Abgasleitung vor der Turbine (7) eine Verbindungsleitung (19) führt, die mit einem Dreiwegeventil (17) zum Steuern und Abblasen der Luft und hinter diesem mit einem Rückschlagventil (20) versehen ist, und daß ferner in der Druckleitung (13) des Hauptspülgebläses (8) hinter der Abzweigung (16) der Verbindungsleitung (19) ein weiteres Rückschlagventil (21) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 801596, 962 026; belgische Patentschrift Nr. 555 740; USA.-Patentschrift Nr. 2 559 623.
DEA42101A 1962-01-18 1963-01-17 Verfahren zum Betrieb einer Zweitaktbrennkraftmaschine und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens Pending DE1242404B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0108905A1 (de) * 1982-11-02 1984-05-23 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Mittels Abgasturbolader aufgeladene Brennkraftmaschine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE555740A (de) *
DE801596C (de) * 1948-10-02 1951-01-15 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Aufgeladene Brennkraftmaschine fuer Fahrzeugantrieb
US2559623A (en) * 1944-02-12 1951-07-10 Sperry Corp Turbo-supercharger system having controlled inlet and exhaust waste gates
DE962026C (de) * 1955-08-22 1957-04-18 Bbc Brown Boveri & Cie Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbogeblaese und mindestens einem zusaetzlichen, anderweitig angetriebenen Spuel- oder Ladegeblaese

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