DE2855687A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
BESOHREIBUUG
Während der letzten Jahre ist es allgemein üblich geworden, bei Brennkraftmaschinen eine Abgasrückumwälzungseinrichtung
vorzusehen, um die Emission schädlicher bzw. giftiger Gase zu verringern. Solche Einrichtungen, die in Verbindung
mit Brennkraftmaschinen mit Turboaufladung verwendet werden, sind z„B. in den US-PSen 3 149 454, 3 914 944
und 3 925 989 beschrieben. Bei solchen Einrichtungen sind
Abgasrückumwälzleitungen vorhanden, welche die Abgasleitung
der Brennkraftmaschine bzw. des Motors mit der Ansaugleitung verbinden.
Wenn eine solche Abgasrückumwälzeinrichtung bei einem mit
Turboaufladung arbeitenden Motor betriebsfähig sein soll, bei dem die Abgasrückumwälzleitung eine Verbindung zwischen
der Abgasleitung und der Ansaugleitung herstellt, muß der Druck in der Abgasleitung höher sein als der Druck in der
Ansaugleitung, so daß die Abgase in der gewünschten Weise zur Ansaugleitung strömen. Dies bedeutet, daß es nicht möglich
ist, mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Turbolader zu verwenden, die sich bei einem Druck in der Abgasleitung betreiben
lassen, der niedriger ist als der Druck in der Ansaugleitung, und daß sich der Kraftstoffverbrauch des Motors
erhöhte
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INSPECTED
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Zwar könnte man einen Motor konstruieren, zu dem eine Abgas rückumwälzleitung gehört, der Abgase nicht von sämtlichen
Zylindern aus zugeführt werden (Abgasrückumwälz-Pumpzylinder), doch kann sich dies auch als nachteilig erweisen,
da es in bestimmten Fällen unmöglich ist, die Abgase umzuwälzen und sie den Ansaugstutzen sämtlicher Zylinder gleichmäßig
verteilt zuzuführen. Wenn z.B. der gesamte Abgasstrom eines der Zylinder umgewälzt würde, würde der größte Teil
der umgewälzten Abgase dem einen Zylinder oder den beiden Zylindern zugeführt, bei denen entsprechend der Zündfolge
die nächsten Ansaughübe ausgeführt werden.
Ein weiterer Nachteil des Vorschlags, gemäß welchem die
Abgase einer Gruppe von Zylindern zum Teil direkt der Ansaugleitung zugeführt werden, während der restliche Teil
der Turbine des Turboladers zugeführt wird, besteht darin, da3 es zur Erhöhung des Drucks in der Abgasleitung über den
Druck in der Ansaugleitung hinaus erforderlich ist, ein Ventil oder eine Drossel in den Kanal einzuschalten, der
sich von den Abgasrückumwälz-Pumpzylindern zu dem Turbolader
erstreckt, um den Gegendruck gegenüber den Pumpzylindern zu erhöhen und die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit der umzuwälzenden
Abgase zu erzielen. Bei einer solchen Anordnung ergibt sich der Nachteil, daß die Kolben der Abgasrückumwälz-Pumpzylinder
eine größere Pumparbeit leisten müssen, so daß sich EnergieVerluste ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine bzw . einen Motor mit einer Abgasrückumwälzeinrichtung
zu schaffen, bei dem die vorstehend genannten Schwierigkeiten möglichst weitgehend vermieden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Anordnung geschaffen worden, zu der eine Brennkraftmaschine mit
einer Turbinen- und Verdichtereinheit gehört, ferner eine
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Ansaugleitung sowie eine Abgasleitung, wobei der Auslaß des Verdichters durch eine Leitung mit der Ansaugleitung verbunden
ist. Die Abgasleitung ist in zwei Abschnitte unterteilt, und jeder Abschnitt ist so angeschlossen, daß er
die Abgase einer Gruppe von Zylindern aufnimmt. Die Turbine setzt sich aus zwei Teilen zusammen, und jedem Turbinenteil
werden die Abgase über den zugehörigen Abschnitt der Abgasleitung zugeführt. Einer AbgasrückumwMlzleitung werden Abgase
von einer der beiden Zylindergruppen zugeführt, damit sie zur Ansaugleitung gelangen.
Die Zylinder der einen Gruppe wechseln entsprechend der Zündfolge mit den Zylindern der anderen Gruppe ab. Bei dem Turbinenteil,
der an den betreffenden Abschnitt der Abgasleitung und die Abgasrückumwälzleitung angeschlossen ist, ist
der Durchtrittsquerschnitt eingeschränkt, wodurch der Druck
in diesem Abschnitt der Abgasleitung auf einen Wert erhöht wird, der über dem Druck in der Ansaugleitung liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden ^-
hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in einer teilweise als Schnitt gezeichneten Draufsicht eine erfindungsgemäße Brennkraftmas chi ■=>.
Bei der als Ausführungsbeispiel dargestellten Brennkraftmaschine handelt es sich um einen Druckzündungs- bzw. Dieselmotor
mit sechs Zylindern. Ss sei jedoch bemerkt, daß sich die Erfindung auch bei anderen Bauarten von Motoren sowie
bei Motoren mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Zylindern anwenden läßt. Zu dem Motor gehört eine Zylinderblock-
und Zylinderkopfanordnung 10 mit sechs Zylindern 11, 12, 13, 14, 15 und 16. Bei einem solchen Sechszylindermotor
lautet die Zündfolge der Zylinder gewöhnlich 11-15-13-16-12-14,
Zu der Anordnung 10 gehören ferner mehrere Ansaugleitungen 18,
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ORIGINA INSPECTED
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19 und 20, denen die anzusaugende Luft von einer Hauptansaugleitung
22 aus zugeführt wird. Weiterhin weist die Anordnung 10 Abgasstutzen 23 auf, welche die Abgase der Zylinder
11, 12 und 13 aufnehmen, sowie Abgasstutzen 24 zum Aufnehmen der Abgase der Zylinder 14, 15 und 16. Weiterhin gehört
zu dem Motor eine Abgasleitung nit einem Abschnitt 26, dem die Abgase von den Abgasstutzen 23 aus zugeführt werden,
sowie mit einem zweiten Abschnitt 27, der an■die Abgasstatzen
24 angeschlossen ist. Gemäß der Zeichnung sind die beiden Abschnitte oder Teile 26 und 27 der Abgasleitung voneinander
getrennt, so daß sich die Abgase der Zylinder 11, 12 und 13 in der Abgasleitung nicht mit den Abgasen der Zylinder 14,
15 und 16 mischen»
Ferner ist dem Motor eine Turbinen-Verdichter-Einheit zugeordnet,
zu der ein Verdichter 31 und eine mit ihm durch eine Welle 33 verbundene Turbine 32 gehören. Der Verdichter 31
weist ein Gehäuse 34 auf, das auf bekannte Weise ausgebildet sein kann. Das Gehäuse 34 besitzt eine zentral angeordnete,
axial gerichtete Luftansaugöffnung 36 und einen Schneckenkanal 37, dem die Luft von der Ansaugöffnurg 36 aus
zugeführt wird, und der die verdichtete Luft an einen Auslaß des Gehäuses 34 abgibt. In dem Gehäuse 34 ist ein Läufer 38
drehbar gelagert, der die angesaugte Luft von der Öffnung 36 aus zum Auslaß des Gehäuses fördert, wenn er durch die
Welle 33 angetrieben wird. In die Leitung 41 zwischen dem Auslaß des Verdichters 31 und der Ansaugleitung 22 ist vorzugsweise
ein Kühler 42 eingeschaltet, der die angesaugte Luft kühlt, bevor sie zu der Ansaugleitung gelangt. Wie im
folgenden erläutert, wird ein Teil der Abgase auch der Ansaugleitung 22 und dem Kühler 42 zugeführt, um die Temperatur
des Gemisches aus der Frischluft und den Abgasen herabzusetzen. Natürlich könnte man auch andere Einrichtungen
verwenden, um nur die Ladeluft oder nur die Abgase oder aber das Gemisch aus Luft und Abgasen zu kühlen.
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Zu der Turbine 32 gehören zwei Einlaßteile 46 und 47, die gemäß der Zeichnung zu einem einzigen Turbinengehäuse vereinigt
sind. Das Gehäuse der Turbine und der Läufer können
z.B. so ausgebildet sein, wie es in der US-PS 3 614 259 beschrieben
ist, gemäß welcher das Turbinengehäuse in zwei Schneckenkanäle 49 und 50 unterteilt ist. Dem Schneckenkanal
49 werden Abgase über den Teil 26 der Abgasleitung zugeführt, während der Schneckenkanal 50 mit dem Teil 27 der Abgasleitung
verbunden ist. Die beiden Schneckenkanäle 49 und 50 sind an Kanäle oder Düsen 51 angeschlossen, welche die Abgase
zum äußeren Rand eines Läufers 52 der Turbine 32 leiten; der Läufer 52 ist beiden Teilen der Turbine gemeinsam
zugeordnet. Die Abgase entweichen aus der Turbine über eine AustrittsÖffnung 53. Wie erwähnt, verbindet die Welle 33 den
Läufer 52 der Turbine mit dem Läufer 38 des Verdichters 31, und die Turbine dient zum Antreiben des Verdichters während
des Betriebs des Motors.
Zu dem erfindungsgemäßen Motor gehört ferner eine Abgasrückumwälzleitung
56, die Abgase aus dem Teil 26 der Abgasleitung der Leitung 41 zuführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
führt die Leitung 56 vom Auslaß des Teils 26 der Abgasleitung zu der Leitung 41 zwischen dem Verdichter
31 und dem Kühler 42, so daß sich die Abgase aus dem Teil der Abgasleitung mit der von dem Verdichter 31 abgegebenen
Frischluft mischen und das Gemisch aus Abgasen und Frischluft durch den Kühler 42 strömt, wo das Gemisch gekühlt wird,
woraufhin das Gemisch zur Ansaugleitung 22 strömt, um dann gleichmäßig auf die Ansaugstutzen der öechs Zylinder verteilt
zu werden.
In die Leitung 56 ist vorzugsweise ein Ventil 57 eingeschaltet,
so daß sich die Abgasrückumwälzleitung nach Bedarf öffnen oder schließen läßt. Das Ventil 57 kann benutzt werden,
um die Abgasrückumwälzleitung 56 zu schließen, damit der Läufer des Turboladers beschleunigt wird, und man kann das
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Ventil ferner dazu benutzen, die Menge der umzuwälzenden
Abgase zu regeln bzw. einzustellen. Außerdem kann in die Leitung 56 eine Düse oder Drossel 58 eingeschaltet sein,
um die Menge der umgewälzten Abgase zu regeln.
Ferner hat der Turbinenteil 46 einen kleineren Gasdurchtrittsquerschnitt
als der Teil 47, so daß der Druck in dem Teil 26 der Abgasleitung höher ist als der Druck in dem Teil
Außerdem ist der Durchtrittsquerschnitts des Turbinenteils
46 so gewählt, daß der Druck in dem Abgasleitungsteil 26
höher ist als der Druck in der vom Auslaß des Verdichters 31 ausgehenden Leitung 41. Da in dem Abgasleitungsteil 26
ein höherer Druck herrscht, strömen die Abgase von dem Abgasleitungsteil
26 aus durch die Rückumwälzleitung 56 und die Leitung 41. Zwar führt dieser höhere Druck dazu, daß
bei den drei Abgasrückumwälz-Pumpzylindern 11, 12 und 13
höhere Pumpenergieverluste auftreten als bei den Zylindern 14, 15 und 16, doch wird dieser erhöhte Energieverlust durch
die Arbeitsleistung der Turbine 32 mindestens teilweise ausgeglichen.
Wie erwähnt, führt der kleinere Durchtrittsquerschnitts des
Turbinenteils 46 dazu, daß in dem Teil 26 der Abgasleitung ein höherer Druck herrscht als in dem Teil 27. Um bei dem
Abgasleitungsteil 26 einen kleineren Durchtrittsquerschnitt
vorzusehen, kann man die Turbinendüsen 51 entsprechend ausbilden oder den Durchtrittsquerschnitt des Schneckenkanals
49 in der anhand der Zeichnung beschriebenen Weise verkleinern. Anstelle der dargestellten Turbine mit radialer Einströmung
könnte man natürlich auch Turbinen mit gemischter Einströmung oder axialer Einströmung verwenden, wobei es lediglich erforderlich
ist, das Eintrittsgehäuse und die Düsenanordnungen in zwei Teile zu unterteilen, die sich bezüglich ihres Durchtritts
querschnitts unterscheiden.
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Ein Verbrennungsmotor mit einer Turbinen-Verdichter-Einheit
der vorstehend beschriebenen Art, die zu einer Abgasrückumwälzeinrichtung gehört, bietet verschiedene Vorteile.
Die von den Abgasrückumwälz-Pumpzylindern 11, 12 und 13 kommenden Abgase werden gleichmäßig auf die Ansaugstutzen
18, 19 und 20 aller sechs Zylinder verteilt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die die eine Gruppe bildenden Zylinder
11, 12 und 13 innerhalb der Zündfolge des Motors mit den die andere Gruppe bildenden Zylindern 14, 15 und 16 abwechseln.
Daher strömen Abgase während jedes Arbeitsspiels des Motors in regelmäßigen Abständen stoßweise durch die Rückumwälzleitung
56. Da der Turbinengehäuseteil 46, der mit
den Abgasrückumwälz-Pumpzylindern verbunden ist, einen kleineren Durchtrittsquerschnitt hat, ist der Druck in dem
zur Abgasrückumwälzung verwendeten Abgasleitungsteil 26
höher als in der Leitung 41, so daß die Abgase zu der Leitung 41 strömen und sich mit der zugeführten Frischluft
mischen. Wegen des höheren Drucks in dem Abgasleitungsteil 26 ist es möglich, eine mit einem höheren Wirkungsgrad arVaitende
Turbinen-Verdichter-Einheit zu verwenden. Zwar hpvrscht
in dem zur Abgasrückumwälzung dienenden Abgasleitungsteil
26 ein höherer Druck, so daß bei den zur Rückumwälzung von Abgas dienenden Purap zylindern größere Pumpenergieverluste
auftreten, doch wird dieser erhöhte Verlust an Pumpenergie mindestens teilweise durch die Lejstungsausbeute der Turbine
32 ausgeglichen.
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Leerseite
Claims (7)
- ANSPRÜCHEBrennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, einer Ansaugleitung zum Zuführen von Luft zu den Zylindern sowie einer Abgasleitung zum Aufnehmen der von den Zylindern abgegebenen Abgase, dadurch gekennzeichnet , daß die Abgasleitung in einen ersten Teil (26) und einen zweiten Teil (27) unterteilt ist, daß der erste Teil der Abgasleitung dazu dient, die Abgase aufzunehmen, die von einem Satz von Abgasrückumwälz-Purapzylindern (11, 12, 13) abgegeben werden, daß der zweite Teil der Abgasleitung dazu dient, die Abgase aufzunehmen, die von dem verbleibenden Satz von Zylindern (14, 15, 16) abgegeben v/erden, daß eine Abgasrückumwälzleitung (56) vorhanden ist, die dazu dient, Abgase von dem ersten Teil der Abgasleitung aus zu der Ansaugleitung (22) zu leiten, daß eine Turbinen-Verdichter-Einheit vorhanden ist, zu der ein Verdichter (31) gehö -, mittels dessen der Ansaugleitung Luft zugeführt wirr", sowie eine Turbine (32), die in einen ersten Teil (46) und einen zweiten Teil (47) unterteilt ist, daß der erste Turbinenteil dazu dient, Abgase aus dem ersten Teil der Abgas"^itung aufzunehmen, daß der zweite Turbinenteil Abgase aus dem zweiten Teil der Abgasleitung aufnimmt, und daß der Durchtrittsquerschnitt des ersten Turbinenteils so gewählt ist, daß in dem ersten Teil der Abgasleitung ein höherer Druck herrscht als in der Ansaugleitung.
- 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenkanal (49) des ersten Turbinenteils (46) einen kleineren Durchtrittsquerschnitt hat als der Schneckenteil des zweiten Turbinenteils (47).909826/092?ORIGINAL INSPECTED51 68328üb687
- 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abgasrückumwälzleitung (56) mindestens eine Einrichtung (57, 58) zum Drosseln des Durchflusses eingeschaltet ist.
- k. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu den genannten Drosseleinrichtungen eine Düse oder Blende (58) gehört.
- 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu den genannten Drosseleinrichtungen ein Ventil (57) gehört.
- 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückumwälz-Pumpzylinder (11, 12, 13) rles ersten Satzes mit den Zylindern (14, 15, 16) des zweiten Satzes innerhalb der Zündfolge der Brennkraftmaschine abwechseln.
- 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den den ersten Satz von Zylindern bildenden Abgas rückumwälz-Pumpzylindern (11, 12, 13) die Zündung innerhalb eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine in allgemein gleichmäßigen Zeitabständen herbeigeführt wird.9 Ό 9828/0927 ORiGINAL INSPECTED
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