DE3910928A1 - Verfahren zum betrieb eines schnellaufenden hochaufgeladenen dieselmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines schnellaufenden hochaufgeladenen Dieselmotors nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 37 37 743.4).

Bei dem Verfahren nach der Voranmeldung wird eine plötzliche Mehrbelastung des Dieselmotors ermittelt, insbesondere durch Messung des Drucks der Ladeluft, der kleiner werden kann als der Abgasdruck. Bei einem Druck, der bei einer vorgegebenen Brenn­ stoffmenge keine ausreichende Verbrennung gewährleistet, wird von einer fremden Druckluftquelle dem Ansaugteil des Dieselmotors Druckluft zugeführt, die den plötzlichen Luftmangel infolge der Mehrbelastung kompensiert. Die Druckerhöhung bewirkt, daß Rauchgase während der Überschneidung der Öffnungs­ zeiten von Einlaß- und Auslaßventil nicht in den Einlaß­ kanal zurückschlagen und diesen verschmutzen. Die Folge ist außerdem eine bessere, im günstigsten Fall stöchiome­ trische Verbrennung, so daß auch im Brennraum unerwünschte Ablagerungen nicht entstehen.

Insbesondere wird eine unvollständige Verbrennung beim Wechsel von Schwachlast zu deutlicher Mehrbelastung verur­ sacht, wodurch Einlaßkanal und Brennraum des Dieselmotors verunreinigt werden. Neben der Umweltbelastung tritt der Nachteil einer zeitlich verzögerten Anpassung der Antriebs­ leistung an die Lastanforderung. Besonders nachteilig ist ferner, daß die Wartungsabstände durch die beschriebene Erscheinung stark verkürzt sind. Dies ist bei militärischen Schiffen, von denen eine maximale Einsatzbereitschaft ver­ langt wird, besonders nachteilig. Durch die beschriebene Zufuhr von Fremdluft während des plötzlichen Wechsels von Schwachlast zu merklich höherer Belastung werden die be­ schriebenen Nachteile verhindert. Es wird dafür gesorgt, daß die Spülluft kein negatives Gefälle aufweist und Rauch­ gase nicht in den Einlaßkanal zurückströmen.

In der Voranmeldung wird auch beschrieben, die Fremdlade­ luft über eine Lavaldüse in die Luftsammelleitung einzu­ führen. Die Verwendung eines deratigen Schleppstrahlers hat zur Folge, daß in Strömungsrichtung vor diesem ein Unterdruck erzeugt wird, der sich bei vorgeschaltetem Tur­ bolader positiv auswirkt. Hierdurch ist der Turbolader schon zu einem früheren Zeitpunkt in der Lage, für eine Aufladung zu sorgen als dies ohne eine derartige Vorkeh­ rung der Fall wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines schnellaufenden hochaufgeladenen Diesel­ motors, insbesondere von Schiffsdieselmotoren mit wech­ selnder Lastaufnahme, anzugeben, mit dem Verschmutzungen des Einlaßkanals durch Zurückschlagen der Abgase und das Entstehen von erhöhten Ablagerungen von unvollständigen Verbrennungsprodukten im Bereich des Brennraums verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichnungs­ teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Fremdluft vor dem Turbolader mit Hilfe einer Schleppdüse in die Abgas­ sammelleitung eingeleitet. Auf diese Weise werden die Ab­ gase aus der Sammelleitung abgesaugt, da vor der Schlepp­ düse ein leichter Unterdruck entsteht. Der Turbolader wird dadurch zeitlich früher mit einer erhöhten Geschwindigkeit und erhöhtem Druck mit einer Mischung aus Abgas und Druck­ luft angeströmt. Wird der Dieselmotor plötzlich höher belastet, so daß mehr Brennstoff verbrannt werden muß, entsteht ein kurzzeitiger Verbrennungsluftmangel. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Zeitraum des Luft­ mangels auf ein Mindestmaß verringert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Treibluft einer externen Druckluftquelle entnommen werden, vorzugs­ weise einem Druckluftanlaßsystem, das üblicherweise vor­ handen ist.

Die mit der Erfindung erzieltbaren Vorteile liegen auf der Hand. Sie ermöglicht eine verbesserte Verbrennung, ein schnelleres Hochfahren des Dieselmotors, eine geringere Umweltbelastung durch Ruß sowie einen verringerten Brenn­ stoffverbrauch durch bessere Verbrennung. Ferner wird ein niedrigererr Verschleiß erzielt, und die Betriebskosten werden erniedrigt bei gleichzeitig größeren Standzeiten zwischen den Wartungsintervallen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus mit dem Verfahren nach der Voranmeldung kombiniert werden, bei dem Fremdladeluft in die Einlaßsammelleitung bzw. unmittelbar den Zylindern zugeführt wird.

Die technischen Vorkehrungen zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sind denkbar einfach. Die Schlepp­ düse kann in einem Zwischenstück untergebracht werden, das in die Abgassammelleitung eingefügt wird. Somit können alle Fabrikate mittels eines Bausatzes mit einfachen Mit­ teln nachgerüstet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Dieselmotor und eine Luft­ erzeugungsanlage für die Fremdlufteinblasung.

Fig. 2 zeigt schematisch das Einblasen von Luft in die Ab­ gassammelleitung des Dieselmotors nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Dieselmotor 10 gezeigt, der einen Pro­ peller 11 antreibt. Ein Abgasturbolader 12 ist mit der Abgassammelleitung 13 verbunden. Der Lüfterausgang ist mit der Einlaßluftsammelleitung 14 verbunden. Eine allgemein mit 15 bezeichnete Lufterzeugungsanlage weist einen Ver­ dichter 16 auf, der über im einzelnen nicht bezeichnete Ventile Druckluftspeicherbehälter 17, 18 versorgt; die Speicherbehälter 17, 18 stehen unter einem verhältnismäßig hohen Luftdruck. Mit den Speicherbehältern 17, 18 verbun­ dene Ausgangsleitungen 19 gehen zum Zwecke der eventuellen Notentleerung über das Hauptdeck 20. Zwei weitere Ausgangs­ leitungen 21, 22 von dem Speicherbehälter 17 bzw. 18 sind mit einer Aufladesammelleitung 23 verbunden, in der eine Druckreduzierstation 24 angeordnet ist. In der Druckredu­ zierstation 24 wird zum Beispiel ein Druck von 30, 50 oder 230 bar auf 2 bar reduziert. In der Ladeluftleitung 23 ist ein Absperrventil 25 sowie ein Regelventil 26 angeordnet. Sie führt schließlich zu einem Ort 27 in der Einlaßluft­ sammelleitung 14 an dem ein beidendig mit Flanschen ver­ sehenes Rohrstück angeordnet ist, in dem eine Ringdüse koaxial angeordnet ist. In Strömungsrichtung ist der Ring­ düse eine Lavaldüse nachgeordnet. In Strömungsrichtung vor dem Rohrstück ist der Turbolader angeordnet.

In Fig. 1 ist ferner eine Brennstoffpumpe 40 dargestellt, die die einzelnen Zylinder des Dieselmotors 10 nach Maß­ gabe der Stellung des Handhebels 41 mit Brennstoff ver­ sorgt. Über eine Leitung 42 wird von der Brennstoffpumpe 40 ein Signal abgeleitet, das der geförderten Brennstoff­ menge proportional ist. Dieses Signal könnte auch vom Handhebel 41 abgeleitet werden. Die Leitung 42 ist mit einem elektronischen Steuergerät 43 verbunden, dessen Aus­ gang über eine Steuerleitung 44 mit dem Steuereingang des Regelventils 26 verbunden ist. Über einen Steuereingang 45 wird ein der Drehzahl des Propellers 11 proportionales Signal auf die Steuervorrichtung 43 gegeben.

In der Abgassammelleitung 13 vor dem Turbolader 12 ist eine Schleppdüsenanordnung 70 angeordnet, die in Fig. 2 näher dargestellt ist. Sie weist ein Rohrstück 71 auf mit Flanschen an den Enden, in denen eine Ringdüse 72 koaxial angeordnet ist. In Strömungsrichtung ist der Ringdüse 72 eine Lavaldüse 73 nachgeordnet. Eine Abzweigleitung 75 ist mit der Aufladesammelleitung 23 verbunden. In der Abzweig­ leitung 25 ist ein Regelventil 76 angeordnet. Der Steuer­ eingang des Regelventils 76 ist mit der Steuerleitung 74 verbunden.

Die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt. Wird im Schwachlastbetrieb des Dieselmotors 10 (etwa von 0 bis 25% der Nennleistung) eine plötzliche Mehrbelastung gefordert, beispielsweise durch Betätigung des Brennstoffzufuhrhebels 41, liefert die Brennstoffpumpe 40 entsprechend größere Brennstoffmenge, die in die einzel­ nen Zylinder des Dieselmotors 10 eingespritzt wird. Der Dieselmotor 10 ist jedoch nicht in der Lage augenblicklich eine der Brennstoffmenge entsprechende Luftmenge bereit­ zustellen. Die Steuervorrichtung 43 erzeugt nun nach Maß­ gabe der an den Eingängen 42 und 45 anstehenden Signale ein Steuersignal für das Regelventil, das beispielsweise ein Magnetventil ist. Zusätzlich zu der von den Zylindern angesaugten Luftmenge wird Fremdluft in die Einlaßsammel­ leitung 14 eingegeben. Sie sorgt dafür, daß der Druck in der Sammelleitung 14 stets oberhalb des Abgasdruckes ist, damit während der Überschneidung der Öffnungsphasen von Einlaß- und Auslaßventil kein negatives Spülluftgefälle und damit kein Rückströmen von Rauchgasen in den Einlaß­ kanal erfolgt. Die Zufuhr der Fremdluft wird jedoch in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors gesteuert, so daß eine leistungsadäquate Beladung der Zylinder stattfindet. Die Fremdluftzufuhr bleibt so lange anstehen, bis der Dieselmotor 10 bzw. der Turbolader 12 eine ausreichende eigene Luftförderung aufbaut.

Wie bereits erwähnt, wird die Fremdluft über die Anordnung aus Ringdüse und Lavaldüse in den Einlaßkanal 14 einge­ tragen. Dadurch kommt es zu einem Unterdruck stromaufwärts von der Ringdüse 31, der sich günstig auf den Betrieb des Turboladers 12 auswirkt. Die entstehende Sogwirkung unter­ stützt die Abgasturbine des Turboladers im Schwachlast­ betrieb.

Da die Steuervorrichtung 43 elektronisch arbeitet, ist es möglich, gewünschte Kennlinien zu programmieren, so daß beispielsweise bei bestimmten Werten für die Drehzahl die Größe des Steuersignals für das Regelventil 26 ausgerech­ net werden kann.

Alternativ oder zusätzlich zu dem beschriebenen Verfahren wird Druckluft über das Regelventil 76 in die Abgasleitung 13 eingeführt. Dadurch entsteht ein leichter Unterdruck, und der Turbolader 12 wird zeitlich früher mit einer er­ höhten Geschwindigkeit und erhöhtem Druck mit einer Mi­ schung aus Abgas und Druckluft angeströmt.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betrieb eines schnellaufenden hochaufge­ ladenen Dieselmotors, insbesondere von Schiffsdiesel­ motoren mit wechselnder Lastaufnahme, bei dem im Schwachlastbetrieb bei einer plötzlichen Mehrbelastung vorübergehend kurzzeitig Fremdladeluft aus einer frem­ den Druckluftquelle mit Hilfe einer Schleppdüse zuge­ führt wird, bis der Druck der Ladeluft größer ist als der Abgasdruck bzw. einen vorgegebenen Wert erreicht hat, nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 37 37 743.4), dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdluft vor dem Turbo­ lader in die Abgassammelleitung eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibluft für die Schleppdüse einer externen Druck­ luftquelle, vorzugsweise einem Drucklufteinlaßsystem, entnommen wird.