DE2838952C2

DE2838952C2 - Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern

Info

Publication number: DE2838952C2
Application number: DE2838952A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 7990 Friedrichshafen Dinger; Helmut Ing.(grad.) 7992 Tettnang Klotz
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE2838952A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und bezweckt die Bereitstellung von Ladeluft mit hoher Vorverdichtung während des Teillastbetriebes der Brennkraftmaschine. Es ist eine Brennkraftmaschine gemäß DE-PS 9 62 026 mit zusätzlichem, durch Druckgas bewirkten Verdichterantrieb bekannt, durch den sich eine von der Abgaslieferung aus der Brennkraftmaschine unabhängige Aufladedruckerhöhung erreichen läßt. Die Druckgaserzeugung erfolgt _b0 dabei durch einen zusätzlichen an der Brennkraftmaschine angeordneten Kolbenkompressor. Bei einer derart ausgebildeten Brennkraftmaschine werden Gewicht und Bauvolumen jedoch in unerwünschter Weise vergrößert. _b5

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der bei Teillast die Erzeugung von Druckgas für einen zusätzlichen Verdichterantrieb möglich ist, ohne daß Gewicht und Bauvolumen der Brennkraftmaschine wesentlich vergrößert werden.

Die vorteilhafte Lösung dieser A.ufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal von Patentanspruch 1 erreicht

Die erfindungsgemäße Art der Druckgaserzeugung vei"ursacht nur einen geringen, aus der aufgewendeten Kompressionsarbeit resultierenden Kraftstoffmehrverbrauch, während der sonst für die Reibleistung eines separat angeordneten Kompressors aufzuwendende Kraftstoff eingespart wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 6.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich bei Brennkraftmaschinen mit niedrigem Verdichtungsverhältnis ε das Betriebsverhalten bei Teillast erheblich verbessern läßt oder deren Betrieb bei Teillast erst ermöglicht, daß die Brennkraftmaschine bei Teillast mit Ladeluft so hoher Vorverdichtung versorgt werden kann, daß die umweltbelastende Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, sogenanntem Weißrauch, nicht auftritt und daß der geringe zusätzliche Bauteileaufwand und geringe Kraftstoffverbrauch eine besonders wirtschaftliche Verwertung der Erfindung zulassen.

Nach der DE-PS 6 50 569 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der mit Kompressorzylindern erzeugtes Druckgas in einen Luftbehälter gefördert wird. Ein Zusatzantrieb des Abgasturboladers ist mit diesem Druckgas jedoch nicht beabsichtigt.

Ferner ist nach DE-OS 26 48 411 eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und mit niedrigem Verdichtungsverhältnis bekannt, bei der zum Anlassen eine Anzahl der Zylinder als Motor und eine Anzahl während des Kompressionshubes als Verdichter arbeiten. Das in den als Verdichter arbeitenden Zylindern erzeugte Druckgas wird den jeweils zugeordneten Motorzylindern zur Verbesserung der Aufladung unmittelbar zugeführt. Ein zusätzlicher Verdichterantrieb des Aufladeaggregates ist hierbei nicht vorgesehen.

Einige Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen, denen je ein Aufladeaggregat zugeordnet ist,

F i g. 2 Alternative zu F i g. 1 bei der die Abgasturbine des rechten Aufladeaggregates einen verstellbaren Leitapparat besitzt,

F i g. 3 bis 5 Alternative Möglichkeiten zur Druckgasentnahme aus den als Kompressor betriebenen Zylindern.

Mit 11 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Zylinder 12,13 in zwei Zylinderreihen angeordnet sind. Jede Zylinderreihe wird von einem Aufladeaggregat 14, 15, das je aus Abgasturbine 16 bzw. 17 und Verdichter 18 bzw. 19 besteht, mit vorverdichteter Ladeluft versorgt, die in Ladeluftkühlern 20, 21 gekühlt wird. Bei Teillast arbeiten nur einige Zylinder der Brennkraftmaschine, ζ. B. die Zylinder 12 der linken Reihe in F i g. 1 als Motor, während für die Zylinder 13 die Kraftstoffzufuhr abgestellt, ist und so die Zylinder 13 als Kompressoren betrieben werden.

In dem Beispiel nach F i g. 1 erfolgt der Gaswechsel in den als Kompressor betriebenen Zylindern 13 über die für den Motorbetrieb vorhandenen Gaswechselsteuerorgane. Das Druckgas aus den Zylindern 13 wird dabei in die Abgasleitung 23 ausgeschoben, die durch eine

Vorrichtung 27, 27' abgesperrt ist Stromauf der Vorrichtung 27, 27' zweigt eine Druckgasleitung 25 ab, die das Druckgas aus den Zylindern 13 dem Aufladeaggregat 14 zur Verwendung als zusätzliche Antriebsenergie für den Verdichter 18 zuführt. In F i g. 1 sind vier alternative Möglichkeiten zur Verwirklichung des zusätzlichen Verdichterantriebs mit den Abschnitten 25', 25", 25'" und 25"" der Dnickgasleitung 25 dargestellt

Bei 25' wird das Druckgas dem Abgas in der Abgasleitung 22 aus den als Motor arbeitenden Zylindern ti vor dessen Eintritt in die Abgasturbine 16 zugeführt

Bei 25" wird das Druckgas einer am Laufrad der Abgasturbine 16 angeordneten Beschaufelung zugeführt.

Bei 25'" wird das Druckgas einer mit der Abgasturbine 16 gekuppelten Druckgasturbine 24 zugeführt. Die zusätzliche Druckgasturbine 24 kann dabei starr oder mittels einer schaltbaren Kupplung 26 mit der Abgasturbine 16 verbunden sein.

Bei 25'" wird das Druckgas auf die Laufradbeschaufelung des Verdichters 18 geblasen.

F i g. 2 zeigt eine alternative Ausführung des Aufladeaggregates 15, wobei die Bezugsziffern für solche : bereits in Fig. 1 benannten Teile um den Zähler 100 erhöht sind. Die Turbine 117 ist mit einem verstellbaren Leitapparat 127 ausgerüstet, der im geschlossenen Zustand die Abgasleitung 123 absperrt und der Vorrichtung 27,27' aus F i g. 1 entspricht.

Die F i g. 3 bis 5 zeigen alternative Ausführungen für die Entnahme des Druckgases aus den als Kompressor betriebenen Zylindern 13. Die Bezugsziffern in diesen Figuren wurden jeweils um die Zähler 200, 300 und 400 gegenüber F i g. 1 erhöht

In F i g. 3 ist an jedem Zylinder 213 ein Ventil 229 für die Druckgase angebracht, dem je ein selbsttätiges Saug- und Druck-Ventil zugeordnet ist Auf diese Weise ist es in Verbindung mit den Gaswechselsteuerorganen bei einem Viertaktmotor möglich, bei jeder Kurbelwellenumdrehung einen Saug- und einen Druckhub zur Erzeugung von Druckgas in den als Kompressor betriebenen Zylindern 213 auszunutzen. Das Druckgas wird auch hier in die durch Vorrichtung 227 absperrbare Abgasleitung 223 ausgeschoben und über die Druckgasleitung 225 entnommen.

In Fig.4 dienen Entnahmeventile 329 für das Ausschieben des Druckgases aus den als Kompressor betriebenen Zylindern 313 in die von der Abgasleitung 323 vollkommen getrennte Druckgasleitung 325.

In Fig. 5 sind wie in Fig.3 an jeden Zylinder 413 Ventile 429 mit je einem selbsttätigen Saug- und Druckventil angeordnet Die Gaswechselsteuerorgane für den Motorbetrieb sind jedoch bei diesem Beispiel für die Zeit der Betriebsweise der Zylinder 413 als Kompressoren stillgelegt, so daß Ansaugen und Ausschieben des Druckgases allein über die Ventile 429 erfolgt. Bei den Ausführungen nach Fig.4 und 5 muß die Abgasleitung 323 bzw. 423 nicht abgesperrt werden. Das Druckgas gelangt unmittelbar aus den Zylindern in die Druckgasleitung 325 bzw. 425.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, mit einem aus Abgasturbine und Verdichter bestehenden Aufladeaggregat und einem zusätzli- -, chen Verdichterantrieb durch Druckgas, wobei als Kompressor betriebene Zylinder Druckgas erzeugen und die den Kompressorzylindern zugeordnete Auslaßleitung durch eine Absperrvorrichtung verschließbar ist, wobei das Druckgas aus den _l(l Kompressorzylindern über eine Leitung für den zusätzlichen Verdichterantrieb dem vom Abgas der als Motor arbeitenden Zylinder angetriebenen und diese Zylinder mit Ladeluft versorgenden Aufladeaggregat zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompressorzylinder Motorzylinder dienen, in denen bei Teillast der Brennkraftmaschine die Verbrennung unterbunden ist

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas dem gesamten Abgas der als Motor arbeitenden Zylinder (12) vor dem Eintritt in die Abgasturbine (16) zugemischt wird.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas aus den Kornpressorzylindern (13,113,213,313,413) einer mit der Abgasturbine (16) des Abgasturboladers (14) kuppelbaren Druckgasturbine (24) zugeführt wird.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas aus den Korn- _j0 pressorzylindern (13, 113, 213, 313, 413) auf die Laufradbeschaufelung des Verdichters (18) des Abgasturboladers (14) geblasen wird.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich- _J5 net, daß die Absperrvorrichtung für das Verschließen der Auslaßleitung (323, 423) die Gaswechselsteuerorgane sind, die bei Motorbetrieb der Zylinder (313, 413) die Zylinderauslässe steuern und die während des Kompressorbetriebes geschlossen gehalten werden.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas aus den als Kompressor betriebenen Zylindern (313, 413) über zusätzliche Ventile (329, 429) in eine Druckgasleitung (325,425) gefördert wird.