DE2609389A1

DE2609389A1 - Abgasturboladeraggregat

Info

Publication number: DE2609389A1
Application number: DE19762609389
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Bandel; Hanns-Guenther Dipl Ing Bozung; Dieter Dipl Ing Dr In Goerlich; Hans-Dieter Weise
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-03-06
Filing date: 1976-03-06
Publication date: 1977-09-08
Also published as: GB1573193A; JPS5632448B2; CH619030A5; JPS52109023A

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg , Stadtbachstraße 1

P.B. 2873/1287 Augsburg, den M-. März 1976

Abgasturboladeraggregat

Die Erfindung betrifft ein Abgasturboladeraggregat mit zwei parallel geschalteten Abgasturboladergruppen.

Bei einer aus der DT-OS 2 120 687 bekannten Anlage muß das Abgasturboladeraggregat so ausgelegt sein, daß es bei Vollast die von der Kolbenbrennkraftmaschine benötigte Luftmenge liefern kann. Da beim Anfahren der Kolbenbrennkraftmaschine und bei deren Betrieb im Bereich kleiner Lasten weniger Abgas anfallt, sind die Strömungsquerschnitte hier zu groß und damit der Ladedruck zu niedrig. Außerdem ist nachteilig, daß beim Anfahren und Hochfahren der Kolbenbrennkraftmaschine die gesamte Masse der für die maximale Ladeluftfördermenge ausgelegten Laufräder der Abgasturboladergruppe beschleunigt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasturboladeraggregat zu schaffen, das mit geringem Aufwand eine gute Anpassung der Strömungsmaschinen an die Kolbenbrenn-

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kraftmaschine ermöglicht, so daß die Strömungsmaschinen möglichst unabhängig vom Betriebszustand der Kolbenbrennkraftmaschine in Bereichen mit guten Wirkungsgraden arbeiten können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß mindestens zwei parallel angeordnete, zweistufige Abgasturboladergruppen vorgesehen sind, die Verbindungsleitungen mindestens einer Abgasturboladergruppe mit der Kolbenbrennkraftmaschine absperrbar ausgebildet sind und die nicht abschaltbare Abgasturboladergruppe mit einem die Belieferung der Kolbenbrennkraftmaschine vom Start bis in einen Arbeitsbereich kleiner Last mit zum Betrieb ausreichend verdichteter Luft sicherstellenden Fremdantrieb ausgerüstet ist..

Bei Anwendung dieser Maßnahmen ist beim Anfahren der Kolbenbrennkraftmaschine und bei deren Betrieb im Bereich geringer Lasten nur eine Abgasturboladergruppe in Betrieb, die optimal auf die durchsetzenden Luft- und Abgasmengen abgestimmt ist. Erst bei höheren Leistungen und dementsprechend einem größeren Luftbedarf des Motors sowie einer größeren Abgasmenge kann dann mindestens eine weitere Abgasturboladergruppe zugeschaltet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Auf dieser zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung einer

ersten Ausführungsform und

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Figur 2 eine schematische Darstellung einer

zweiten Ausführungsform.

Die Anlage gemäß Figur 1 umfaßt eine Kolbenbrennkraftmaschine 1, die Leistung abgibt, insbesondere einen Dieselmotor. Die Kolbenbrennkraftmaschine 1 weist eine Abgassammelleitung 2 auf, die über je eine Verbindungsleitung 3, 4· mit oe einer Hochdruckabgas turbine 5, 6 verbunden ist. Der Auslaß jeder Hochdruckabgasturbine 5, 6 ist über eine beispielsweise einen ringförmigen Übertrittskanal bildende Leitung 7» 8 mit dem Einlaß je einer Niederdruckabgasturbine 9, 10 verbunden. Die Auslässe der beiden Niederdruckabgasturbinen 9» 10 führen über nicht dargestellte Auspuffschalldämpfer ins Freie.

Jede der beiden Niederdruckabgasturbinen 9» 10 steht über eine Welle 11, 12 mit je einem Niederdruckverdichter 13» 14- in Verbindung. Die beiden Niederdruckverdichter saugen dabei die Luft aus dem Freien an. Der Auslaß jedes Niederdruckverdichters steht über je eine Leitung 15, mit dem Einlaß eines Hochdruckverdichters 17» 18 in Verbindung. Dabei stehen die Hochdruckverdichter 17, 18 über je eine Welle 19» 20 mit den Hochdruckabgasturbinen 5 bzw. 6 in Antriebsverbindung.

In die Leitungen 15, 16 ist je ein Ladeluftzwischenkühler 21, 22 eingeschaltet. Außerdem ist an die Leitung 15 eine Stichleitung 23 angeschlossen, die über ein Abblaseventil 24 ins Freie führt.

Die Auslässe der beiden Hochdruckverdichter 17, 18 stehen über je eine Verbindungsleitung 25, 26 mit einer für

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alle Zylinder gemeinsamen LadeluftSammelleitung 27 der Kolbenbrennkraftmaschine 1 in Verbindung. Dabei ist in jede der beiden Verbindungsleitungen 25, 26 ein weiterer Ladeluftkühler 28, 29 eingeschaltet. Außerdem nimmt die Verbindungsleitung 25 ein Absperrorgan 30 auf. Ein entsprechendes Absperrorgan 31 ist in der Verbindungsleitung 3 zwischen der Abgassammelleitung 2 des Motors und der Hochdruckabgasturbine 5 vorgesehen, die über die Welle 19 mit dem Hochdruckverdichter 17 in Verbindung steht. Von der Verbindungsleitung 25 geht weiterhin zwischen dem Auslaß des Hochdruckverdichters 17 und dem Absperrorgan 30 eine Stichleitung 32 aus, die über ein Abblaseventil 33 ins freie führt.

Weiterhin ist ein Antriebsmotor 34» z. B. ein Elektromotor, vorgesehen, der die Welle 20 antreibt.

Zum Anfahren der Kolbenbrennkraftmaschine 1 sind die beiden Absperrorgane 30, 31 geschlossen. Wird in dieser Stellung der Antriebsmotor 34 betätigt, so drehen die Laufräder der Turbine 6 und des Verdichters 18. Sobald die vom Verdichter 18 geförderte Ladeluft ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis und eine bestimmte Temperatur erreicht hat, wird die Kolbenbrennkraftmaschine 1 über eine nicht dargestellte, an sich bekannte Vorrichtung angedreht. Die Verdichter 14, 18 werden anschließend gemeinsam von den Abgasturbinen 6, 10 und von dem Antriebsmotor 34 angetrieben. Dieser Antrieb ist auch im Bereich kleiner Lasten wirksam.

Erhöht sich die Belastung der Kolbenbrennkraftmaschine weiter, bis sie eine so große Menge Abgas abgibt, daß die beiden Abgasturbinen 6 und 10 die Verdichter 14

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und 18 allein antreiben können, so wird der Antriebsmotor 3^ abgeschaltet. In diesem Lastbereich stellt die Abgasturboladergruppe 6, 18, 10, 14· nunmehr ohne Fremdantrieb die erforderliche Ladeluftmenge zur Verfügung. Dabei kann die Abgasturboladergruppe 6, 18, 10, 14 optimal auf diesen Teillastbereich der Kolbenbrennkraftmaschine 1 ausgelegt werden.

Soll die Kolbenbrennkraftmaschine 1 mit höherer Last betrieben werden, so wird unter entsprechender Erhöhung der Brennstoffzufuhr zunächst das Absperrorgan 31 geöffnet. Infolgedessen kann ein Teil der Abgase die Abgasturbinen 5 und 9 beaufschlagen, so daß auch eine Ladeluftförderung durch die Verdichter 13, 17 beginnt. Zur Vermeidung des Pumpens der Verdichter 13 und 17 sowie zur Erleichterung des Hochfahrens dieser Abgasturboladergruppe werden zunächst die Abblaseventile 24 und/oder 33 geöffnet. Sobald der Verdichtungsenddruck bzw. die Drehzahlen der beiden Abgasturboladergruppen 6, 18, 10, 14 einerseits und 5, 17j 9, 13 andererseits etwa gleiche Werte erreicht haben, werden das Absperrorgan 30 geöffnet und gleichzeitig die Abblaseventile 24 bzw. 33 geschlossen. Auch die zweite Abgasturboladergruppe fördert nun Ladeluft in die LadeluftSammelleitung 27.

Soll die Kolbenbrennkraftmaschine 1 von Vollast auf einen Teillastbereich zurückgefahren werden, so werden gleichzeitig die Absperrorgane 30 und 31 geschlossen und die Abblaseventile 24, 33 geöffnet. Das gesamte zur Verfügung stehende Abgas beaufschlagt daher nur noch die Abgasturboladergruppe 6, 18, 10, Außerdem setzt auch eine Ladeluftförderung von der anderen Abgasturboladergruppe 5, 17, 9, 13 zum Motor aus.

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Die Steuerung der Absperrorgane 30, 31 erfolgt zweckmäßig automatisch in Abhängigkeit von den Drehzahlen der "beiden Abgasturboladergruppen. Dasselbe gilt für die Abblaseventile 24-, 33·

Zweckmäßig sind jeweils die beiden Hochdruckabgasturbinen 5, 6, die beiden Niederdruckabgasturbinen 9» 10, die beiden Hochdruckverdichter 17, 18 sowie die beiden Niederdruckverdichter 13, 14- untereinander gleich ausgeführt, so daß sich für diese Teile eine Typenvereinfachung ergibt.

Anstelle von zwei Abgasturboladergruppen, die je eine Hochdruck- und eine Niederdruckstufe umfassen, können auch drei oder mehr parallel geschaltete zweistufige Abgasturboladergruppen vorgesehen sein. Die Verwendung von zwei oder mehr parallel geschalteten Abgasturboladergruppen erleichtert dabei nicht nur das Hochfahren der einzelnen Gruppen, sondern führt auch zu kleinen Außenabmessungen der Teile, die somit platzsparend an der Kolbenbrennkraftmaschine 1 angebaut werden können.

Die Anordnung gemäß Figur 2 stimmt im prinzipiellen Aufbau mit der Anlage gemäß Figur 1 übertin. Hiervon abweichend ist lediglich dem Niederdruckverdichter 113 und dem Hochdruckverdichter 117 je ein Drosselventil 136 bzw. 137 vorgeschaltet. Dafür können die Abblaseventile 24- und 33 entfallen. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Drosselventile 136, 137 zusammen mit den Abblaseventilen 24 und 33 nach Figur 1 zu verwenden.

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Bei der Anordnung gemäß Figur 2 wird, sobald die KoI-benbrennkraftmasehine 101 zusammen mit der Abgasturboladergruppe 106, 118, 110, 114 im Teillastgebiet nach Abschalten des Antriebsmotors 134- allein läuft und die Belastung des Motors weiter gesteigert wird, wiederum das Absperrorgan 131 in der Verbindungsleitung 103 geöffnet, während die Drosselventile 136, 137 sowie das Absperrorgan 130 in der Verbindungsleitung 125 zunächst geschlossen gehalten werden. Erst nachdem der Verdichtungsenddruck bzw. die Drehzahlen der Abgasturbinen 105, 109 mit ihren Verdichtern 117, 113 etwa dem Verdichtungsenddruck bzw. den Drehzahlen der Abgasturbinen 106, mit den Verdichtern 118, 114 entsprechen, werden gleichzeitig die Drosselventile 136, 137 und das Absperrorgan 130 voll geöffnet, so daß die Ladeluftleitung 127 nunmehr auch Ladeluft von der zweiten Abgasturboladergruppe erhält.

Wie die Beschreibung zeigt, ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

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Claims

Patentansprüche

Abgasturboladeraggregat mit zwei parallel geschalteten Abgasturboladergruppen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (3, 25; 103, 125) zwischen mindestens einer Abgasturboladergruppe (6, 18, 10, 14-, 5, 17, 9, 13; 106, 118, 110, 114-,

105, 117, 109, 113) und der Kolbenbrennkraftmaschine (1; 101) absperrbar ausgebildet sind und die nicht abschaltbare Abgasturboladergruppe (6, 18, 10, 14-;

106, 118, 110, 114-) mit einem die Belieferung der Kolbenbrennkraftmaschine vom Start bis in einen Arbeitsbereich kleiner Last mit ausreichend verdichteter Luft sicherstellenden Fremdantrieb (34-; 134·) ausgerüstet ist.
2. Abgasturboladeraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jede Abgasturboladergruppe (6, 18, 10, 14-, 5, 17, 9, 13; 106, 118, 110, 114-, 105, 117, 109, 113) zweistufig ausgebildet ist.
3. Abgasturboladeraggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Verbindungsleitungen (3, 25; 103, 125) zwischen der Kolbenbrennkraftmaschine (1; 101) einerseits und jeder Abgasturboladergruppe (6, 18, 10, 14-, 5, 17, 9, 13; 106, 118, 110, 114-, 105, 117, 109, 113) andererseits je ein Absperrelement ( 31, 30; 131, 130) vorgesehen ist.

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4-, Abgasturboladeraggregat nach. Anspruch. 2 oder 3, dadurch, gekennzeichnet, daß dem Niederdruckverdichter (115) und/oder dem Hoch.druckverdich.ter (117) ein Drosselventil (136, 137) vorgeschaltet ist.
5- Abgasturboladeraggregat nach. Anspruch. 2 oder 3, dadurch, gekennzeichnet, daß zwischen dem Niederdruckverdich-ter (13) und dem Hoch.druckverdich.ter (17) und/oder dem Hochdruckverdichter (17) und dem Absperrelement (30) in der ladeluftführenden ■Verbindungsleitung (25) ein Abblaseventil (2A-, 33) angeordnet ist.
6. Abgasturboladeraggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die "Verwendung gleich ausgebildeter Abgasturboladergruppen.
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