DE2017496C - Aufgeladene mehrzylindnge Zweitakt Kolbenbrennkraftmaschme - Google Patents

Description

satzluft aus einem HilfsgeblUse zugeführt, das an 15 Iüutert. Es zeigt

Da der Druck in der Saugleitung eines der zentrifugulen Ladegeblüse begrenzt ist, stellen alle anderen zentrifugalen LadegeblUse selbsttätig ihre Förderdrüeke so ein, daß sie dem Förderdruck des mit dem ίο HilfsgeblUse oder dem Niederdruckgeblilse ausgestatteten zentrifugalen Ladegeblüse angeglichen werden, wie im folgenden crlUutert wird. ■""Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung schcmaiisch d-irgestellter Ausführungsbeispiele er-

beidc Turbolader angeschlossen ist. Beim Ausfall eines der Turbolader ist es möglich, durch geeignet angeordnete Abblendplatten die Luft aus dem Hilfsgebläsc direkt dem entsprechenden Luftaufnehmer zuzuführen.

Andererseits ist es aus der schweizerischen Patentschrift 134 715 bekannt, zur Leistungserhöhung einer Kolbcnbreiinkral'tmaschine u. a. bei Vollast dem durch eine Abgasturbine angetriebenen Gebläse ein

einen gemeinsamen Luftaufnehmer 7 für Spül- und Ladeluft, von welchem die nicht dargestellte Haupi-•naschine ihre Luft erhält. Erfindungsgeniäß wird

Fig. I ein Schema einer Ausführung des erfindungsgemüßen Aufladesyslems unter Verwendung eines Niederdruek-Hilfsgeblä'ses,

F i g. 2 ein Diagramm mit den Charakteristiken der zentrifugalen Ladegebläsc bei der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 3 ein Schema einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Aufladesystems mit der Verwendung eines Hilfsgcbläses mit etwas höhcrem Förder-

Hilfsgeblüse, das durch einen Elektromotor angetrie- 35 druck als beim Beispiel nach der Fig. I,
ben sein kann, vorzuschalten. Bei mehreren Turbo- F i g. 4 ein Diagramm mit den Charakteristiken der

ladern war es in einem solchen Falle üblich, jedes Ladegebläse nach der Fig. 3.
Gebläse mit einem Hilfsgeblu.se zu versehen. Abgese- Beim System nach der Fig. 1 werden zwei

hen von einem erhöhten Aufwand bestand dabei der Turbolader verwendet. Sie enthalten zentrifugale Nachteil, daß der Wirkungsgrad der Ladegebläse 30 Ladegebläse 2, 4, welche durch Gasturbinen 3, 5 durch den Einfluß der Hilfsgeblase etwas vermindert angetrieben werden. Die Ladegeblüse liefern Luft in wurde.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Aufladesystems für eine mehrzylindrige Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine der erwähnten Art zum Ziel, 35 dem Ladegebläse 2 Luft von einem Niederdruckweiches mit minimalem Aufwand eine wesentliche Hilfsgebiäse I zugeführt, welches durch einen Elek-Erhöhung der maximalen Dauerleistung der Maschi- tromotor oder ein anderes Antriebsorgan angetrione gegenüber dem bisherigen Zustand ermöglicht. ben wird.

Die erfindungsgemäße Maschine, durch welche Die Turbolader 4, 5 und 3, 2 haben im wesent-

dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, 40 liehen den gleichen Aufbau und die gleichen Dimendaß zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine sionen. Die Gasturbinen 3 und 5 können durch Gase im Vollastbereich die vom Hilfsgebiäse geförderte entweder aus besonderen Abgasleitungen, die wie Luft nur einem einzigen Ladegebläse der Turbolader beim Impulssystem voneinander getrennt sind, oder zuströmt. Hierbei hat sich als überraschender Effekt aus einem gemeinsamen Gasaufnehmer (wie beim herausgestellt, daß eine Steigerung der Voilastleistung 45 Gleichdrueksystem) angetrieben werden,
um 10 bis 15 "/» auftritt. Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, befindet sich

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Tat- ohne das Niedcrdruck-Hilfsgebläse 1 der Arbcitssache, welche bei Versuchen festgestellt und nachher punkt beider Ladegebläse 2 und 4 an der Stelle »«« geklärt wurde, daß, wenn eines der zentrifugalen der Charakteristik. Wenn jedoch das Niederdruck-Ladegebläse in Serie mit einem Hilfsgebiäse geschal- 50 Hilfsgebiäse verdichtete Luft dem Ladegebläse 2 zutct ist, alle anderen zentrifugalen Ladegebläse nicht führt, bewegt sich der Arbeitspunkt des Ladegebiänur höhere Drehzahlen annehmen und somit selbsttätig ses2 an die Stelle »b« auf einer Charakteristik für ihren Wirkungsgrad und ihre Förderdrücke vcr- höheren Druck und ungefähr die gleiche Drehzahl, großem, sondern daß die Vergrößerungen der For- mit welcher das Ladegebläse 2 vor dem Einschalten derdrücke derart sind (vorausgesetzt, daß der Förder- 55 des Niederdruck-Hilfsgebläses 1 lief,
druck des Hilfsgcbläses nicht zu hoch ist), daß kein Der Anstieg des Förderdruckes des Ladegebläses 2

zusätzliches Organ zur Verhinderung des Pumpens hat auch einen Anstieg des Luftdruckes und des der zentrifugalen Ladegebläsc erforderlich ist, die spezifischen Gewichtes der Luft im Luftaufnehnier 7 nicht mit dem Hilfsgebiäse verbunden sind, insbcson zur Folge. Auf diese Weise wird die Masse der den dere besteht keine Notwendigkeit zur Bildung einer 60 Zylindern der Hauptmaschine zugeführten Luft und Verbindung zwischen den Abgasleitungen der Zylin- gleichzeitig auch die Masse der aus den Zylindern der, die an die zweistufige Aufladeeinheit angesclilos- der Hauplmaschinc entweichenden Abgase vergrößert, sen sind, mit der Turbine oder den Turbinen derein- Das Ladegebläsc 4, welchem nicht vorher ver-

stul'igen Aul'ladeeinlieiten. Es ist auch nicht crforder- dichtete Luft zugeführt wird, arbeitet zuerst an der lieh, daß beide, die zweistufige Aufladecinheit und 65 Stelle »α« der Charakteristik. Da jeder der Zylinder die einstufige Aulladeeinheit, gleichzeitig dauernd in der Hauptmtfschinc im wesentlichen die gleiche Beirieb sind. Im Gegenteil kann das erfiiulungsgemäß Menge von Abgasen liefert, ist die Masse der in die vorgesehene Hilfsgebiäse vorzugsweise nur dann in Gasturbine 3 eintretenden Abgase im wesentlichen

gleich wie die Masse der Abgase, die der Gastur- Die Kurven A uid F sind Charakteristiken der

bine 5 zugeführt werden. Andererseits ist die Müsse Ladegeblüse 2 und 8, wenn sioh dus HilfsgeblUse 9

der Luft, welche vom zentrifugalen Geblüse 2 ge- nicht in Betrieb befindet. Die Kurve F' ist die Cha-

liefert wird, größer als die Masse der vom Lade- raktorislik des LadegeblUses 8, wenn seine Drehzahl

geblüse 4 gelieferten Luft, da das Ladegeblüse 4 5 erhöht ist, wührond die Kurve A' die charakteristi·

nicht an seiner Suugseite vorverdichteto Luft erhült. sehe Kurve des Ladegeblüses 2 ist, wenn dieses Luft

Es ist somit die Masse der Abgase, welche die Gas- ansaugt, die vorher vom Ililfsgeblüse9 verdichtet

turbines antreiben, grüßer als die Masse der vom wurde.

LadegebUlse 4 gelieferten Luft. Dudurch wird das Wenn das Hilfsgeblüse nicht in Betrieb ist, befindet

Energiegleichgewicht zwischen der Gasturbine S und io sich der Arboitnpunkt der Ladegebläse 2 und 8 an der

dem Ladegeblüse 4 zu Gunsten der Gasturbine 5 Stelle »««. Wenn das Hilfsgeblüse 9 in Betrieb ist,

verschoben, so daß die Drehzahl des Turboladers 4, S erfordert das Ladegeblüse 8 im wesentlichen die

steigt. Der Arbeitspunkt des Ladegeblüses 4 bewegt gleiche Antriebsleistung wie das Ladegeblüse 2, lie-

sich daher an die Stelle »c« der Charakteristik, fen jedoch weniger Luft bei höherem Druck in den

welche einer höheren Drehzahl, einem höheren Wir- 15 gemeinsamen Luftaufnehmer 7 als das Ladegeblüse 2.

kungsgrad und einem größeren Ludedruck entspricht. Wenn das Hilfsgeblüse9 in Betrieb'genommen

Wenn der Förderdruck des Ladegeblüses 4 bei wird, bewegt sich der Arbeitspunkt des Ladegebläseinem Arbeilspunkt »<·« immer noch niedriger ist ses 2 an die Stelle»/)«. Dadurch steigt der Druck als der Förderdruck des Ladegebläses 2 im Arbeits- im gemeinsamen Luftaufnehmer 7. Die Menge der punkl »ft«, so bewegt sich der Arbeitspunkt des ao den Zylindern der Hauptmaschine zugeführten Luft Ludegebläses 4 von »r« nach »d« entlang der Cha- steigt auch, so dali die Menge der Abgase, welche die rakteristik für die größere Drehzahl, wo beide Gasturbinen 3 und S antreiben, vergrößert wird. Förderdrücke an der Stelle »ft« und an der Stelle »</« Daduiuh wird das Energiegleichgewicht der Turbogleich sind. Der Druck an den Stellen »ft« und »</« lader 5, 8 zugunsten der Gasturbine 5 verschoben, gestattet eine Erhöhung der Betriebsleistung der 25 da die Masse der der Gasturbine 5 zugeführten Gase Hauptmaschine auf den Wert der maximalen Dauer- größer ist als die Masse der vom Ladegebläse 8 leistung. gelieferten Luft. Somit steigt die Drehzahl des Turbo-

Die einfache Verbesserung des beschriebenen laders S, 8, wobei der Arbeitspunkt des Ladegeblä-Aufladesystems wird dadurch erleichtert, daß das ses 8 von der Stelle »α« an die Stelle »c·« gelangt. Niederdruck-Hilfsgebläse 1 einen begrenzten Förder- 30 Das entspricht einer höheren Drehzahl, einem grödruck hat, welcher an die Charakteristiken der Lade- ßeren Wirkungsgrad und einem größeren Fördergebläse angepaßt ist. Dieser Förderdruck liegt zwi- druck. Wenn an der Stelle »r« der Förderdruck des sehen 0,01 und 0,09 kg/cm^s. Es kann dabei kein Ladegebläses 8 kleiner ist als der Förderdruck des Pumpen der Ladegebläse entstehen, wenn das Nieder- Ladegebläses 8, so verschiebt sich der Arbeitspunkt druck-Hilfsgebläse in Betrieb gesetzt wird. 35 des Ladegebläses 8 an die Stelle »</« der Kurve F.

In der F i g. 3 sind Teile, die gleich sind wie beim Die wesentlichen Einzelheiten des an Hand der

System nach den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Fig. I bis 4 beschriebenen Aufladesystems sind

Bezugszeichen bezeichnet. So werden zwei Turbo- somit wie folgt:

lader verwendet, die zwei Gasturbinen 3, 5 enthalten, 1 Das Hilfsgebläse ist vorzugsweise nur in Be-

welchc zentrifugale Ladegebläse 2 und 8 antreiben, -jn trieb, wenn die Hauptmaschine mit voller Leistung

Die Ladegebläse liefern Luft einem gemeinsamen läuft.

Luftaufnehmer 7, aus welchem die nicht dargestellte 2. Die Gasturbinen aller Turbolader sind gleich Hauptmaschinc ihre Luft erhält. Bei dieser Ausfüh- nehmen im wesentlichen gleiche Gasmengen auf und rung wird dem Ladegebläse 2 Luft von einem Hilfs- arbeiten im wesentlichen mit gleichen Ausgangsgebläse 9 zugeführt, das durch einen Elektromotor 45 leistungen.

oder ein anderes geeignetes Antriebsorgan 10 an- 3. Alle Ladegebläsc erfordern im wesentlichen getrieben wird. Der Förderdruck des Hilfsgebläses9 die gleiche Antriebsleistung. Wenn jedoch das Hilfsist in diesem Falle etwas höher als der des Gebläses 1 gebläse im Betrieb ist, liefern die Ladegebläse, aus dem Beispiel nach den Fig. 1, 2. welche nicht an das Hüfsgebläse angeschlossen sind.

Die Gasturbinen 3 und 5 sind von der gleichen 50 weniger Luft bei höherem Druck als das Lade-Ausführung, haben gleiche Dimensionen und werden gebläse, das in Serie mit dem Hilfsgebläse geschaltet durch im wesentlichen die gleichen Gasmengen ist.

angetrieben, entweder aus besonderen Abgasleitun- 4. Alle Ladegebläse liefern Luft in einen gemein-

gen, die voneinander getrennt sind (wie beim Impuls- samen Luftaufnehmer.

system) oder aus einem gemeinsamen Gasaufnehmer 55 5. Die Turbolader, welche an das HilfsgeLüi:;·· (wie beim Gleichdrucksystem). Bei dieser Ausführung angeschlossen sind, und der Turbolader bzw. die der Erfindung ist das Ladegebläse 8 mit einer ancle- Turbolader, die nicht an das Hilfsgebläse angeschlosren Form als das Ladegebläse 2 dargestellt, um an- sen sind, sind selbständig. Es besteht daher keine zuzeigen, daß es einen kleineren Diffusor als das Notwendigkeit, zur Verbindung der Abgassysteme Ladegebläse 2 hat, welcher für kleinere Schluck- 60 der Zylinder, welche an die Turbolader angeschlosmengen geeignet ist, ohne daß es zum Pumpen sen sind, die mit dem Hilfsgebläse verbunden sind, kommt. Wenn daher das Hilfsgebläse 9 in Betrieb mit Abgasleitungen der Zylinder, welche an Turboist, liefert das Ladegebläse 8, obwohl es im wescnl- lader angeschlossen sind, die nicht mit dem Hilfslichcn die gleiche Antriebsleistung wie das Lade- gebläse verbunden sind.

gebläse 2 erfordert, weniger Luft bei höherem Druck 65 6. Wenn das Hilfsgebläse in Betrieb ist, erfnSt'i

in den Aufnehmer 7. der Ausgleich der Förderdrückc der Ladegebläse, die

Die F i g. 4 zeigt ein Diagramm mit den charak- nicht mit dem Hilfsgebläse verbunden sind, mit dem

tcristischen Kurven der Ladegebläse. Förderdruck des Ladegebläses, welches an das Hilfs-

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t>ebläse angeschlossen ist, hauptsächlich durch die höhere Drehzahl der Turbolader, die nicht an das Hilfsgebläse angeschlossen sind. Diese höhere Drehzahl wird in der erläuterten Weise selbsttätig erzielt.

7. Es werden keine besonderen Organe, wie z. B. Entlastungsventile oder Klappen benötigt, um ein Pumpen der Ladegebläse zu verhindern, die nicht an das Hilfsgebläse angeschlossen sind.

Es versteht sich, daß, obwohl die vorliegende Erfindung an Hand der Verwendung von nur zwei Turboladern erläutert wurde, sie auch bei mehr als zwei Turboladern verwendet werden kann.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Aufgeladene mehrzylindrige Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens zwei Turboladern, welche Luft in einen gemeinsamen Luftaufneiimer liefern, wobei die Gasturbinen der Turbolader gleich dimensioniert sind und jede die gleiche Menge von Abgasen erhalten und die zentrifugalen Ladegebläse im wesentlichen gleich sind und die gleiche Antriebsleistung erhalten, sowie mit einem Hilfsgebläse, das den Turboladern in Reihe vorschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine im Volllastbereich die vom Hilfsgebläse geförderte Luft nur einem einzigen Ladegebläse der Turbolader zuströmt.

2, Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladegebläse, dem die Luft des Hilfsgebläses zuströmt, einen größeren Diffusor als die übrigen Ladegebläse hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen