DE2849723A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Brennkraftmaschine

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DE2849723A1 DE19782849723 DE2849723A DE2849723A1 DE 2849723 A1 DE2849723 A1 DE 2849723A1 DE 19782849723 DE19782849723 DE 19782849723 DE 2849723 A DE2849723 A DE 2849723A DE 2849723 A1 DE2849723 A1 DE 2849723A1
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Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
FRIEDRICHSHAFEN GMBH
Friedrichshafen
Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch i und bezweckt die Bereitstellung von Ladeluft mit hoher Vorverdichtung.
Es sind verschiedene Anordnungen an Brennkraftmaschinen bekannt, die Druckgas aus zeitweise als Kompressor betriebenen Zylindern als zusätzliches Antriebsmittel für dasjenige Aufladeaggregat einsetzen, das als Motor arbeitende Zylinder mit vorverdichteter Ladeluft versorgt. Der Energieinhalt des Druckgases aus den als Kompressor betriebenen Zylindern ist abhängig vom Gegendruck, der sich durch die Drosselwirkung des den Zusatzantrieb bewirkenden Druckgasverbrauchers ergibt. Bei den bekannten Anordnungen ist die Drosselwirkung des Druckgasverbrauchers im Teillastbetrieb erst bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine groß genug, um eine effektvolle Aufladedruckerhöhung zu erreichen. Dieses ungünstige Betriebsverhalten der bekannten Anordnungen ergibt sich durch die Verwendung von Druckgasverbrauchern, die im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine mit
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Druckgas sehr hohen Energieinhaltes betrieben werden und auf die Verhältnisse bei geteilter Betriebsweise der Brennkraftmaschine nicht optimal ausgelegt werden können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, zur Bereitstellung von Ladeluft mit hoher Vorverdichtung einen Druckgasantrieb mit einem Druekgasverbraucher zu schaffen, dessen Drosselwirkung die Erzeugung von Druckgas hohen Energieinhaltes schon bei Leerlauf der Brennkraftmaschine zuläßt.
Diese Aufgabe ist durch das kennzeichnende Merkmal von Patentanspruch i gelöst. Die Turbine des weiteren Aufladeaggregates kann speziell auf die Anforderungen des Druckgasantriebes ausgelegt werden, um die gewünschte Vorverdiehtung der Ladeluft im erforderlichen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zu verwirklichen.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 10.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich für die Brennkraftmaschine bei Leerlauf und kleiner Teillast besonders günstige Aufladeverhältnisse schaffen lassen, daß sich für die Auslegung des zusätzlichen Aufladeaggregates eindeutige, thermodynami sehe Verhältnisse ergeben, daß sich bei Dieselmotoren, die mit niedrigem Verdichtungsverhältnis betrieben werden, die für störungsfreien Betrieb erforderlichen Druck- und Temperaturwerte im Zylinder mit Sicherheit erzielen lassen, und daß das ¥eißrauchen des Dieselmotors vermieden wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben.
Eine Brennkraftmaschine 11 mit mehreren, in zwei Reihen angeordneten Zylindern 12, 13 wird durch zwei Aufladeaggregate 14, 15» die je aus einer Abgasturbine 16, 17 und
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je einem Verdichter 18, 19 bestehen, mit vorverdichteter Ladeluft versorgt. Bei Teillast der Brennkraftmaschine arbeiten nur die Zylinder 12 als Motor, währenddessen die übrigen Zylinder 13 als Kompressor betrieben werden. Das Druckgas aus den Zylindern 13 gelangt über die in jedem Zylinder 13 vorhandenen Auslaßventile bzw. über spezielle nicht dargestellte Druckgas-Entnahmeventile in die Abgasleitung 21, die gegen die Atmosphäre durch eine Absperreinrichtung 23 bzw. 23' abgeschlossen ist. Mittels einer an die Abgasleitung 21 angeschlossenen Druckgasleitung wird das Druckgas der Turbine 24 eines weiteren Aufladeaggregates 22 zugeführt. Dessen Verdichter 26 ist mit dem Verdichter 18 des Aufladeaggregates 14, das die als Motor arbeitenden Zylindern 12 mit Ladeluft versorgt, in Reihe geschaltet. Saugleitung 28 und Druckleitung 29 des Verdichters 26 sind dabei stromab bzw. stromauf einer Absperreinrichtung 30 an die Ladeluftleitung des Verdichters 18 angeschlossen. Auf diese Weise ergibt sich eine zweistufige Vorverdichtung der Ladeluft für die Zylinder 12, wobei prinzipiell zwei Schaltungsvarianten möglich sind. Bei der einen Variante wird Verdichter 26 des weiteren Aufladeaggregates 22 als Niederdruckstufe und Verdichter 18 des Aufladeaggregates 14 als Hochdruckstufe verwendet. Absperreinrichtung 30 und die Anschlüsse für Saug- und Druckleitung 28, 29 befinden sich dann in der Ladeluftsaugleitung 31 des Verdichters 18. Hierbei arbeitet Verdichter 18 allerdings bei Druck- und Volumenstromverhältnissen, die vom Normalbetrieb abweichen und die seine Betriebslinie in die Nähe der Pumpgrenze verschieben. Damit Verdichter 18 bei dieser Betriebsweise ungestört funktionieren kann, ist entweder ein Verdichterlaufrad mit breitem Kennfeld oder ein verstellbarer Leitapparat erforderlich. Diese Probleme lassen sich aber durch die im Beispiel dargestellte andere Variante umgehen. Die Reihenfolge der Verdichter ist hier umge-
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kehrt. Verdichter 18 arbeitet wie im Normalbetrieb und saugt als Niederdruckstufe aus der Atmosphäre über Filter 35 an, während Verdichter 26 als Hochdruckstufe eingesetzt ist. Für Verdichter 18 ist dadurch keine Spezialausführung erforderlieh und Verdichter 26 kann für den besonderen Anwendungsfall optimal ausgelegt werden. Bei dieser Variante sind Absperreinrichtung 30 und die Anschlüsse von Saug- und Druckleitung 28, 29 in der Ladeluftdruckleitung 32 des Verdichters 18 angeordnet.
Sowohl die Druckgasleitung 25» 27 als. auch die Saug- und Druckleitung 28, 29 vom und zum weiteren Aufladeaggregat stehen in ständig offener Verbindung mit der Leitung 20, 21, 32, an die sie angeschlossen sind. Diese Anordnung ist möglich, weil im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bei geöffneter Absperreinrichtung 23, 23' weder zwischen den Abgasleitungen 20, 21 noch in der Ladeluftdruckleitung 32 vor oder nach der in Offenstellung befindlichen Absperreinrichtung ein nennenswerter Druckunterschied besteht. Dadurch werden teuere und Bauraum erfordernde Absperreinrichtungen in den Leitungen 25, 27, 28, 29 erspart.
Das Abgas aus der Turbine 24 des weiteren Aufladeaggregates 22 wird über Leitung 27 dem Abgas aus den als Motor arbeitenden Zylindern 12 vor Eintritt in die Abgasturbine 16 zugeführt. Der die Abgasturbine 16 durchsetzende Massenstrom wird dadurch vermehrt, was die Antriebsleistung für Verdichter 18 vergrößert.
Um den Energieinhalt des Druckgases für Turbine 24 noch zu erhöhen, ist in der Druckgasleitung 25 vor der Turbine 24 des weiteren Aufladeaggregates 22 eine Heizeinrichtung angeordnet, mit der die Temperatur des Druckgases angehoben werden kann. Mit 33 ist ein Abgaswärmetauscher bezeichnet, der die Restwärme der Abgase aus Abgasturbine 16 auszunutzen gestattet. Die Wirksamkeit der Druckgasaufheizung läßt sich durch Anordnung einer Hilfsbrennkammer "5k in der Druckgasleitung 25 erheblich steigern. Vor allem ist die Druckgasaufheizung mit der Hilfsbrennkammer 34 dosierbar. Bei gleich-
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zeitiger Verwendung von Hilfsbrennkammer 34 und Abgaswärmetauscher 33» ist es zweckmäßig, den Abgaswärmetauscher 33 stromauf der Hilfsbrennkammer 34 an der Druckgasleitung anzuordnen.
Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, den Abgaswärmetauscher 33 stromab der Turbine 24 in der Leitung 27 anzuordnen, wenn es das Temperaturniveau der beiden Abgasströme zuläßt und die Hilfsbrennkammer 34 entfällt.
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Claims (1)

  1. MOTOREN- UND TÜRBINEN-UNION
    FRIEDEICHSHAFEN GMBH
    Friedrichshafen
    Patentansprüche
    Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, einem oder mehreren Aufladeaggregaten, von denen jedes aus Abgasturbine und Verdichter besteht und bei Teillast der Brennkraftmaschine einige Zylinder als Motor arbeiten und die übrigen Zylinder währenddessen als Kompressor betrieben, Druckgas liefern, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas einer Turbine (24) eines weiteren Aufladeaggregates (22) zugeführt wird, dessen Verdichter (26) mit dem Verdichter (18) desjenigen Aufladeaggregates (14) in Reihe geschaltet ist, das als Motor arbeitende Zylinder (12) mit Ladeluft versorgt.
    2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas aus der Turbine (24) des weiteren Aufladeaggregates (22) dem Abgas aus den als Motor arbeitenden Zylindern (12) vor dessen Eintritt in die jeweilige Abgasturbine (l6) zugeführt wird.
    3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Druckgas- (25, 27) als auch die Ladeluftleitungen (28, 29) von und zum weiteren
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    Aufladeaggregat (22) in ständig offener Verbindung mit den Leitungen {20, 21., 32) stehen, an die sie angeschlossen sind.
    4. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekenn-
    zeichnet, daß eine Absperreinrichtung (30) in der Ladeluftleitung desjenigen Aufladeaggregates (14) angeordnet ist, das als Motor arbeitende Zylinder (12) mit vorverdichteter Ladeluft versorgt, und sich die Anschlüsse von Saugleitung (28) und Druckleitung (29) des Verdichters (26) des weiteren Aufladeaggregates
    (22) stromab bzw. stromauf der Absperreinrichtung befinden.
    5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (30) in der Ladeluftdruckleitung (32) des Verdichters (18) angeordnet ist.
    6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (30) in der Ladeluftsaugleitung (31) des Verdichters (18) angeordnet ist.
    7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung zur Wärmeabgabe an das Druckgas vor der Turbine (24) des weiteren Aufladeaggregates (22) in der Druckgasleitung (25) angeordnet ist.
    8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung zur Wärmeabgabe an das Druckgas hinter der Turbine (24) des weiteren Aufladeaggregates (22) in der Leitung (27) angeordnet ist.
    9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 öder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgaswärmetauscher (33) angeordnet ist, der zur Wärmeabgabe an das Druckgas vom Abgas aus der Abgasturbine (16) durchströmt wird.
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    iO. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 oder 8 und/oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß als Heizeinrichtung eine Hilfsbrennkammer (3*0 in der Druckgasleitung (25) angeordnet ist.
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