DE871983C

DE871983C - Verfahren zum Betrieb von aufgeladenen Zweitakt-Verbrennungsmotoren mit durch Abgasturbine angetriebenem Spuel- und Ladegeblaese

Info

Publication number: DE871983C
Application number: DEA12872A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr-Ing Jenny
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1950-05-24
Filing date: 1951-02-09
Publication date: 1953-03-26

Description

Verfahren zum Betrieb von aufgeladenenZweitakt-Verbrennungsmotoren mit durch Abgasturbine angetriebenem Spül- und Ladegebläse Es hat sich gezeigt, daß aufgeladene Zweitakt-Verbrennungsmotoren nur mit einem Abgasturbolader allein, ohne Mithilfe eines zusätzlichen Spülgebläses, betrieben werden können, wenn die Motorlast mehr als etwa z5 % der Normallast beträgt. Beim Anlassen des Motors und bei Betrieb mit kleiner Last wurde bisher ein zusätzliches Gebläse benötigt.
Es ist bekannt, daß die kinetische Energie der Zylinderladung in einem Motorzylinder am Ende des Vorauslasses eine Saugwirkung hervorrufen kann. Eine solche Saugwirkung kann eintreten, auch wenn keine Abgasleitung verwendet wird, vorausgesetzt, daß, das Verhältnis der Gasauslaßfläche zur Kolbenfläche groß ist und das, Auslaßorgan rasch öffnet. Es ist jedoch ferner bekannt, daß mit einer sogen;annten abgestimmten Auspuffleitung die Träg" heitswirkung der aus einem Zylinder austretenden Abgase bedeutend besser ausgenutzt werden kann als im Zylinder allein. Bei einer abgestimmten Auspuffleitung ist nach dem Auslaßorgan z. B. ein Rohrstück konstanten Querschnittes angeordnet, wobei dieser Querschnitt nicht wesentlich größer ist als der Auslaßquerschnitt am Motorzylinder, wonach an dieses Rohrstück ein Diffusor oder eine plötzliche Erweiterung des Rohrquerschnittes anschließt. Der Druck am Ende des Diffusors oder nach der plötzlichere Querschnittserweiterung ist nur wenig höher oder gleich dem Luftdruck vor den Einlaßschlitzen. Die durch den Vorauslaß erzeugte Druckwelle wird im Diffusor oder an der plötzlichen Erweiterung als Saugwelle reflektiert. Die Länge des Rohrstückes mit konstantem Querschnitt wird so gewählt, daß die Saugwelle während der Spülperiode am Zylinder eintrifft und - dessen Durchspülung besorgt.
Eine solche abgestimmte Auspuffleitung paßt nur für einen bestimmten Drehzahl-, und Lastbereich des Motors, und wird üblicherweise auf die normale Betriebslast und die entsprechende Drehzahl abgestimmt. ZumAmlassen des Motors sowie zum Betrieb bei kleiner Last oder Drehzahl wird ein entweder mechanisch vom Motor selbst oder ein fremdgetriebenes Gebläse benötigt, oder es wird Kurbelkas.tenspülung verwendet.
Die kinetische Energie der ausströmenden Zylinderladung wurde bisher (mit und ohne abgestimmte Auspuffleitung) an unaufgeladenen Motoren verwertet, um die Spülung und den mechanischen. Wirkungsgrad des Motors (durch Weglassen-oder Entlasten des vom Motor getriebenen Spülgebläses) bei Betriebslast und Betriebsdrehzahl zu verbessern. Zum Anfahren hat man sich mit der Notwendigkeit eines Gebläses abgefunden. ' Nach der vorliegenden Erfindung kann an einem mit Abgasturbolader aufgeladenen Zweitakt-Verbrennungsmotor auch beim Anfahren und bei Betrieb mit kleiner Last ein zusätzliches Gebläse vermieden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb von aufgeladenen Zweitakt-Verbrennungsmotoren mit durch Abgasturbine angetriebenem Spül- und Ladegebläse besteht darin, daß: beim Anlassen und bis zu derjenigen Belastung, von welcher an der Motor mit dem Spül- und. Ladegebläse allein rauchfrei betrieben werden kann, dessen Abgase in eine auf eine tiefere als die erwähnte Belastung in, an sich bekannter Weise abgestimmte Auspuffleitung geleitet werden, während sie bei höherer Belastung direkt der Abgasturbine zugeleitet werden. , Eine Einrichtung an aufgeladenen Zweitakt-Verbrennungsmotoren zur Ausübung des Verfahrens mach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Auspuffleitung, die auf eine Belastung in an sich bekannter Weise abgestimmt ist, welche unter derjenigen Belastung liegt, bei. welcher der Motor mit dem Spül- und Ladegebläse allein rauchfrei betrieben werden kann, sowie durch eine Umschaltvorrichtung, mittels welcher die Abgase des Motors beim Anlässen und bei tieferer als die erwähnte Belastung durch diese abgestimmte Aufpuffleitung gleitet werden können, während sie bei höherer Belastung direkt der Abgasturbine zugeleitet werden. , Die Fig. i bis 3 der Zeichnung zeigen schematisch Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung. An Hand der Figuren wird das Verfahren beispielsweise erläutert.
Entsprechend den Steuerzeiten des Motors sowie dessen; Zündfolge können ein bis vier Motorzylinder an eine gemeinsame, abgestimmte Auspuffleitung, die zum Anfahren und . Betrieb des Motors bei kleiner Last dient, angeschlossen werden, In den Fig. i bis 3 stellen ja, ib und ic schematisch die Zylinder eines z. B.. dreizylindrigen Verbrennungsmotors dar. Der Spülluftbehälter2 wird gespeist von einem Gebläse 3, das von einer Abgasturbine q. angetrieben wird. Die Abgase der Motorzylinder werden in einer gemeinsamen Abgasleitung 5 gesammelt und aus dieser entweder der Abgasturbine q. unmittelbar zugeleitet oder durch die abgestimmte Auspuffleitung geführt.
Nach Fig. i ist an der Stelle, wo die abgestimmte Auspuffleitung 6 von der Betriebsauspuffleitung 7 abzweigt, eine Klappe 8 eingebaut, mit deren Hilfe der Abgasstrom automatisch oder von. Hand, der Last und Drehzahl entsprechend, auf die passende Leitung geschaltet werden kann. Die abgestimmte Auspuffleitung ist hier beispielsweise mit einem Diffusor 6a versehen. Das, Rohrstück konstanten Querschnittes und der Diffusor dieser Auspuffletungsind so dimensioniert, daß die reflektierten Saugwellen im gewünschten Zeitpunkt an den Motorzylindern eintreffen. Die abgestimmte Auspuffleitung wird beim Anlassen, des Motors eingeschaltet, und sie bleibt so lange im Betrieb, bis eine so große Motorbelastung erreicht ist, daß die Abgase des Motors genügen, um durch die Abgasturbine das Gebläse so anzutreiben, daß genügend Spül und Ladeluft gefördert wird. Erfahrungsgemäß, können die Abgase bei Erreichen von etwa 25 % der Normallast auf die Betriebsaus-puffleitung umgeschaltet werden.
In Fig.2 sind. gleiche Teile mit denselben Hinweiszahlen versehen wie in Fig. i. Sie zeigt eine Anordnung; bei, welcher die beschriebene Umschaltung auf die jeweils benötigte Auspuffleitung mit Hilfe zweier Klappen g und g a bewerkstelligt werden kann. Nach dieser Figur besteht die Möglichkeit, bei eingeschalteter abgestimmter Auspuffleitung durch eine Abzweigleitung 1o eine kleine Teilmenge der Abgase auf die Abgasturbine zu leiten, um diese schon während der Anfahrzeit auf eine gewisse Drehzahl zu beschleunigen, was, vorteilhaft ist im Hinblick auf die rasche Übernahme der Belastung im Moment des Umschalteis der Auspuffleitungern Nach Fig. 3 gestatten zwei Klappen i i und i l a, die Auspuffleitung wahlweise zu verlängern und zu verkürzen, wobei diese beispielsweise durch Einschalten der Verlängerung 6 zu einer für Anfahren und Teillast abgestimmten Auspuffleitung gemacht werden kann. Bei dieser Anordnung geht auch während der Anfahrzeit die gesamte Abgasmenge durch die Turbine; sie ist aber so klein, daß, die Stauwirkung der Turbine sich nicht störend bemerkbar machen wird, aber anderseits genügend groß, um dem von der Turbine angetriebenen Gebläse die erwünschte Vorbeschleunigung geben zu können.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer abgestimmten Auspuffleitung ermöglicht die Einsparung eines zusätzlicher. Spülgebläses. Dadurch wird die Anlage einfacher, billiger und betriebssicher. Da bei Betriebslast nicht dauernd ein. Gebläse mitbetrieben werden muß, verbessert sich der Brennstoffverbrauch des Motors. Überdies wird das Anlassen des Motors vereinfacht. Dieses erfolgt elektrisch oder m,itDruckluft. Schon nach der ersten Zündung entsteht beim Auspuffvorgang eine Druckwelle in der Auspuffleitung. Die Turbine wurde aber bisher zu langsam beschleunigt und das Ladegebläse erzeugte keinen Druck, so daß der Motor nicht ohne Mithilfe eines -zusätzlichen Gebläses angelassen werden konnte. Wird aber die -Druckwelle mach der Erfindung gasdynamisch ausgewertet durch Nutzbarmachung einer reflektierten Saugwelle, so kann von der ersten Zündung an eine gewisse Zylinderspülung erreicht werden. Da beim Anfahren nur wenig Brennstoff eingespritzt wird, genügt es!, eine entsprechend kleine Frischluftmenge anzusaugen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb von aufgeladenen Zweitakt-Verbrennungsmotoren mit durch Abgasturbine angetriebenem Spül- und Ladegebläse, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anlassen und bis. zu derjenigen Belastung, von welcher an der Motor mit dem Spül- und Ladegebläse allein rauchfrei betrieben werden kann, dessen Abgase in, ,eine auf eine tiefere als die erwähnte Belastung in an sich bekannter Weise abgestimmte Auspuffleitung geleitet. werden, während sie bei höherer Belastung direkt der Abgasturbine zugeleitet werden. z. Einrichtung an aufgeladenen Zweitakt-Verbrennungsmotoren zur Ausübung des! Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Auspuffleitung, die auf eine Belastung in an sich bekannter Weise abgestimmt ist, welche unter derjenigen Belastung liegt, bei welcher der Motor mit dem Spül- und Ladegebläse allein rauchfrei betrieben werden kann, sowie durch eine Umschultvorrichtung, mittels welcher die Abgase des Motors beim AnIIaSSen und bei tieferer als, die erwähnte Belastung durch diese abgestimmte Auspuffleitung geleitet werden: köninen, während sie bei höherer Belastung direkt der Abgasturbine zugeleitet werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 470349'; MTZ - Motortechnische Zeitschrift, Jahrgang io, Nr. 5, Sept./Okt. 1949, S. ioo und ioi; »Forschung auf dem Gebiete des Ingenieurwesens.«, Sept./Okt. 1934, S. a'33, Abb. i3.