DE2404648A1 - Verbrennungsmotor mit turbokompressoraggregat, mit vorwaermung vor der turbine, und verfahren zum anlassen des turbokompressoraggregats - Google Patents

Verbrennungsmotor mit turbokompressoraggregat, mit vorwaermung vor der turbine, und verfahren zum anlassen des turbokompressoraggregats

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DE2404648A1 DE2404648A DE2404648A DE2404648A1 DE 2404648 A1 DE2404648 A1 DE 2404648A1 DE 2404648 A DE2404648 A DE 2404648A DE 2404648 A DE2404648 A DE 2404648A DE 2404648 A1 DE2404648 A1 DE 2404648A1
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Description

Dr. F. 2umstem sen. - Dr. E. Ässmann
Dr. R. Koenigsberger - f*=,3l. Phya. R. Holzhauer
Dr, F. 2us7isisin jun,
Patentanwälte
8 München 2, Bräuhauutraßo 4/111
ETAT FRANQAIS represente par Ie Ministre d'Etat charge
de la Defense Nationale
Delegation Ministörielle pour l'Armement
Direction Technique des Armements Terrestrea -
Ateliers de Construction d'lssy-les-Moulineaux
3875-73
Verbrennungsmotor mit Turbokompressoraggregat, mit Vorwärmung vor der Turbine, und Verfahren zum Anlassen des Turbokompressoraggregats.
Die Erfindung betrifft.die Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, welche mit einem Turbokompressoraggregat mit einer Brennkammer vor der Turbine ver- · sehen sind, sowie die Verfahren zum Anlassen ihres Turbokompressoraggregats.
Ein .derartiger Motor wird mit Vorverdich- ■
tung durch/Turbokompressoraggregat gespeist, welches wenigstens einen verdichtete Frischluft zur Speisung des Motors liefernden Kompressor und wenigstens eine Turbine aufv/eist, welche den. Kompressor antreibt und mit den Auspuffgasen des Motors betrieben wird. . .
Bei derartigen Motoren ist es bekannt, eine
Abzweigleitung vorzusehen, welche einen unmittelbaren ständigen 'Durchgang zv/\sehen dem Ausgang des Kompressors und der Brennkammer zulässt, welche so:;iit einerseits mit Brennstoff und andererseits gleichzeitig mit den aus dem Motor kommenden Auspuffgasen und -durch die Abzweigleitung.entnommener Frischluft t wird.
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V/emi diese Motoren ein niedriges volume-
trisches Verhältnis (you z.B. weniger als 12) besitzen, müssen verschiedene Kunstgriffe für ihre Inbetriebsetzung benutzt v/erden, welche jedoch alle eine gev/isse Zahl von Nachteilen besitzen.
-So ist z.B. vorgesehlagen worden, das Tür-·
bokompressoraggregat vor dem Motor mittels eines Anwurfaotors, insbesondere eines Elektromotors, anzulassen, welcher mit deta Turbokompressoraggregat durch eine Kupplung verbunden ist. Diese lösung besitzt den Nachteil, eine Kupplung zu erfordern, d.h. ein verhältnismässig teures und verwickeltes mechanisches Organ. Ausserdem muss in den meisten Fällen eine Vorrichtung zur Drehzahlerhohung zwischen dem Motor (Höchstdrehzahl von 3000 bis 4000 Umdrehungen/Min.) und der Welle des Turbokompressoraggregats (kleinste Anwurfdrehzahl von grössenordnungsmässig 18000 Umdrehungen/Minute) vorgesehen v/erden· Wenn schliesslich ein vorhandenes Turbokompressoraggregat benutzt wird, ist kein MeI-lenstuEipf von aussen zugänglich, und ein Umbau dieses Aggregats für eine Bewegungsabnähme ist sehr schwierig., oder sogar unmöglich.
Ferner ist vorgeschlagen worden, das Turbokompressoraggregat mittels einer äusseren Druckluftquelle anzulassen, welche Luft in die den Kompressor mit der Turbine verbindende Leitung fördert. Hierbei wurde diese äussere Druekluftquelle durch eine Luftreserve oder durch einen von einem Elektromotor angetriebenen Ventilator oder Kompressor gebildet. Diese Losung besitzt jedoch den Hachieil, dass die äussere Druckluftquelle die Gesamtheit der für das Anlassen des Turbokoapressoraggregats erforderlichen Luftiaenge liefern muss, was eine bedeutende Leistung erfordert, d.h. eine Luftreserve grosser Kapazität oder einen Ventilator oder Kompressor grosser Leistung.
Ss ist auch vorgeschlagen worden, die Turbine oder den Kompressor des Turbokoispressoraggregats mit einer
oder mehreren Düsen zu versehen, welche Druckluftstrahlen liedie fern, Vielehe so gerichtet sind, dass sie/Turbine antreiben und das Turbokompressoraggregat auf seine Kindestamvurfdrehzahl bringen. Diese Lösung bedingt das Vorhandensein einer einer erheblichen gespeicherten Energie entsprechenden Druckgasreserve }
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da der ¥irkungsgrad der Gasstrahlen an der Turbine oder dem Kompressor sehr schlecht ist» Ausserdem treten bei der längeren Speicherung von Energie in der Form von Druckgas Probleme hinsichtlich der Dauer und der liiederaufladung auf, und führt zu der Notwendigkeit, über eine Druckgasquelle (Kompressor oder Verteilungsnetz) zu verfugen. . ' ' ·
Die Erfindung hat eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Anlassen zum Gegenstand, welche die obigen ITachteile nicht aufweisen. Die Erf-indung hat ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anlassen zum Gegenstand, v/elche eine leistung erfordern, welche erheblich kleiner als die Leistung ist, über welche man bei Benutzung der bisher bekannten lösungen verfugen musste.
Die Erfindung hat ferner eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Anlassen zum Gegenstand, welche eine Schmierung des Turbokompressoraggregats unmittelbar vor seiner Versetzung in Umdrehung ermöglichen, was im allgemeinen bei den bisher bekannten lösungen nicht der Pall war.
Die Erfindung hat ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anlassen zum Gegenstand, welche eine Brennstoffspeisung der Brennkammer unabhängig von der Speisung mit Brennstoff derselben bewirken, welche normalerweise durch eine von dem Motor angetriebene Brennstoffpumpe erfolgt.
Der erfindungsgemässe Motor besitzt für
das Anlassen seines Turbokompressoraggregats eine Anlassvorrichtung mit Mitteln zur Erzeugung einer Druckdifferenz, welche in der Luftströmung zwischen dem Kompressor und der Turbine, und vorzugsweise in der Abzweigleitung, angeordnet und so ausgebildet sindj dass sie eine Strömung in Richtung auf die Turbine des furbokompressoraggregats erzeugen.
Diese Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz müssen dann offenbar nur eine geringe Druckdifferenz erzeugen, da, sobald die Turbine durch diese Strömung in Umdrehung versetzt v/ird, der Kompressor eine durch diese Mittel strömende Luftströmung erzeugt. Der Förderdruck des Kompressors · nimmt mit seiner Drehzahl zu und tritt zu der durch diese Mittel erzeugton Druckdifferenz hinzu. Unter diesen .Bedingungen können'diese Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz von einer
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Leistungsquelle angetrieben werden, welche erheblich kleiner als die bei Benutzung der obigen bekannten Lösungen erforderliche ist.
Bei einer vorteilhaften Aus führ ungsforra der
Erfindung werden die· Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz durch einen von einem Elektromotor angetriebenen Ventilator gebildet, welcher ein in einem rechtwinkligen Krümmer der Abzweigleitung angeordneter Fliehkraftventilator sein kann.
G-emäss einer anderen Ausführungsform der
Erfindung v/erden die Kittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz durch eine mit Druckluft gespeiste Strahlpumpe gebildet, welche eine Strömung durch Induktionswirkung erzeugt.
Das erfindungsgemässe Anlassverfahren besteht
darin, in der Luftströmung zwischen dem Kompressor und der Turbine, und vorzugsweise in der1 Abzweigleitung, eine Druckdifferenz zu erzeugen, welche eine Strömung in Richtung auf die Turbine des Turbokompressoraggregats erzeugt, die Brennkammer zu zünden, sobald sich diese Strömung ausgebildet hat, und diese Druckdifferenz aufrechtzuerhalten, bis der Turbokompressor seinen Zustand des selbständigen Betriebs erreicht und mit der alleinigen von der Brennkammer gelieferten Energiezufuhr arbeiten kann.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Pig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführuhgsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Fig· 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsabwandlungen der Ausführungsforn der Fig. 2.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Dieselmotor 1 ist mit einem Turbokompressoraggregat 2 mit einer vor der Turbine liegenden Brennkammer 6 versehen.
Dieses Turbokompressoraggregat 2 umfasst
einen Kompressor 3, welcher verdichtete Frischluft zur Speisung des Kotors liefert, und eine Turbine 4, welche den Kompressor 3 antreibt und mit den Auspuffgasen des Kotors 1 betrieben wird.
Ferner ist eine Abzweigleitung vorgesehen,
welche «inen unmittelbaren ständigen Durchgang zwischen dem Ausgang des Verdichters 3 und der vor der Turbine 4 angeordneten
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.Brennkammer 6 zulässt.
Diese Brennkammer 6 wird einerseits mit
Brennstoff und andererseits gleichzeitig mit den aus dem Motor kommenden Auspuffgasen und an der Abzweigleitung 5 entnommener Frischluft gespeist.
Wie in Pig· 1 und 2 dargestellt, ist eine
Anlassvorrichtung vorgesehen, welche Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz umfasst, welche im ganzen mit 7 bezeichnet, in der Luftströmung in· der Abzweigleitung 5 angeordnet und so ausgebildet sind, dass sie in dieser Abzweigleitung eine Strömung in Richtung auf die Turbine 4 des Turbokompressoraggregats 2 erzeugen.
Dank dieser Mittel zur Erzeugung einer
Druckdifferenz 7 wird die luft durch den Kompressor 3 gesaugt und durch die Turbine 4 gefördert, welche, sobald sie in Umdrehung versetzt wird, den Kompressor 3 antreibt, welcher in die Abzweigleitung 5 fördert, wobei diese Fördermenge durch die Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz strömt. Der Förderdruck des Kompressors 3 nimmt mit seiner Drehzahl zu und tritt zu der von diesen Mitteln erzeugten Druckdifferenz hinzu. Es genügt daher, dass die Druckdifferenzerzeugungsmittel 7 eine geringe Druckdifferenz ΔΡ liefern, welche zu dem ständig wachsenden, von dem Kompressor 3 während des AnwurfVorgangs erzeug-, ten Druck hinzutritt.
Unter diesen Bedingungen ist die erforderliche Leistung sehr gering, da, sobald sich die durch die Druckdifferenzerzeugungsnittel 7 erzeugte Strömung ausgebildet hat, die Brennkammer 6 gezündet wird, welche dann dem Turbokompressor eine erhebliche Energie liefert.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform v/erden die Druckdifferenzerzeugungsmittel 7 durch einen von einem Elektromotor 9 angetriebenen Fliehkraftventilator 8 gebildet, v/elcher vorzugsweise in einem rechtwinkligen Krümmer der Abzweigleitung 5 angeordnet ist.
Dieser Elektromotor 9 treibt auch eine 01-punmpe 10 an, welche Schmieröl in einem Gehäuse oder einem Vorratsbehälter 11 ansaugt und Drucköl .in eine zu den schematisch bei 13 dargestellten Lagern des Turbokompressoraggregats
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führende Leitung 12 fördert.
Dank dieser Ausbildung v/erden die Iiager
des Surbokompressoraggregats 2 automatisch.geschmiert, bevor dieses in Umdrehung versetzt wird, was ohne diese vorherige Schmierung nicht möglich wäre.
Sobald der Dieselmotor 1 angelassen ist,
fördert eine von dein Lotor angetriebene Ölpumpe 14 über eine leitung 15 Drucköl zu einer druckempfindlichen Vorrichtung Sobald der Druck des von der Pumpe 14 geförderten Ols einen gegebenen Wert erreicht, schaltet die druckempfindliche Vorrichtung 16 den Elektromotor 9 ab und ermöglicht den Durchtritt von Drucköl durch eine zu den lagern 13 ies Turbokompressoraggregats 2 führende leitung 17·"
Der Elektromotor 9 des Ventilators 8 treibt auch eine Brennstoffpumpe 18 an, welche über eine Leitung 19 und eine BrenrßtoffflosisivcrEichtung 20 die Brennkammer 6 speist und den Brennstoff in einem Vorratsbehälter R entnimmt.'
Wenn, der Elektromotor 9 abgestellt ist, erfolgt die Speisung der Brennkammer 6 mit Brennstoff durch eine von dem Dieselmotor 1 angetriebene Brennstoffpumpe 21, welche mit der Brennstoffdosiervorrichtung durch eine Leitung 22 verbunden ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform werden die Kittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz 7 ■'■ durch eine Strahlpumpe 23 gebildet, welche mit Druckluft ge-* speist wird und die Strömung durch Induktionswirkung erzeugt.
Die Strahlpumpe 23 kann aus einer Druckluftreserve 24 gespeist werden, Vielehe mit einem Druckminderer 24ä versehen ist, v/elcher die Regelung der Druckluftströaung in Richtung auf die Strahlpumpe 23 gestattet.
Zur Erzielung der oben angegebenen Vorteile hinsichtlich der Schmierung und der Brennstoffspeisung ist ein Hilfselektroaiotor 25 vorgesehen, v/elcher eine Ölpumpe 10a und eine Brennstoffpumpe 18a antreibt, welche die gleichen Aufgaben wie die anlässlich der in 3?ig. 1 dargestellten Ausfuhrungaform beschriebenen Ölpumpe 10 bzw* Brennstoffpumpe haben. Übrigens finden sieh in d?r in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die gleichen, mit den gleichen Bezugszeichen abnr
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mit dem Index a "bezeichneten Organe wieder, welche die gleichen Aufgaben wie "bei der Ausführungsform der Fig· 1 erfüllen.
Bei zwei in Pig. 3 und 4 dargestellten Ausführ ungsabv/andlung en der Erfindung, in welchen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Pig. 2 bezeichnen, wird die Strahlpumpe 23 durch einen Hilfskompressor 26 gespeist, v/elcher zwekcmässig durch einen Schaufelkompressor gebildet wird. Dieser Hilfskompressor 26 wird von dem auch die Ölpumpe 10a und die Brennstoffpumpe 18a antreibenden Hilfselektromotor 25 angetrieben.
Bei der in Pig. 3 dargestellten Ausführungsabwandlung saugt der Hilfskompressor 26 Atmosphärenluft an und fördert diese in die Strahlpumpe 23 über ein Rückschlagventil -27, welches den Durchtritt von Vorverdichtungsluft verhindert, ■ wenn der Hilfskompressor 26 abgestellt ist.
Bei der in Pig. 4 dargestellten Ausführungs-
abv/andlung saugt der Hilfskompressor 26 in der aus dem Kompressor 3 kommenden Luftströmung vor der Strahlpumpe 23 an. Diese Ausbildung ermöglicht, die Anbringung eines Rückschlagventils zu vermeiden und über einen Ansaugdruck des Hilfskompressors 26 zu verfugen, welcher bei den Anwurfvorgang des Turbokompressoraggregats suiiimint.
Die Erfindung schafft also unabhängig von
der gewählten Ausführungsform einen Verbrennungsmotor mit einem Turbokompressoraggregat, dessen Anlassvorrichtung Druckdifferenzerseugungsmittel benutzt, welche mit einer äusserst geringen Leistungsquelle betrieben werden können. Es kann nämlich angegeben werden, dass diese Druckdifferenzerzeugungsmittel nur eine Druckdifferenz ΔΡ von 0,015 Bar zu liefern haben, bis sich die Luftströmung ausgebildet hat und die Brennkammer gezündet werden kann. Perner sind die Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz besonders einfach herzustellen und können mit einem aus einer Batterie gespeisten lülektromotor oder einer Druckluftreserve geringer Kapazität betrieben werden.
Schliesslich wird jede Schwierigkeit an dem
Turbokorapressorai'grcgat (Ausgangswelle, Kupplung, Drehzahlerhöhung usv/.) vermieden, sodass das Turbokoapressoraggrcgat ein vorhandenes xurbokorr.pressoi'aggregat sein - kann.
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Ferner können bei Erlöscheii oder schlechter
Zündung der Brennkammer ein oder mehrere Anlassvorgänge wiederholt v/erden, v/ofür es genügt, die Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz wieder in Betrieb zu setzen.
Schliesslich ist zu bemerken, dass, wenn
der Turbokompressor zufällig stehen bleibt (z.B. infolge von mechanischen Störungen), die Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz in Betrieb gesetzt werden können, was eine Rücksaugung der Auspuffgase durch den Motor verhindert. Diese Mittel erzeugen nämlich eine bevorzugte Strömung und verhindern eine
Strömung in entgegengesetzter Richtung, sodass sie die Aufgabe einer "aerodynamischen Diode" erfüllen.
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Claims (16)

  1. ■ - 9 - 3875-73
    PATENTANSPRÜCHE
    / 1 ,))Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einem TurTJokocipressoraggregat mit einer vor der Turbine liegenden Brennkammer, wobei, der Motor eine Abzweigleitung aufweist, welche einen unmittelbaren ständigen Durchgang zwischen dem Ausgang des Kompressors des Turbokompressoraggregats und der Brennkammer gestattet, gekennzeichnet durch eine Anlassvorrichtung zum Anlassen des Turbokompressoraggregats (2) mit Mitteln (7) zur Erzeugung einer Druckdifferenz, welche in der Luftströmung zwischen dem Kompressor (3) und der Turbine (A) angeordnet und so ausgebildet sind, dass sie eine Strömung in Richtung auf die Turbine (4) des Turbokompressoraggregats (2) erzeugen.
  2. 2.) Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Erzeugung einer Druckdifferenz in der Abzweigleitung (5) angeordnet sind.-
  3. 3.) Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Erzeugung einer Druckdifferenz durch einen von einem Elektromotor (9) angetriebenen Ventilator (8) gebildet werden.
  4. 4.) Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Erzeugung einer Druckdifferenz durch eine Strahlpumpe (23) gebildet werden, welche mit Druckluft gespeist wird und durch Induktionswirkung eine Strömung erzeugt.
  5. 5.) Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (23) aus einer Druckluftreserve (24) gespeist wird.
  6. b.) Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (23) durch einen von einem Hilfselektromotor (2$) angetriebenen Hilfskompressor (26) gespeist wird.
  7. 7.) Motor nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, dass der Elekt3?omotor (9) eine Ölpumpe (10) zur Schmierung der Lager (1.Ί). des Turbokompressoraggregats (2) antreibt, bis der Verbrennungsmotor· angelassen ist.
  8. 8.) Motor nach Anspruch 7, dadurch gekenn-
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    zeichnet, dass der Elektromotor (9) eine Brennstoffpumpe (18) zur Speisung der Brennkammer (S) antreibt, bis der Verbrennungsmotor angelassen ist.
  9. 9.) Motor nach. Anspruch 5, gekennzeichnet -
    durch einen Hilfselektromotor (25), welcher eine Ölpumpe (10a) zur Schmierung der ^ager (13a) des Turbokompressoraggregats (2) antreibt, bis der Verbrennungsmotor angelassen ist..
  10. 10.) Kotor nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfselektromotor (25) eine die Brennkammer (6) speisende Brennstoffpumpe (18a) antreibt, bis der Verbrennungsmotor angelassen ist.
  11. 11 .) Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfselektromotor (25) eine Ölpumpe (10a) zur Schmierung der Lager des Turkompressoraggregats antreibt, bis der Verbrennungsmotor angelassen ist.
  12. 12.) Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfselektromotor (25) eine die Brennkammer (6) speisende Brennstoffpumpe (18a) antreibt, bis der Verbrennungsmotor angelassen ist.
  13. - 13.) Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskompressor (26) Atmosphärenluft ansaugt und sie in die Strahlpumpe. (23) über ein Rückschlagventil (27) fördert.-
  14. 14.) Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskonpre3sor (26) in der aus dem Kompressor des Turbokompressora-ggregats kommenden Strömung vor der Strahlpumpe(23) ansaugt.
  15. 15.) Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskorapresisor (26) ein Schaufelkompressor ist.
  16. 16.) Verfahren zum Anlassen des Turbokompressoraggregats eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer vor der Turbine liegenden Brennkammer, wobei der Motor eine Abzweigleitung aufweist, welche einen unmittelbaren ständigen Durchgang zwischen dem Ausgang des Kompressors des Turbokompressoraggregats und der Brennkammer zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass in -der Luftströmung zwischen dem Kompressor und der !Turbine eine Druckdifferenz erzeugt wird,
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    .- 11 - 3375-73
    welche eine Strömung in dichtung auf die Turbine des Turbokompressoraggregats erzeugt, dass die Brennkammer gezündet wird, sobald sich diese Strömung ausgebildet hat, und dass diese Druckdifferenz aufrecht erhalten v/ird, bis der Turbokompressor den Zustand seines selbständigen Betriebs erreicht und mit der alleinigen, von der Brennkammer gelieferten Energiezufuhr arbeiten kann.
    17«) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz in der Abzweigleitung (5) erzeugt wird· '
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    ti
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