DE2435004C3 - Aufgeladene Viertaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Viertaktbrennkraftmaschine mit einem eine Abgasturbine und einen Aufiadeverdichter aufweisenden Abgasturbolader, einer zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite und der Abgasturbineneintrittsseite vorgesehenen Umführungsleitung, einem elektromotorisch angetriebenen, mit der Umführungsleitung in Verbindung stehenden Zusatzverdichter, sowie mit Steuergliedern in der Umführungsleitung, durch welche entweder die vom Aufladeverdichter cereits verdichtete Luft oder vom Zusatzverdichter angesaugte Frischluft in die Abgasturbineneintrittsseite geführt wird.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist bereits durch die DE-OS 22 16 059 bekannt Bei ihr ist in der Abgassammelleitung vor der Abgasturbineneintrittsseite ein mit einer separaten Brennstoffpumpe versehener Nachbrenner angeordnet, der zum Verbrennen der Abgase zwecks Reduzierung der in diesen befindlichen schädlichen Stoffe dient und vom Aufladeverdichter her über die Umführungsleitung Frischluft erhält. Reicht diese Frischluft für die Verbrennung nicht mehr aus, so schaltet der als Luftpumpe ausgebildete, elektrisch angetriebene Zusatzverdichter ein und führt durch entsprechende Umschaltung der Steuerglieder dem Nachbrenner, ebenfalls über die Umführungsleitung Frischluft zu. Außerdem wird über eine besondere Rückführungsleitung ein Teil der aus der Abgasturbine austretenden, vom Nachbrenner zusätzlich verbrannten Abgase in die Ladeluftleitung zurückgeführt.

Durch diese Anordnung soll die Drehmomentencharakteristik von Brennkraftmaschinen insbesondere bei niedrigen Drehzahlen verbessert werden, und zwar durch Zuführen von zusätzlicher Energie und durch Reduzieren der schädlichen festen Bestandteile in den Abgasen infolge der Nachverbrennung. Mit anderen Worten will man über einen großen Drehzahlbereich eine hohe Antriebsleistung erhalten.

Beim Beschleunigen einer aufgeladenen Viertaktbrennkraftmaschine muß diese einen momentanen Drehmomentenüberschuß entwickeln. Hierzu ist je Hub ein höherer Kraftstoffverbrauch erforderlich, für dessen Verbrennung auch mehr Luft gebraucht wird. Mehr Luft kommt nur dann in die Zylinder, wenn die Vorverdichtung gesteigert wird. Höhere Verdichtung bei gleichem Hubvolumen bedeutet bei Viertaktbrennkraftmaschinen im Verdichterkennfeld eine Verschiebung des Betriebspunktes nach oben. Das Verdichterkennfeld ist definiert: Druckverhältnis des Verdichters in Funktion zum Ansaugvolumen, wobei die Drehzahl als Parameter dargestellt ist. Hierdurch nähen 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 Aufladeverdichter 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

unzureichend. Der Verdichter kommt in Pumpgefahr und die Abgasturbine liefert nicht die erforderliche Leistung.

Bei aufgeladenen Motoren bekannter BaMart 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 sich die Abgastemperatur, so daß die Abgasturbine mehr Abgasvolumei) erhält und daher stärker aufstaut, und somit wird eine höhere Drehzahl erreicht. Folglich wird der Aufladeverdichter demnach auch mehr Luft liefern. Dieser Vorgang verläuft aber nur sehr langsam. F.ine rasche Beschleunigung ist nicht möglich. Sucht man sie durch Einspritzen von mehr Kraftstoff zu erzwingen, so reagiert der Motor nicht im gewünschten Sinne, weil es an Luft im Zylinder fehlt. Ein beträchtlicher Teil des Kraftstoffes passiert unverbrannt die Maschine. 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 DE-PS 10 61 132 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. Hohe 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 die Querschnittsregelung kaum zu beheben ist. Durch Herstellen einer einfachen Verbindung zwischen Aufladeverdichteraustrittsseite und Abgasturbineneintrittsseite, wie anfangs beschrieben, 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 Beschleunigung von besonderer Bedeutung und wichtig.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit geringem Aufwand eine ausreichende Luftversorgung beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine in allen Betriebszuständen sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerglieder derart angeordnet und umschaltbar sind, daß die vom Aufladeverdichter bereits ω verdichtete Luft vor Eintritt in die Gasturbineneintrittsseite durch den Zusatzverdichter zusätzlich verdichtet wird.

Durch diese Maßnahme ist in allen Betriebsbereichen beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine eine "■ ausreichende Luftversorgung sichergestellt, sowie die kritische Pumpgefahr des Aufbideverdichtcrs gänzlich ausgeschaltet. Weiterhin tritt durch den behobenen Luftmangel kein Rauchen des Auspuffs auf. Der Zusatzverdichter ist direkt in die Leitung zu der Abgasturbine eingebaut und mittels Knopfdruck ein- und ausschaltbar, je nach erforderlichem Einsatz.

Zweckmäßig ist zwischen der Auiiadeverdichteraustrittsse'te und der Saugseite des Zusatzverdichters ein Absperrorgan vorgesehen, so daß der Zusatzverdichter im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine beim Beschleunigen und bei geschlossenem Absperrorgan auch direkt von außen Luft ansaugen kann. Im oberen Leistungsbereich jedoch ist der Absperrhahn geöffnet und der Zusatzverdichter saugt wie beschrieben Luft aus dem Aufladeverdichter an, da der Luftverbrauch hier wesentlich geringer ist

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung 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 der Abgasturbine austretenden Abgase an.

Vorteilhafterweise wird der Wärmetauscher doppelwandig ausgebildet, wobei zwischen den beiden Wandungen ein Hohlraum entsteht, durch den die Luft vom Zusatzverdichter hindurchströmt, während durch den inneren Teil die heißen Abgase geleitet werden. Einfach herzustellen ist der Wärmetauscher durch zwei ineinander geschobene Rohrkörper. Zur besseren Wärmeübertragung kann im Hohlraum zwischen den beiden Wandungen eine wendeiförmige Strömungsumlenkung vorgesehen sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die über dem Zusatzverdichter zu der Abgasturbine strömende Luft durch eine injektorartig ausgebildete Einblasdüsenanordnung leitbar. Durch diese Maßnahme 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 Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestelWen Ausführungsbeispielcs in Verbindung mit den restlichen Unteransprüchen. Es zeigt

Fig. 1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig.2 eine schematische Darstellung einer Einblasdüsenanordnung,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 1II-III in Fig. 2,

Fig.4 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,

Fig.5 eine schematische Darstellung eines Absperrorgans.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Brennkraftmaschine, 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 Abgasturbine 4 treibt einen AuFladeverdichier 6 an, von dem i'Ms die Zylinder 2 über eine Ladeluftleitung 7 mit Ladeluft versorgt werden. Die Ladeluft wird hierbei von dem Aufladeverdichter 6 über eine Leitung 45 von der Atmosphäre angesaugt. Zur Kühlung der Ladeluft ist dem Aufladeverdichter 6 ein l.adeluftkühler 8 naehge-

schaltet. Durch Abgasturbolader aufgeladene Viertaktmaschinen können in allen Leistungsbereichen 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 Landfahrzeugen 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 in Frage kommt. — Im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine tritt der erwähnte Luftmangel besonders in Erscheinung, weil hier die anfallende Aufladeleistung durch geringe Abgastemperatur und reduzierte Teillastwirkungsgrade des Abgasturboladers ohnehin begrenzt ist. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Luftversorgung 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. Hierdurch 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 Zusatzverdicfv.er 13 eine als 3-Wege-Ventil ausgebildetes Absperrorgan 15 auf. Ein weiterer einfacher Absperrschieber 16 ist zwischen dem Austrittsbereich der Luft aus dem Zusatzverdichter 13 und einem Wärmetauscher 17 in der Umführungsleitung 1:2 angeordnet. Diese Umführungsleitung 12 führt die Luft in einen Wärmetauscher 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. Eine weitere Umführungsleitung 20, die als Kurzschlußleiti.ing ausgebildet ist, und ebenfalls einen einfachen Absperrschieber 21 aufweist, steht mit der Umführungsleitung 11 und 12 in Verbindung.

!n F i g. 2 und 3 ist eine entsprechend der Position 19 in F i g. 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 Auspuffrohr und dem äußeren exzentrischen Mantel 22 liegenden Ringraum variablen Querschnittes über den Rohrumfang gleichmäßig verteilt. Durch fenstcrartige 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

to bewirkte Querschnittsreduktion, d.h. Beschleunigung statt. Die Zusatzluft hat also an den Einmündungen erhöhte Geschwindigkeit, sie reißt die Abgase in Strömungsrichlung auf die Abgasturbine 4 zu und überträgt an das Abgas kinetische Energie.

!5 In Fig.4 ist ein bereits in Fig. 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 Rohrkörper 29, 31 entsteht ein ringförmiger Hohlraum 33. Dieser Hohlraum 33 weist einen Anschlußstuizen 34 für den Eintritt des aufzuheizenden Mediums und einen Anschlußstutzen 35 für den Austritt des aufgeheizten Mediums auf. Durch den inneren Rohrkörper 31 strömt das Wärmeträgermedium, das von der Abgasturbine 10 kommende Abgas, im Bereich 36 ein und im Bereich 37 wieder aus dem Wärmetauscher 17 heraus. In dem Hohlraum 33 ist eine als Wendel ausgebildete Strömungsumlenkung 38 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

J5 Bereichen 36 und 37 ohne jede Verengung ausgebildet.

In F i g. 5 ist das über Position 15 in F i g. 1 erwähnte als 3-Wegeventil ausgebildete Absperrorgan 15 dargestellt. Hier sei mit 39 der Anschluß für die Luftleitung 40 von der Atmosphäre bezeichnet, mit 41 der Anschluß für die Luftleitung 43 zu dem Zusatzverdichter 13. In dem 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 13 Luft aus dem Aufladeverdichter 6 an. Bei einer derartigen Schaltung muß hierzu der Anschluß 41 und 42 des Absperrorgans geöffnet sein, so daß der Durchgang der Luft aus dem 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 übei diese Anschlüsse 39 und 42 ist zweckmäßig, wenn be Beschleunigungen im unteren Leistungsbereich dei

m> Brennkraftmaschine mehr Luft benötigt wird als be Beschleunigungen im oberen Leistungsbereich dei Brennkraftmaschine und noch keine Pumpgefahr arr Aufladeverdichter 6 vorliegt. Über einen einfacher Absperrschieber 16 gelangt die Luft von dem Zusatz

■ ■:· verdichter 13 über den Wärmetauscher 17 und die Leitung 18 sowie die injektorartig ausgebildete Einblasdüsenanordnung 19 zusammen mit dem von dei Brennkraftmaschine kommenden Abgas in die Abgas

turbine 4. Der Absperrschieber Ib hat nicht nur die Aufgabe die Luft von dem Zusat/verdichter 13 zu dei Abgasturbine durchströmen zu lassen, sondern auch bei abgestelltem Zusatzverdichter 13 miiü 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 Aufladeverdichteraustruissciie 9 zu der Umführungsleilung 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, über den Wärmetauscher 17 direkt zu der Abgasturbine 4 gebracht. Hierdurch 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 geöffnet, so wird eine Steigerung der Aufladung im unteren Leistungsbereich erreicht, sofern keine Pumpgefahr besteht. In diesem Fall arbeitet der Zusatzverdichter 13 parallel zum Aufladeverdichter 6.

In dem Wärmetauscher 17 wird die durchströmende Luft aufgeheizt, 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 Verhältnis 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 kornmpnde Luft vorzusehen. Die weiter über die Leitung !S zu der Einblasdüsenanordnung 19 strömende aufgeheizte Luft vereinigt sich in der Einblasdüsenanordnung 19 mit den Abgasen. Die durch den Rohranschlußstutzen 23 nach F i g. 2 eindringende Luft wird durch den Kegel 27 in der Einblasdüsenanordnung 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 Querschnittsbemessung und Anordnung dieser Einblasdüsenanordnung 19 wird ferner bewirkt, daß der Zusatzverdichter 13 auch dann positive Arbeit abgibt, wenn der Abgasgegen druck im stationären Betrieb niedriger ist als der π Aufladedruck. Durch die Zufuhr von Treibluftmasse und die in der Einblasdüsenanordnung 19 erzeugte hohe Geschwindigkeit der Abgase wird die Drehzahl des Ahgasturboladers erhöht. Infolge der höheren Drehzahl des Aufladeverdichters 6 erhält die Brennkraftmaschine ihre Luft in größerer Menge und mit höherem Druck; \i'. wir·."! Parker aufgeladen.

Der /usiit/vcrdichicr 13 ist für ein Durchsatzvolumen von ungefähr 3 bis 10% des von dem Abgasturbolader bei Vollast angesaugten Volumens bemessen. Die Verdichtungsarbeit dieses Zusatzvcrdichiers Π kanu auf ca. ein Drittel der Vollastförderhöhe des Abgasturbolader begrenzt sein. Sie wird nur im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine beim Ansaugen des Zusatzverdichters 13 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 der Zusatzverdichter 13 auch im oberen Leistungsbereich der Brennkraftmaschine eine Aufladehilfe ist. Im Gegensatz zu allen Querschnittsregelungen bei Abgasturboladern kann mit einem solchen Zusatzverdichter 13, wie er erfindungsgemäß vorgeschlagen wurde, eine bevorstehende Drehmomentsteigerung oder Beschleunigung bezüglich Luftversorgung der Brennkraftmaschine schon von der Füllungssteigerung vorbereitet werden. Ein Rauchstoß kann demnach vermieden werden. Schaltorgane in heißen Auspuffgasen kommen nicht vor. Ebenso sind unstetige Schaltvorgänge, wie z. B. Ab- und Zuschaltung ganzer Abgasturbolader, vermieden. Durch den laufenden Zusatzverdichter 13 kann die Abgasturbine rascher und im höheren Maße mehr Energie erhalten als bei normaler Leistungssteigerung, ohne zu hohe Übertemperatur zu erhalten.

Dieser erfindungsgemäße Vorschlag läßt sich auch bei Straßen- und Schienenfahrzeugen anwenden. Der Bedarf an elektrischer Leistung dürfte auch für solche Anwendungsfälle keine Schwierigkeit bedeuten. Während bei Beschleunigungsvorgängen jeweils nur eine begrenzte Zeil lang Luft umgeblasen wird, kann dies bei überhöhtem Drehmoment und gedruckter Drehzahl, insbesondere also beim Einmotorenbetrieb von Zweimottrenschiffen, auch langer nötig sein. Wird die vorgeschlagene llmhlasung vorgesehen, d.h. Luft von dem Zusalzverdichter zu der Abgasturbine 4 geführt, so kann der Aufladcvcrdichtcr 6 für besseren Wirkungsgrad im Normalbetricb 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 Motor elektrisch angeschlossen bleibt. In diesem Fall wirkt das Zusatzgebläse 13 als Kraftmaschine und der Elektromotor als Generator, es wird elektrische Leistung ins Netz zurückgeführt. Ob jedoch bei eingeschalteter elektrischer Maschine Leistung abgegeben oder aufgenom men wird, hängt von der Abstimmung der Größen, wie des Kegels 28 in der Einblasdüsenanordnung 19, dem Durchsatz des Zusatzverdichters 13 und dem Druckverhältnis ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809648/289

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Aufgeladene Viertaktbrennkraftmaschine mit einem eine Abgasturbine und einen Aufladeverdichter aufweisenden Abgasturbolader, einer zwischen der Aufladeverdichteraustrittsseite und der Abgasturbineneintrittsseite vorgesehenen Umführungsleitung, einem elektromotorisch angetriebenen, mit der Umführungsleitung in Verbindung stehenden Zu- w satzverdichter, sowie mit Steuergliederr. in der Umführungsleitung, durch welche entweder die vom Aufladeverdichter bereits verdichtete Luft oder vom Zusatzverdichter angesaugte Frischluft in die Abgasturbineneintrittsseite geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerglieder (15,21, 16) derart angeordnet und umschaltbar sind, daß die vom Aufladeverdichter (6) bereits verdichtete Luft vor Eintritt in die Gasturbineneintrittsseite (10) durch den Zusatzverdichter (13) zusätzlich verdichtet wird.

2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zusatzverdichterin) im mittleren und oberen Leistungsbereich des Motors vom Aufladeverdichter (6) bereits verdichtete Luft zugeführt wird.

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

4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, 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 (4) entnommenen Abgase fließen.

5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (17) aus zwei ineinander geschobenen Rohrkörpern (29,31) besteht.

6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum (33) des Wärmetauschers (17) eine « wendeiförmige Strömungsumlenkung (38) vorgesehen ist.

7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3 bis 6, 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.

8. 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.

9. Aufgeladene BrennKraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der <>o Einblasdüsenanordnung (19) fensterartige öffnungen (28) vorgesehen sind.

10. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzverdichter (13) für ein *^Γ> Durchsatzvolumen von ca. 3 bis 10% des vom Abgasturbolader bei Vollast angesaugtem Volumen ausgelegt ist.

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