DE2435004A1 - Im staubetrieb aufgeladene viertaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Im Staubetrieb aufgeladene Viertaktbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine im Staubetrieb aufgeladene Viertaktbrennkraftmaschine, mit einen eine Abgasturbine und einen Aufladeverdichter aufweisenden Abgasturbolader, sowie einem elektromotorisch angetriebenen Zusatzgebläse zur Förderung von Zusatzliift bei Betriebszuständen in denen die alleinige Luftförderung durch den Aufladeverdichter nicht mehr ausreicht.
• Aus der deutschen Auslegeschrift 1 003 504 ist eine derartige, vorwiegend für Zweitaktbrennkraftmaschinen vorgesehene Anordnung bekannt, bei der ein frend angetriebenes Zusatzgebläse vor dem Aufladeverdichter anbeordnet ist. Entsteht beim Star--ten, beirii Leerlauf oder bei kleinen Belastungen der Brennkraftmaschine ein mangel an Lade- bzw. Spülluft, so wird das Zusatzgebläse über einen Schalter eingeschalte-t. Der ZusatzgXebläseläufer beginnt zu fördern und schafft die fehlende Zusatzluftmenge in den Aufladeverdichter. Eine derartige Anordnung ist für Zweitaktmotoren gut geeignet, für Viertaktrotoren aber oxime wesentlichen Vorteil. Denn die mit eine solchen Zusatzgebläse erzielbare Drucksteigerung gegenüber einen Betrieb ohne Gebläse ist gering. Bei Kleinerer Motorleistung genügt sie, um einen im Zweitakt arbeitenden Zylinder durchzuspülen und dadurch mit Frischluft zu versorgen, was ohne dieses Gebläse nicht der Fall wäre.
• Der im Viertakt arbeitende Zylinder hingegen, der sich seine Luft ohnehin selbst ansaugt, erhält nur im Verhältnis der Absolutdrücke mehr Luft. Dieses Druckverhältnis kann bei einem solchen Zusatzgebläse aus Gründen der Leistungsbilanz nur klein sein; die Zusatzgebläsewirkung ist demzufolge gering.
• Ein iuftmangel kann sich beim aufgeladenen Viertaktmotor besonders beim Beschleunigen bemerkbar machen.
• Beim Beschleunigen muß die Viertaktbrennkraftmaschine einen Drehmomentenüberschuß entwickeln. Hierzu@muß je Hub mehr Kraftstoff verbrannt werden. Mehr Kraftstoff braucht mehr Luft. Mehr Luft kommt nur dann in den Zylinder, wenn die Vorverdichtung gesteigert wird. Höhere Verdichtung bei gleichem Hubvolumen bedeutet bei XJiertaktbrennkraftmaschinen im Verdichterkennfeld eine Verschiebung des Betriebspunktes nach oben. Das Verdichterkennfeld ist definiert: Druckverhältnis des Verdichters in Funktion zum Ansaugvolunen, wobei die Drehzahl als Parameter dargestellt ist. Hierdurch nähert man sich der Pumpgrenze, wenn man sie nicht sogar überschreitet. Zur Erzeugung eines höheren Aufladedrucks braucht man eine höhere Abgasturbinendrehzahl. Das der Abgasturbine zugeführte Volumen ist aber, ebenso wie das von dem sufladeverdichter abgegebene Volumen, bei gegebener Motordrehzahl durch das Motorhubvolumen begrenzt. Die Abgasturbine kann nur dann mehr Leistung abgeben, wenn sie stärker aufstaut, d. h. entweder mehr Volumen erhält oder verengt wird. Für eine plötzliche Leistungssteigerung bei konstantem Drehmoment ist also das normale Aufladeaggregat aus folgenden Gründen unzureichend. Der Verdichter kommt in Pumpgefahr und die Abgas-turbine liefert nicht die erforderliche Leistung. Derartige Forderungen sind bei stationären Anlagen z. B. in Kraftwerken und im Schiffsbetrièb bei Beschleunigungen gestellt.
• Bei aufgeladenen Motoren bekannter Bauart ist die Beschleunigung und Leistungssteigerung daher begrenzt. So kann durch Steigerung der Füllung dies nur bis zu einer Grenze, die durch die im normalen Aufladebetrieb im Zylinder vorhandene Luft gegeben ist, geschehen. Durch Füllungssteigerung erhöht sic die Abgastemperatur, so daß die Abgasturbine mehr Abgasvolumen erhält und daher stärker auf staut, und somit wird eine höhere Drehzahl erreicht. Folglich wird der Aufladeverdichter demnach auch mehr Luft liefern. Dieser Vorgang verläuft aber nur sehr langsam. Eine rasche Beschleunigung ist unmöglich. Sucht man sie durch Einspritzen von mehr Brennstoff zu erzwingen, so reagiert der Ilotor nicht im geaünschten Sinne, weil es an Luft im Zylinder fehlt. Ein beträchtlicher 1eil des Brennstoffes passiert unverbrannt die Haschine. Es wird mehr Ruß, aber nicht mehr Leistung erzeugt.
• Außerdem wird verschiedentlich ein Luftmangel dadurch behoben, daß eine Querschnittsreduktion auf der Abgasturbinen-und Aufladeverdichterseite vorgenommen und damit die Anpassung verbessert wird, wie besonders aus der DU-PS 1 061 132 Figur 2 zu entnehmen ist. Solch eine Regelung -wäre sowohl auf der kalten als auch auf der heißen Seite des Abgasturboladers nötig. Eine derartige Verkleinerung des Querschnitts ist aber mit Komplikationen und erheblichen technischen Schwierigkeiten verbunden, die durch die hohen Beanspruchungen noch verstärkt werden, unter denen der Abgasturbolader heute ohnehin arbeiten muß. Ilohe Drehzahl mit entsprechender Schwingungsgefährdung schon bei feststehenden Schaufeln, hohe Temperaturen und Pulsationen auf der Abgasturbinenseite. Je rascher beschleunigt werden soll, um so nachteiliger macht sich auch die fehlende Überschußleistung auf der Abgasturbinenseite bemerkbar. Ein Nachteil, der allein durch Quersclmittsregelung kaum zu beheben ist. Durch Herstellen einer einfachen Verbindung zwischen Aufladeverdichteraustrittsseite und Abgasturbineneintrittsseite kann man Luft vom Aufladeverdichter abblasen, wodurch zunächst einmal die Pumpgefahr reduziert oder sogar beseitigt wird. Eine solche Umblasung ist naturgemäß nur in solchen Betriebsbereichen möglich, in denen der Aufladedruck höher ist als der Auspuffgegendruck. Im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine ist das nicht der Fall.
• Hier ist aber eine verbesserte Luftversorgung bei BesclAeunigungen von besonderer Bedeutung und wichtig.
• Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung der eingangs erwahnten Art zu schaffen, bei der mit geringem Aufwand eine ausreichende BuStversorgung beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine in allen Betriebszuständen sichergestellt ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite und der Abgasturbineneintrittsseite eine Umführungsleitung vorgesehen ist, wobei ein in diese Umführungsleitung zur Abgasturbine fördernder Zusatzverdichter angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist in allen Betriebsbereichen beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine eine ausreichende Luftversorgung sichergestellt, sowie die kritische Pumpgefahr des Aufladeverdichters gänzlich ausgeschaltet. Weiterhin tritt durch den behobenen Luftmangel kein Rauchen des Auspuffs auf. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß der Zusatzverdichter direkt in die Leitung zu der Abgasturbine fördert und somit diese zusätzlich von der von dem Zusatzverdichter abströmenden Luft direkt beaufschlagt wird. Weiterhin ist es als vorteilhaft anzusehen, daß der Zusatzverdichter mittels Knopfdruck ein- und ausgeschaltet werden kann, Je nach erforderlichem Einsatz.
• Zweckmäßig ist zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite und der Saugseite des Zusatzverdichters ein Absperrorgan vorgesehen, so daß der Zusatzverdichter im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine beim Beschleunigen und bei geschlossenem Absperrorgan direkt von außen Luft ansaugen kann.
• Im oberen Leistungsbereich jedoch ist der Absperrhahn geöffnet und der Zusatzverdichter saugt Luft aus dem Aufladeverdichter an, da der Luftverbrauch hier wesentlich geringer ist.
• Vorteilhaft ist dem Zusatzverdichter ein Wärmetauscher nachgeschaltet. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung der Leistungsbilanz der Abgasturbine erreicht. Als Wärmequelle bieten sich im vorliegenden Fall die aus &er Abgasturbine austretenden Abgase an.
• Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist um die aus der Abgasturbine austretende Abgasleitung ein zum Erwärmen der von den Zusatzverdichter ab strömenden Luft zu der Abgasturbine ein Spiralrohr vorgesehen.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die über dem Zusatzverdichter zu der Abgasturbine strömende Luft durch eine injektorartig ausgebildete Einblasdüsenanordnung leitbar. Durch diese Lsßnahme wird auch im oberen Leistungsbereich der Brennkraftmaschine ein Leistungsbeitrag geliefert, den die Abgasturbine braucht. Bei geeigneter Querschnittsbemessung und Anordnung dieser Düsen wird bewirkt, daß das Zusatzgebläse auch dann positive arbeit abgibt, wenn der Abgasgegendruck im stationären Betrieb niedriger ist als der Aufladedruck.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beshreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den restlichen Unteransprüchen.
• Es zeigen Fig. 1 eine aufgeladene Brennl@raftmaschine gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Einblasdüsenanordnung, Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie iII-IIl der Figur 2, Fig. Lt eine schematische Darstellung einer Wärmetauschereinrichtung, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Absperrorgans.
• In Figur 1 ist mit 1 eine Brennk-raftmaschine, beispielsweise ein Schiffsmotor, bezeichnet. Die Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 sind an eine Abgassammelleitung 3 angeschlossen, von der aus eine Abgasturbine 4 mit Abgas beaufschlagt wird.
• Über eine an die Abgasturbine 4 angeschlossene Abgasleitung 5 werden die Abgase in die Atmosphäre entlassen. Die Abgas turbine 4 treibt einen Aufladeverdichter C all, von don aus die ylinder 2 über eine Ladeluftleitung 7 mit Ladeluft versorgt werden. Die Ladeluft wird hierbei von dem Aufladeverdichter C über eine Leitung, 5 von der Atmosphäre angesaugt. Zur Kühlung der Ladeluft ist dem Aufladeverdichter 6 ein Ladeluftkühler 8 nachgeschaltet.
• Durch Abgasturbolader aufgeladene Viertaktmaschinen können in allen Leistungsbere ichen nicht mit beliebig hohem Drehmoment fahren. Höheres Drehmoment bedeutet höheren spezifischen Arbeitsdruck, dieser verlangt mehr Brennstoff; die Luftmasse im Zylinder ist aber begrenzt, und zwar einerseits durch das Zylindervolumen, andererseits durch die Dichte der Luft. Braucht man höhere Drehmomente, wie es insbesondere zum Beschleunigen oder bei Bergfahrt von Landfalirzeugen der Fall ist, so muß man also den Aufladedruck steigern, sofern man nicht die drehmomentsteigerung beim Leistungsverbraucher durch ein Getriebe mit variabler Übersetzung wie Schaltgetriebe, elektrische Übertragung erzielt, eine Methode die wirkungsvoll, aber aufwendig ist und deshalb z. B. bei Schiffsantrieben nicht immer infrage kommt. - Im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine trit-t der erwähnte Luftuangel besonders in Erscheinung, weil bier die anfallende Aufladeleistung durch geringe Abgastemperatur und reduzierte Teillastwirkungsgrade des Abgasturboladers ohnehin begrenzt ist. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Luftversorg'ung auch bei erhöhtem Drehmoment und auch im unteren Leistungsbereich ist im vorliegenden Beispiel zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite 9 und der Abgasturbineneintrittsseite 10 eine Umführungsleitung 11, 43, 12 vorgesehen. In dieser Umführungsleitung 11, 43, 12 ist ein zur Abgasturbine 4 fördernder fremd angetriebener Zusatzverdichter 13 angeordnet. Der Zusatzverdichter 13 ist zweckmäßig als Drehkolben- oder Schraubenverdichter mit Antrieb durch Drehstrommotor, also konstanter Drehzahl, ausgebildet.
• IIierdurc',l ergibt sich eine gute Anpassung an den Bedarf.
• Drehstrom ist an Bord von Schiffen eine stets vorhandene Energiequelle, welche eine von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängige, konstant hohe-Drehzahl des Zusatzverdichters 13 zu erreichen gestattet. Die Vermeidung einer Drehzahlregelung ergibt eine einfache und billige Ausführung. Außerdem weist die Umführungsleitung 11, 43 zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite 9 und dem Eintrittsbereich der Luft in den Zusatzverdichter 13 ein als 3-Wege-Ventil ausgebildetes Absperrorgan 15 auf. Ein weiterer einfacher Absperrschicber 16 ist zwischen dem Austrittsbereich der Luft aus dem Zusatzverdichter 13 und einem Wärmetauscher 17 in der Umführungsleitung 12 angeordnet. Diese Umführungsleitung 12 führt die Luft in einen Wärinotauscher 17, der dem Zusatzverdichter 13 nachgeschaltet ist. Von dem Wärmetauscher 17 geht die Leitung 18 aus, die in eine in der Abgassammelleitung 3 vorgesehene injektorartig ausgebildete Einblasdüsenanordnung 19 einmündet. Ene weitere Umführungsleitung 20, die als Kurzschlußleitung ausgebildet ist, und ebenfalls einen einfachen Absperrschieber 21 aufweist, steht mit der Umführungsleitung 11 und 12 in Verbindung.
• In Figur 2 und 3 ist eine entsprechend der Position 19 in Figur 1 schematisch dargestellte Einblasdüsenanordnung näher erläutert. Diese Einblasdüsenanordnung 19 ist als Rohrkörper mit einem exzentrischem Mantel 22 entsprechend der Abgassammelleitung 3 ausgebildet und weist einen seitlichen Rohranschlußstutzen 23 auf. Durch diesen Rohranschlußstutzen 23 strömt die Umblaseluft in die Auspuffleitung vor der Abgasturbine 4 ein.
• Bei Normalbetrieb ohne Umblasung darf der Abgaszustrom zur Abgasturbine 4 nicht gestört werden. Die Abgassammelleitung 3 hat im Bereich 25 vor der Einströmstelle deshalb den gleichen Querschnitt wie danach im Bereich 24, und auch zwischen diesen beiden Querschnitten ist keine die Strömung behindernde Verengung vorgesehen. Die Zusatzluft allerdings wird stark beschleunigt. Sie wird durch einen zwischen dem Anspuffrohr und den äußeren exzentrischen Mantel 22 11 lieeden Ringraum variablen Querschnittes über den Rohrumfang gleichmäßig verteilt. Durch fensterartige Öffnungen 28 in der Einblasdüsenanordnung 19 gelangt die Zusatzluft 8 in den Auspuffstrom; zuvor fand eine mit Hilfe des Kegels 27 und der anderen Kanalwände bewirkte Querschnitt@reduktion, d. h. Beschleunigung statt. Die Zusatzluft hat also an den Einmündungen erhöhte @eschwindigkeit, s:ie reißt die Abgase in Strömungsrichtung auf die Abgasturbine 4 zu und überträgt an das Abgas kinetische Energie.
• In Figur 4 ist ein bereits in Figur 1 unter Position 17 angesprochener Wärmetauscher dargestellt. Dieser Wärmetauscher 17 weist einen äußeren Rohrkörper 29 mit einer Wandung 30 und einen inneren Rohrkörper 31 mit einer Wandung 32 auf. Durch das Zusammenfügen der beiden hohrkörper 29, 31 entsteht ein ringförmiger Hohlraum 33. Lieser Hohlraum 33 weist einen Anschlußstutzen 34 für den Eintritt des aufzuheizenden Hediums und einen Anschlußstutzen 35 für den Austritt des aufgeheizten Hediums auf. Durch den inneren Rohrkörper 31 strömt das Wärmeträgermedium, das von der Abgastarbine 10 kmmende Abgas, im Bereich 3C ein und in Bereich 37 wieder aus dem Wärmetauscher 1? heraus. In dem Hohlraum 33 ist eine als Wendel ausgebildete Strömungsumlenkung 33 vorgesehen. Diese Strömungsumlenkung 38 verläuft über die ganze Länge des Wärmetauschers 17. Eine derartige Strömungsumlenkung 38 ist nötig, damit möglichst viel Wärme von der durchströmenden Luft aufgenommen wird. Auch hier ist die Abgasleitung zwischen den Bereichen 33 und ', ohne jede Verengung ausgebildet.
• In Figur 5 ist das über Position 15 in Figur 1 erwähnte als 3-Wegeventil ausgebildete Absperrorgan 15 dargestellte Hier sei mit ', der Anschluß für die Luftleitung 40 von der Atmosphäre bezeichnet, mit 41 der Anschluß für die Luftleitung 43 zu dem Zusatzverdichter 13. In den Absperrorgan 15 ist ein Umschalthahn 44 vorgesehen, der je nach Schaltung die entsprechenden Anschlüsse öffnen bzw. verschließen kann.
• Bei Anwendung der Erfindung saugt der laufende Zusatzverdichter 1 Duft aus dem Aufladeverdichter 6 an. Bei einer derartigen Schaltung muß hierzu der Anschluß 41 und 42 des Absperrorgans geöffnet sein, so daPJ der Durchgang der Luft aus. ceni Aufladeverdichter gegeben ist. Eine direkte Ansaugung der zu benötigenden Luft aus dem Aufladeverdichter hieraus ist im mittleren und oberen Leistungsbereich der Brennkraftmaschine zweckmäßig. Wird im unteren Leistungsbereich beschleunigt, z. B. beim Anfahren, kann der Zusatzverdichter auch über die Luftleitung 40 von der Umgebung Luft ansaugen.
• Zu diesem Zweck muß das Absperrorgan 15 über den Umschalthahn 44 die Anschlüsse 39 und 42 geöffnet halten. Ansaugen iiber diese Anschlüsse 39 und 42 ist zweckmäßig, wenn bei Beschleunigungen im unteren Leistungsbereich der Brelmkraftmaschine niehr Luft benötigt wird als bei Beschleunigungen im oberen Leistungsbereich der Brennkraftmaschine und noch keine Pumpgefahr am Aufladeverdichter 6 vorliegt. Über einen einfachen Absperrschieber 16 gelangt die Luft von'dem Zusatzverdichter 13 über den Wärmetauscher 17 und die Leitung 18 sowie die injektorartig ausgebildete Einblasdüsenanordnung 19 zusammen mit dem ven der Brennkraftmaschine kommenden Abgas in die Abgasturbine 4. Der Absperrschieber 16 hat nicht nur die Aufgabe die Luft von dem Zusatzverdichter 13 zu der Abgasturbine durchströmen zu lassen, sondern auch bei abgestelltem Zusatzverdichter 13 muß dieser Absperrschieber 16 verschlossen sein, da sonst Abgase in diesen abgestellten Zusatzverdichter 13 dringen und diesen somit beschädigen können.
• Dieser Absperrschieber 16 ist bei entsprechender Leitungsführung nicht der vollen abgastemperatur ausgesetzt. Wie zuvor schon erwähnt, ist von der Aufladeverdichteraustrittsseite 9 zu der Umführungsleitung 12 eine weitere Leitung 20 mit einem entsprechenden Absperrschieber 21 vorgesehen.
• Diese Leitung 20 mit dem Absperrschieber 21 ermöglicht zusätzlich folgende Schaltungen. Bei abgestelltem Zusatzverdichter 13 und geschlossenem Absperrorgan 15 müssen die Absperrschieber 16 und 21 geöffnet sein, so wird Luft von dem Aufladeverdichter durch Umblasung, wenn der Aufladedruck größer ist als der Auspuffgegendruck, übei den Wärmetauscher 17 dire@t zu der Abgasturbine 4 gebracht. Hierdurck wird jedoch nur das Verdichtungsverhalten im oberen Leistungsbereich verbessert. Ist aber der Zusatzverdichter 13 in Betrieb gesetzt und das Absperrorgan 15 mit dem Anschluß 39 zur Atmosphäre und dem Anschluß 42 zu dem Zusatzverdichter 13 geöffnet, wird der Absperrschieber 16 geschlossen und der Absperrschieber 21 ge«6ffnet, so wird eineSteigerung der Aufladung im unteren Leistungsbereich orreicht, sofern keine Pumpgefahr besteht. In diesem Fall arbeitet der Zusatzverdichter 13 parallel zum Aufladeverdichter 6.
• In dem Wärmetauscher 17 wird die durchströmende Luft auf geheizt, indem die Luft am Anschlußstutzen 34 einströmt und zwischen den beiden Wandungen 30 und 32 der Rohrkörper 29 und 31 hindurchströmt und durch die Strömungsumlenkung 38 umgelenkt wird und so durch die in der Mitte des Wärmetauschers 17 durchströmenden Abgase aufgeheizt wird. Da die von dem Zusatzverdichter 13 kommende Luft im Verbältnis zu den Abgasen hinter der Abgasturbine 4 ein sehr geringes Volumen hat, besteht die Möglichkeit, um die Abgasleitung 5 ein Spiralrohr für die von dem Zusatzverdichter 13 kommende.
• Luft vorzusehen. Die weiter über die Leitung 18 zu der Einbla@düsenanordnung 19 strömende aufgel@zte Luft vereinigt sich in der Einblasdüsenanordnung 19 mit den Abgasen. Die durch den Robranschlußstutzen 23 nach Figur 2 eindringende Luft wird durch den Kegel 27 in der Einblaadüsenanordnung 19 weiterbeschleunigt und tritt durch die fensterartigen Öffnungen 28 in den inneren Teil der Einblasdüsenanordnung 19 ein und vermischt sich somit mit den Abgasen. Bei geeigneter Querschnittsberessung und Anordnung dieser Einblasdüsenanordnung 19 wird ferner bewirkt, daß der Zusatzverdichter 13 auch dann positive Arbeit abgibt, wenn der Abgasgegendruck im stationären Betrieb niedriger ist als der Aufladedruck. Durch die Zufuhr von Trei@luftmasse und die in der Einblasdüsenanordnung 19 erzeugte hohe Geschwindigkeit der Abgase wird die Drchzahl des Abgasturbeladers erhöht. Infolge der höheren Drehzahl d@s Aufladeverdichters 6 erhält die Drennkraftmaschine ihre Luft in größerer Menge und mit höherem Druck; sie wird stärker aufgeladen.
• Der Zusatzverdichter 13 ist für ein Durchsatzvolumen von ungefähr 3 bie 10 % des von dem Abgasturbolader bei Volllast angesaugten Volumens bemessen. Die Verdichtungsarbeit dieses Zusatzverdichters 13 kann auf ca. ein Drittel der Vollastförderhöhe des Abgasturbeladers begrenzt sein.
• Sie wird nur im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine beim Ansaugen des Zusatzverdichters G3 von außen voll benötigt. Der Leistungsbedarf liegt dann in der Größenordnung von 0,8 % der Motorleistung. Durch das kleinere Durchsatzvolumen kann der Zusatzverdichter 13 in der Baugröße sehr klein ausgeführt werden. Weiter konnte festgestellt werden, daß Zusatzverdichter 13 auch im oberen Leistungsbereich der Brennkraftmaschine eine Aufladehilfe ist. Im Gegensatz zu allen Quershhnittsregelungen boi Abgasturbolader@ kann mit einem s@lchen Zuratzverdichter 13, wie er erfindungsgemäß vorgeschlagen wurde, eine bevorst@hende Drhhmomentensteigerung oder Beschleunigung bezüglich Luftversorgung der Brennkraftmaschine schon von der Füllungssteigerung vorbereitet werden. Ein Rauchstoß kann demnach vermieden werden. Schaltorgane in heißen Auspuffsasen kommen nicht vor. Ebenso sind unstetige Schaltvorgänge, wie z. B. Ab- und Zuschaltung ganzer Abgasturbolader, vermieden. Durch den laufenden Zusatzverdichter 1 kann die Abgasturbine rascher und in höheren Maße mehr Energie erhalten als bei normaler Leistungssteigerung, ohne zu hohe Ubertenperatur zu erhalten.
• Dieser erfindungsgemäße Vorschlag läßt sich auch bei Straßen- und Schienenfahrzeugen anwenden. Der Bedarf an elektrischer Leistung dürf-te auch iür solche Anwendungsfälle keine Schwierigkeit bedeuten. Während bei Beschleunigungsvorgängen jeweils nur eine begrenzte Zeit lang Luft umffleblasen wird, kann dies bei überhöhten Drehmoment und gedrückter Drehzahl, insbesondere also beim Einmotorenbetrieb von Zweimotorenschiffen, auch länger nötig sein. Wird die vorgeschlagene Umblasung vorgesehen, d. h. Luft von dem Zusatzverdiclter zu der Abgasturbine 4 gefbhrt, so kann der Aufladeverdichter 6 für besseren Wirkungsgrad im Normalbetrieb ausgelegt werden, da auf Sicherheitsabstand von der Pumpgrenze keine Rücksicht genommen werden braucht.
• Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, wenn der Druck hinter dem Aufladeverdichter höher ist als der Druck vor der Abgasturbine 4, die Luft durch das Zusatzgebläse 13 strömen zu lassen, wobei der liotor ele'-risch angeschlossen bleibt. In diesem Fall wirkt das Zusatzgebläse 1, als Kraftmaschine und der Elektromotor als Generator, es wird elektrische Leistung ins Netz zurückgeführt. Ob jedock bei eingeschalteter elektrischer Maschine Leistung abgegeben oder aufgenommen wird, hängt von der Abstimmung der Größen, wie des Kegels 28 in der Einblasdüsenanordnung 19, dem Durchsatz des Zusatzverdichters 13 und dem Druckverhältnis ab.

Claims (15)

A n s p r ü c h e

1. Im Staubetrieb aufgeladene Viertaktbrennkraftmaschine, mit einem eine Abgasturbine und einen Aufladeverdichter aufweisenden Abgasturbolader und einem elektromotorisch angetriebenem Zusatzgebläse zur Förderung von Zusatzluft bei Betriebszuständen, in denen die alleinige Luftförderung durch den Aufladeverdichter nicht mehr ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite (9) und der Abgasturbineneintrittsseite (10) eine Umführungsleitung (11, 43, 12) vorgesehen ist, wobei ein in diese Umführungsleitung (11, 43, 12) zur Abgasturbine (4) fördernder Zusatzverdichter (13) angeordnet ist.

2. Aufgeladene br@nnkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzverdichter (13) im unteren Leistungsbereich direkt von außen ansaugend ausgebildet ist.

3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzverdichter (13) im mittlenen und oberen Leistungsbereich direkt mit dem Aufladeverdichter (6) in Verbindung steht.

4. Aufgeladene Brennkraft@aschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite (9) und der Saugseite des Zusatzverdichers (13) ein Absperrorgan (15) vorgesehen ist.

5 Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (12) von dem Zusatzverdichter (13) zu der Abgasturbine (4) ein Absperrschieber (16) und ein weiterer Absperrschieber (21) in der Leitung (20) von dem Aufladeverdichter (6) zu der Leitung (12), durch die die Luft von dem Zusatzverdichter (13) zu der Abgasturbine (4) strömt, vorgesehen ist.

6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zusatzverdichter (13) ein Wärmetauscher (17) nachgeschaltet ist.

7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (17) doppelwandig ausgebildet ist, und zwischen diesen beiden Wandungen (30, 32) ein Hohlraum (33) entsteht, durch den die Luft von dem Zusatzverdichter (13) strömt, wobei durch den inneren Teil des Wärmetauschers (17) die von der Abgasturbine entnommenen Abgase fließen.

8. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (17) aus zwei ineinander geschobenen Rohrkörpern (29, 31) besteht.

9. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum (33) des Wärmetauschers (17) eine wendelförmige Strömungsumlenkung (38) vorgesehen ist.

10. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß um die aus der Abgasturbine (4) austretende Abgasleitung ein zum Erwärmen der von dem Zusatzverdichter (13) abströmenden Luft zu der Abgasturbine (4) ein Spiralrohr vorgesehen ist.

11. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Zusatzverdichter (13) zu der Abgasturbine (4) strömende Luft durch eine injektorartig ausgebildete Einblasdüsenanordnung (19) leitbar ist.

12. Aufgeladene Brennl-raftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einblasdüsenanordnung (19) fensterartige Öffnungen (28) vorgesehen sind.

13. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Absperrorgan (15) ein 3-Wegeventil vorgesehen ist.

14. Aufgeladene Brennkraltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzverdichter (13) für ein Durchsatzvolumen von ca.

3 bis 10t,b des vom Abgasturbolader bei Vollast angesaugen Volumen ausgelegt ist.

15. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherbewenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzverdichter (13) mit konstanter Drehzahl angetrieben ist.