DE2021663C3 - Nachverbrennungsanlage für die Abgase von mit einem Abgasturbolader versehenen Kolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Nachverbrcnnungsanlage für die Abgase von mit einem Abgasturbolader versehenen Kolbenbrennkraftmaschinen, wobei der Nachbrennkammer abgezweigte Ladeluft zugeführt wird.

Der Zweck einer solchen Anlage ist, die giftigen nachbrennbaren Anteile von Kohlenoxyd und CH-Verbindungen in den Abgasen der Kolbenbrennkraftmaschinen durch Nachverbrennung zu beseitigen. Der Abgasturbolader hat dabei nicht nur die Aufgäbe, den Verbrennungsmotor aufzuladen, sondern liefert gleichzeitig Zusatzluft für die Nachverbrennung.

Solche Nachverbrennungsanlagen sind bekannt; sie weisen eine Brennkammer mit umfangreichem Zubehör auf. Es ist auch bekannt, die Zusatzluft durch eine Strahlpumpe aus der Atmosphäre mit Hilfe der Auspuffgase anzusaugen, wobei mit axialer Abgaszuströmung der Treibstrahlquerschnitt durch eine Drosselscheibe gesteuert und das Gemisch in einem Austrittsdiffusor aufgefangen wird; siehe z. B. die österreichische Patentschrift 230 14b.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Vorteile der Anlage mit Abgasturbolader — Aufladung der Brennkraftmaschine, Lieferung der Zusatz luft — mit einer Steuerungsmöglichkeit — wie bei der österreichischen Patentschrift 230 146 — zu verbinden und gleichzeitig eine einfache und wirtschaftliche Konstruktion unter Vermeidung einer getrennt angeordneten, in die Auspuffleitungen besonders eingebauten Nachbrennkarr.mer zu schaffen.

Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß bei der Nachverbrennungsanlage für die Abgase von mit einem Abgasturbolader versehenen Kolbenbrennkraftmaschinen, wobei der Nachbrennkammer abgezweigte Ladeluft zugeführt wird, die axial gerichtete Austrittskanalfläche des im wesentlichen zentripetal durchströmten Abgasturbinenlaufrads durch eine axial verschiebbare koaxiale trichterförmige Scheibe steuerbar ist und diese einen koaxialen Rohrstutzen trägt, in den die abgezweigte Ladeluft eingeführt wird.

Weiterhin wird im Rahmen dieser Erfindung voreesehen daß die trichterförmige Scheibe in einem als Nac'hbrennkammer dienenden ringförmigen Turbinenaustrittsraum mit zentrifugaler Strömung angeordnet ist. _ _r ,

t'ig 1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung ein Schaltschema der gesamten Anlage einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader und Nachverbrennung, ,.-IJ Cl

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsocmäßen Nachverbrennungsanlage.
" In Fig 1 bedeutet M den Kolbenmotor, A die aboasführenden Leitungen, L die iuftführcnden Leitungen Vom Motor M werden die Abgase über den Wärmetauscher WT der Turbine T zugeführt, wo sie entspannt werden. Von der Turbine gelangen sie in die Nachbrennkammer NB. Die Turbine treibt den Verdichter V, der die Luft zu einem Verteiler U fordert Die zur Nachverbrennung benötigte Luft geht über den Wärmetauscher WT. in dem sie mit Hilfe der Abgaswärme erhitzt wird, in die Nachbrennkammer NB wo sie die giftigen Bestandteile des Abeases nämlich das Kohlenoxyd und die CH-Verbindungen, verbrennt. Vom Verteiler U kann ein Teil der Luft zur Aufladung dem Motor M zugeführt werden. Bei Betriebszustanden, die außerhalb des Abgastestbe-eichs liegen bzw. bei denen eine Gefahr, daß giftige Bestandteile in schädlicher Menge im Ab- «as enthalten sind, nicht besteht, kann auch die gesamte Ladeluft zur Leistungssteigerung des Motors benutzt werden. Der Wärmetauscher WT kann auch fehlen; in diesem Fall gehen die Abgase direkt \om Motor zur Turbine und die Nachbrennluft vom Verteiler U direkt zur Nachbrennkammer NB.

Fig. 2 zeigt das Schnittbild der Nachverbrennungsanlagc mit dem Abgasturbolader. Derdargestelltc Abgasturbolader unterscheidet sich von den üblichen vor allem dadurch, daß er ein Steuerorgan 2 aufweist, das mit seiner koaxialen trichterförmigen Scheibe 6 einen Teil der Austrittskanalfläche 9 des Turbinenlaufrad'; 5 durch axiale Verschiebung versperren kann. Dadurch wird dem Turbolader ein gewisser Regeleffekt überlagert, so daß bei zugestellter Scheibe 6 höhere Drehzahlen und höhere Ladedrücke erreicht werden.

Die zur Nachverbrennung zuzuführende Luft wird nach Fip. 2 über nicht dargestellte Einlaßbohrungen in den Raum 8 um das Regelorgan 2 herum eingeführt. Die Scheibe 6 trägt einen koaxialen Rohrstutzen 3, in den die Luft durch Bohrungen 13 ins Innere strömt (wie durch Pfeile angedeutet); die Luft mischt sich zwischen der Austrittsfläche 9 des Laufrads und der Regelscheibe 6 im Ringraum 10 dem Abgasstrom bei. Ein Teil der Nachbrennluft wird durch die Schaufelenden des Turbinenlaufrads mitgenommen, wodurch die Vermischung zwischen Abgas, das aus dem Turbinenlaufrad austritt, und der Nachbiennluft besonders gefördert wird. Die Nachbiennluft kann auch teilweise durch den Ringspalt 12 in den Raum 11 hinter der trichterförmigen Scheibe 6 geführt werden, so daß sie sich hinter dem durch Laufradaustritt und Scheibe gebildeten Querschnitt 15 dem Abgas-Luft-Gemisch beimengt.

Es kann auch Nachbrennluft aus dem Raum 16 an der Rückseite des Laufrads zugeführt werden. Dies hat noch den Vorteil, daß das heiße Laufrad gekühlt wird, was gegebenenfalls die Verwendung eines weniger warmfesten und damit billigeren Werkstolfs für das Laufrad gestattet.

Der in Fig. 2 dargestellte Abgasturbolader weist einen ringförmigen Turbinenaustrittsraum mit zentrifugaler Strömung auf, d. h. einen Racialdiffusor 4, in welchem die trichterförmige Scheibe 6 angeordnet ist. Dieser ringförmige Austrittsraum dient erfindungsgemaß als Nachbrennraum, wobei durch die ringförmige Aufspaltung des Abgasstroms und die ringförmig dosierte Beimischung der Nachbrennluft eine möglichst vollkommene Verbrennung der giftigen Bestandteile erfolgt. Wenn die im Turbolader verdichtete Luft für die Nachverbrennung in einem Unterdruckgebiet 10 oder 15 dem Abgas beigemischt wird, ist für die Zumischung ein größeres Druckgefälle vorhanden als für die Aufladung des Motors. Das ist besonders vorteilhaft im Leerlauf, wo durch die Drosselklappe die Aufladung ohnehin zunichte gemacht wird.

Die Anlage nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie im Aufbau äußerst einfach und in der Konstruktion wirtschaftlich, leicht ur.d raumsparend ist. Sie enthält eine Steuerungseinrichtung für das aus dem Turbinenlaufrad austretende Abgas in Verbindung mit der Zuführung der Ladeluft, die mit den übrigen Teilen der Abgasturbine unter Einsparung einer getrennt angeordneten Nachbrennkammer in vorteilhafter Weise zusammengebaut ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Nachverbrennungsanlage für die Abgase von mit einem Abgasturbolader versehenen Kolbenbrennkraftmaschinen, wobei der Nachbrennkammer abgezweigte Ladeluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gerichtete Austrittskanalfläche (9) des im wesentlichen zentripetal durchströmten Abgnsturbinenlaufrads (5) durch eine axial verschiebbare koaxiale trichterförmige Scheibe (6) steuerbar ist und daß diese einen koaxialen Rohrstutzen (3) trägt, in den die abgezweigte Ladeluft eingeführt wird. i;i

2. Nachverbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trichterförmige Scheibe (6) in einem als Nachbrennkammer dienenden ringförmigen Turbinenaustrittsraum (4) mit zentrifugaler Strömung angeordnet ist. 2»