DE815419C

DE815419C - Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine mit Aufladung durch ein Abgasturbogeblaese

Info

Publication number: DE815419C
Application number: DEM1300A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr-Ing Zinner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1950-01-04
Filing date: 1950-01-04
Publication date: 1951-10-01

Description

Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine mit Aufladung durch ein Abgasturbogebläse

Die Ertindting betrifft eine Brennkraftmaschine,

insbesondere Dieselmaschine mit Aufladung durch

cin :@bgasturliogeblä#e. Es ist bekannt, bei Brenn-

kraftmaschiiien mit A1iga#turhinenaufladung unter-

teilte Auspuffleitungen mit verhältnismäßig kleinem

Durchmesser zu verwenden, die zu getrennten

Düsenkammern der Abgasturbine geführt werden.

Der Querschnitt der Auspuffleitung und der Quer-

schnitt des Eintrittsleitapparates an der Turbine

sind in der Regel so bemessen, daß eine wesentliche

Reflexion (positiv oder negativ) des Auspuffstoßes

an der Turbine nicht stattfindet. Der stark schwan-

kende Druckverlauf in der Auspuffleitung hat eine

Reibe von bekannten 1Virkungen zur Folge. Für die

Spülung des Verhrennungsraumes steht eingrößeres

Druckgefälle zur Verfügung, als bei unveränder-

lichem Druck in der Auspuffleitung vorhanden

n würde. Pei hoiiein Druck strömt eine größere j

Albgasmenge durch die Turbine als bei niedrigem. Das tatsächlich in der Turbine verarbeitete Druck-und damit auch `'Wärmegefälle ist damit wesentlich größer, als es bei konstantem Druck vor der Turbine wäre. Die bereits im Auslaßventil erzeugte Geschwindigkeitsenergie wird teilweise in der Turbine mit verwertet, und schließlich haben die stark veränderlichen Drücke vor der Turbine stark veränderliche Austrittsgeschwindigkeiten des Gases aus dem Turbinenleitapparat zur Folge.

Während die ersten drei der genannten Wirkungen eine Erhöhung der Maschinenleistung bzw. des scheinbaren Wirkungsgrades der Turbinengruppe zur Folge haben, setzt die letztgenannte Wirkung, nämlich die stark veränderlichen Austrittsgeschwindigkeiten der Abgase aus dem Turbinenleitapparat, den wirklichen Turbinenwirkungsgrad nicht unerlieblich herab. Es hat sich nun gezeigt, daß bei höheren mittleren Drücken vor der Turbine, beispielsweise bei 1,2 atü, durch die Druckschwankungen keine wesentliche Erhöhung des scheinbaren Turbinenwirkungsgrades mehr eintritt und die nacht; ilige Wirkung der stark veränderlichen Gasaustrittsgeschwindigkeiten überwiegt.
Aus diesem Grunde wird gemäß der Erfindung bewußt auf die Ausnutzung der Druckspitzen und der Geschwindigkeitsenergie der Auspuffgase in der Turbine verzichtet und zwischen den Auspuffleitungen und der Turbine ein Abgasaufnehmer eingeschaltet. Dieser Aufnehmer bietet nämlich nicht nur in Richtung der Turbine (gleichmäßiger Beaufschlagung), sondern auch in Richtung auf die Brennkraftzylinder wesentliche Vorteile.
Eine durch eine Rohrleitung laufende Druckwelle wird an einem offenen Ende, das ist z. B. auch ein Aufnehmer, negativ reflektiert, d. h. es läuft eine Unterdruckwelle in die Leitung zurück. Wenn man nun bei Einschaltung eines Aufnehmers unmittelbar vor der Turbine am zylinderseitigen Ende der Leitungen während des Ausschubvorganges und der Spülperiode einen Unterdruck relativ zum Aufnehmer aufrechterhält, kann, wie beim bekannten Verfahren ohne Aufnehmer, das Spülgefälle bedeutend vergrößert werden, ohne daß auf dem mit konstantem Druck vor der Turbine erreichbaren besten Turbinenwirkungsgrad verzichtet zu werden braucht. Wenn die Auspuffleitung so bemessen ist, daß die Unterdruckwelle während des Ausschubvorganges am Zylinder ankommt, dann wird im wesentlichün die Ausschubarbeit verkleinert und damit der Brennstoffverbrauch erniedrigt, wenn sie während der Spülperiode ankommt, wird im wesentlichen der Luftdurchsatz und damit die Leistung erhöht. Die Reflexionswirkung wird noch erheblich verstärkt, wenn man an der Einmündung der Auspuffleitung in den Aufnehmer einen Diffusor anordnet. Es kann jedoch sein, daß insbesondere bei Maschinen mit verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen die erforderliche Länge der Auspuffleitungen so lang sein muß, z. B. io m und mehr, daß sie für den praktischen Gebrauch nicht verwendet werden kann. Dann werden in Weiterausbildung der Erfindung zweckmäßig unmittelbar an der Einmündung der Auspuffleitungen in den Aufnehmer Rückschlagorgane, z. B. Klappen oder Ventile, oder sogenannte Rückströmdrosseln angeordnet, die eine Auffüllung des durch die Reflexion entstehenden Unterdruckes in der Auspuffleitung vom Aufnehmer aus verhindern. Man kann #danti insbesondere bei langsam laufenden Maschinen mit wesentlich kürzeren Auspuffleitungen auskommen und doch den Vorteil einer Verbesserung des spezifischen Brennstoffverbrauches bzw. einer Leistungserhöhung ausnutzen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Abgasturbinenanlagen bei Brenmkraftmaschinen entsprechend der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Brenn;kraftmaschine mit einer Abgasturbinenanlage teilweise im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Aufnehmer mit eingebauten Rückschlagventilen, Fig. 3 eine Ansicht eines Aufnehmers mit vorgeschalteten Rückströtndrosseln und Fig.4 eine Draufsicht auf den Aufnehmer nach Fig. 3 in Richtung des Pfeiles _-1.
Bei der Anlage nach der Fig. i führen zwei Auspuffleitungen i und 2, in denen jeweils die Auspuffgase von drei Brerinkraftzylindern zusammengefaßt sind, Tiber die Diffusoren 3 und 4 in den Aufnehmer 5. Von diesem strömen dieAuspuffga.se mit gleichem Druck durch zwei kurze Leitungen 6 und 7 zum Turbinenrad 8 und verlassen nach dessen Beaufschlagung das Turbinengehäuseg durch den Stutzen io. Auf der Turbinenwelle i i ist ein Gebläserad 12 angeordnet, das Verbrennungsluft oder ein Gas-Luft-Gemisch absaugt und über die Leitungen 13 zur Brennkraftmaschine 14 drückt. Die negativen Druckwellen entstehen an den Diffusorenden bei der Einmündung in den Aufnehmer. Die Zusammenfassung der einzelnen Brennkraftzylinderauspuffleitungen zu einer gemeinsamen Ableitung erfolgt stets in der Weise, daß sich sowohl die einzelnen Druckwellen als auch die rücklaufenden Unterdruckwellen nicht gegenseitig stören, sondern sich vielmehr unterstützen.
In der Fig.2 sind bei der Einmündung der Diffusoren 3 und 4 in den Aufnehmer 5 Rückschlagventile 15 und 16 in Gestalt von sogenannten Plattenventilen angeordnet, die bei Unterdruck in den Auspuffleitungen i und 2 eine Auffüllung der Auspuffleitungen vom Behälter 5 aus verhindern. An Stelle der Plattenventile 15 und 16 können natürlich auch irgendwelche anderen Rückschlagventile Verwendung finden.
In den Fig. 3 und 4 ist ein Behälter 5 in Ansicht dargestellt, bei dem Rückströmdrosseln 17 und 18 vor dem Behälter 5 angeordnet sind. Die Auspuffgase treten aus den Leitungen i und 2 axial in die Drossel 17 und 18 ein und verlassen diese in tangentialer Richtung durch die Leitungen i9 und 20 (s. auch Fig. 4).

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine mit Aufladung durch ein Abgasturbogebläse, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Abgasturbine (8, 9) ein Aufnehmer (5) in die Auspuffleitungen (1, 2) eingeschaltet ist, der so bemessen ist, daß die durch die Auspuffstöße erzeugten Überdruckwellen als Unterdruckwellen in die Auspuffleitungen (1, 2) reflektiert werden. z. Brenekraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Auspuffleitungen (1, 2) derart gewählt ist, daß die reflektierte Unterdruckwelle etwa während der größten Geschwindigkeit des ausschiebenden Kolbens am betreffenden Zylinder ankommt, wodurch eine Verminderung der Ausschubarbeit des Kolbens und eine Verbesserung des spezifischen Brennstoffverbrauches eintreten. 3. Brenmkraftmaschitie nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Auspuffleitungen (1, 2) derart gewählt ist, daß die reflektierte Unterdruckwelle etwa am Ende des AUSschubhuhes an dem betreffenden Zylinder ankommt, wodurch die Abgasentfernung aus denn Zylinder unterstützt wird und infolge des erlt<iliten Luftdurchsatzes eine höhere Leistung der ßrennkraftmaschine erreicht werden kann. . lireiinkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Auspuffleitungen (i und 2) bei ihrem Eintritt in den Aufnehmer (5) Diffusoren (3 und 4) angeordnet sind. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einmündung der Auspuftleitungen in den Aufnehmer Rückschlagorgane (i 5, 16), z. B. Ventile oder Klappen, angeordnet sind, die eine Auffüllung des durch die Reflexion entstehenden Unterdruckes in den Auspuffleitungen (1, 2) vom Aufnehmer aus verhindern. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einmündung der Auspuffleitungen (1, 2) in den Aufnehmer (5) Rückströmdrosseln (17, 18) angeordnet sind. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffleitungen der einzelnen Zylinder derart in Sammelleitungen (1, 2) zusammengefaßt sind, daß die von den verschiedenen Zylindern erzeugten Druck-und Unterdruckwellen sich gegenseitig unterstützen.