DE3126678A1

DE3126678A1 - Aufgeladene, starken lastschwankungen unterworfene brennkraftmaschine sowie verfahren zum betrieb derselben

Info

Publication number: DE3126678A1
Application number: DE19813126678
Authority: DE
Inventors: Gernot Dipl.-Ing. 8901 Diedorf-Hausen Athenstaedt; Eduard 8900 Augsburg Knappich
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1981-07-07
Publication date: 1983-01-27

Description

Aufgeladene, starken Lastschwankungen unterworfene
Brennkraftmaschine sowie Verfahren zum Betrieb derselben Die Erfindung betrifft eine aufgeladene, starken Lastschwankungen unterworfene Brennkraftmaschine mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 6.
Es ist bekannt, daß abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschinen insbesondere aus dem unteren Teillastbereich heraus in höhere Lastbereiche für den Fall, daß keine speziellen Hilfsmittel vorgesehen sind, relativ träge reagieren, letzteres deshalb, weil dem bei der Beschleunigung erforderlichen erhöhten Luftbedarf der Brennkraftmaschine durch den Abgasturbolader infolge eines zunSchst nicht vorhandenen und nur langsam zunehmenden Abgasenergieangebotes nicht hinreichend schnell Rechnung getragen werden kann Um das neschleunigungsverhalten eines aufgeladenen Motors zu verbessern, wurden bisher schon verschiedene Hilfs einrichtungen vorgeschlagen, wie ein Hilfsgebläse zur Förderung von Zusatzluft, ein Zusatzantrieb für den Turbolader oder verstellbare Leitapparate und dergleichen. Derartige Zusatzaggregate erfordern jedoch einerseits einen gewissen Raum an der Brennkraftmaschine und verursachen andererseits zum Teil erhebliche Kosten Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszubilden sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben anzugeben, wodurch deren Beschleunigungsverhalten wirksam und auf einfache Weise verbesserbar ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Einrichtung entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Beim Beschleunigen des aufgeladenen Motors kann während dieser Phase in die Abgassammelleitung aufgrund der erfindungsgemaßen Einrichtung Wasser zeitlich begrenzt eingespritzt werden. Durch rasches Verdampfen des eingespritzten Wassers steigt der Abgasdruck und damit auch das Energieangebot an der Turbine des Abgasturboladers infolge der Erhöhung des Massenstromes; gleichzeitig fällt die Abgastemperatur ab. Die für die Verdampfung des Wassers nötige Wärme wird im wesentlichen den Wänden der Abgasleitung entzogen. Infolge der Erhöhung des Energieangebotes an der Turbine des Abgasturboladers erhöht sich auch dessen Leistung auf Verdichterseite, mit der Folge einer höheren Ladeluftförderung, so daß infolge des relativ rasch anfallenden höheren Luftangebotes auch eine rasche Beschleunigung der Maschine sichergestellt ist. Neben dem Effekt einer Beschleunigungshilfe treten durch das in die Abgassammelleitung eingespritzte Wasser auch noch weitere vorteilhafte Effekte auf, die den Betrieb der Brennkraftmaschine insgesamt gesehen positiv beeinflussen.
So wird beispielsweise die Abgasturbine durch das Wasser von Verbrennungsrückständen gereinigt; außerdem er- niedrigt sich durch den entstehenden Wasserdampf der Schadstoffanteil in den ins Freie gelangenden Abgasen Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten aufgeladenen Brennkraftmaschine näher erläutert.
In der zeichnung ist mit 1 eine aufgeladene, starken Lastschwankungen unterworfene, beispielsweise als Schiffshilfsantrieb vorgesehene Brennkraftmaschine, mit 2 deren Abgasturbolader, mit 3 die Turbine und mit 4 der Verdichter des Abgasturboladers 2, mit 5 die Abgassammelleitung und mit 6 die Ladeluftleitung bezeichnet, von welch letzterer die einzelnen Zvlinder der Brennkraftmaschine mit Ladeluft versorgbar sind. In die Ladeluftleitung 6 ist ein Ladeiuftkühler 7 eingeschaltet Mit 8 ist eine Kühlwasserpumpe und mit 9 eine Kühlwasserleitung im Kühlwasserkreis für den Ladeluftkühler 7 bezeichnet, hrend eine Pumpe 10 sowie eine Leitung 11 einem anderen Wasserkreislauf zugeordnet sind Außerdem ist dieser vorbeschriebenen Brennkraftmaschine eine Einrichtung zum Einführen von Wasser in die Abgassammelleitung 5 in Strömungsrichtung vor der Turbine 3 des Abgasturboladers 2 zugeordnet.
Erfindungsgemäß weist die besagte Binrichtung, die in der Zeichnung insgesamt durch einen Pfeil 12 angezogen ist, lastabhängig steuerbare Mittel auf, mit denen das aus einem der beiden Wasserkreisläufe entnehmbare Wasser zeitlich begrenzt während einer Beschleunigungsphase der Maschine zur Verbesserung von deren Beschleum nigungsverhalten in die Abgassammelleitung 5 einspritzbar ist.
Als Teil der Einrichtung 12 ist eine Einspritzdüse 13 vorgesehen, die zur Einspritzung des Wassers in die Abgassammelleitung 5 dient und vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise an der von der Turbine 3 entferntesten Stelle der Abgassammelleitung 5 an dieser befestigt ist.
Die Einspritzdüse 13 ist an eine von einem der Wasserkreisläufe abzweigende Zufuhrleitung 14 bzw. 15 angeschlossen. Vor der Einspritzdüse 13 ist in die Zufuhrleitung 14 bzw. 15 ein Ventil 16 eingeschaltet, das zur gesteuerten Freigabe oder Absperrung der Wasserzufuhr dient. Dieses Ventil 16 ist durch beliebige, mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuerte Mittel betätigbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 16 als Magnetventil ausgebildet, dem eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 17 sowie ein die öffnungsdauer begrenzender Zeitschalter 18 zugeordnet ist. Dieser Zeitschalter 18 kann beliebiger Art, 415o mechanisch, elektrisch oder elektronisch arbeitender Natur sein und eine öffnung des Magnetventils über einen festen Zeitraum oder einen variablen Zeitraum ermöglichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Zeitschalter 18 an das nur schematisch angedeutete, die Brennstoffzufuhr steuernde Füllungsgestänge 19 der Maschine angekoppelt und über dieses auslösbar. Das Ventil 16 ist mithin beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Kombination von mechanisch und elektrisch gesteuerten Mitteln betätigbar.
Die Einrichtung 12 ermöglicht erfindungsgemäß folgendes Verfahren zum Betrieb der aufgeladenen Brennkraftmaschine, nämlich dergestalt, daß während jeder Beschleunigungsphase der Maschine zur Verbesserung von deren Beschleunigungsverhalten aus einem der Wasserkreise entnommenes Wasser zeitlich begrenzt in die Abgassammelleitung 5, in Strömungsrichtung vor der Turbine 3 des Abgasturboladers 2 einspritzbar ist Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Vorgang durch Verschiebung des Füllungsgestänges 19 in Richtung größerer Brennstoffmenge auslösbar wobei der Zeitschalter 18 in Gang gesetzt und das Ventil 16 geöffnet wird Das Ventil 16 schließt nach Beendigung eines Beschleunigungsvorganges bzw nach Ablauf der im Zeitschalter eingestellten Zeitdauer wieder so daß dann die Wasserzufuhr zur Abgassammelleitung 5 wieder unterbrochen ist Versuche mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 12 haben gezeigt, daß bei deren Verwendung und bei einer optimierten Wassereinspritzung in die Abgassammelleitung 5 eine kurzzeitige Anhebung des Ladedruckes und damit des Energieangebotes an der Turbine 3 des Abgasturboladers 2 um bis zu 50 e gegenüber herkömmlichen Aufladeeinrichtungen an Brennkraftmaschinen möglich ist L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1. Aufgeladene, starken Lastschwankungen unterworfene Brennkraftmaschine, die vom Verdichter eines Abgasturboladers über eine Ladeluftleitung, in die ein Ladeluftkühler eingeschaltet ist, mit Ladeluft versorgbar ist und deren Abgase über eine Abgassamnelleitung der Turbine des Abgasturboladers zuführbar sind, mit wasserführenden Leitungen und mit einer Einrichtung zum Zuführen von Wasser in die Abgassammelleitung in Strömungsrichtung vor der Turbine des Abgasturboladers, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Einrichtung e 13, 16, 17, 18) lastabhängig steuerbare Mittel (16, 17, 18) aufweist, mit denen das aus den wasserführenden Leitungen (9, 11) entnehmbare Wasser zeitlich begrenzt während einer Beschleunigungsphase der Maschine (1) zur Verbesserung von deren Beschleunigungsverhalten in die Abgassimelleitung (5) einspritzbar ist 2. Brennkraftmaschine nach Anopruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einspritzung des Wassers in die Abgassammelleitung (5) eine Einspritzdüse (13) vorgesehen ist, , die an eine vom Ladeluftkühlwasserkreis (8, 9) oder einem anderen Wasserkreis (10, 111) abzweigende Zufuhrleitung (14 bzw 15) angeschlossen ist, in die ein Ventil 16 ) zur gesteuerten Freigabe oder Absperrung der Wasserzufuhr eingeschaltet ist.
3 . Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Ventil (16) durch mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuerte Mittel oder Kombinationen derselben bebetätigbar ist
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Ventil (16) als Magnetventil ausgebildet und diesem eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (17) sowie ein die Offnungsdauer begrenzender Zeitschalter (18) zugeordnet ist, der wiederum bei jeder Beschleunigungsphase der Maschine (1) durch diesen Vorgang initierende Mittel (19) in Gang setzbar ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschalter (18) an das die Brennstoffmengenzufuhr beeinflussende Füllungsgestänge (19) der Maschine (1) angekoppelt und über dieses auslösbar ist.
6. Verfahren zum Betrieb einer aufgeladenen, starken Lastschwankungen unterworfenen Brennkraftmaschine, die vom Verdichter eines Abgasturboladers über eine Ladeluftleitung mit Ladeluft versorgbar ist und deren Abgase über eine Abgassammelleitung der Turbine des Abgasturboladers zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß während jeder Beschleunigungsphase der Maschine (1) zur Verbesserung von deren Beschleunigungsverhalten aus wasserführenden Leitungen entnommenes Wasser zeitlich begrenzt in die Abgassammelleitung (5) in Strömungsrichtung vor der Turbine (33 des Abgasturboladers (2) eingespritzt wird.