DE2838952A1

DE2838952A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2838952A1
Application number: DE19782838952
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Ing Dinger; Helmut Ing Grad Klotz
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2838952C2

Description

MOTOHEN- UND TURBINEN-UNION FRIEDRICHSHAFEN GMBH

Friedrichshafen Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß dem Obergriff von Patentanspruch 1 und bezweckt die Bereitstellung von Ladeluft mit hoher Vorverdichtung während des Teillastbetriebes der Brennkraftmaschine. Es sind verschiedene Brennkraftmaschinen mit zusätzlichem, durch Druck- oder Treibgas bewirktem, Verdichterantrieb bekannt, durch den sich eine von der Abgaslieferung aus der Brennkraftmaschine unabhängige Aufladedruckerhöhung erreichen läßt. Die Druckgaserzeugung erfolgt dabei z.B.

durch einen zusätzlichen Kompressor, der von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aus angetrieben wird oder das Druckgas für den zusätzlichen Verdichterantrieb wird einem Vorratsbehälter entnommen oder ein Treibgas für den zusätzlichen Verdichterantrieb wird in einer Hilfs brennkammer durch Verbrennen von Kraftstoff erzeugt.

Nachteilig bei derart ausgerüsteten Brennkraftmaschinen ist der große Aufwand für die zusätzlichen Baugruppen zur Druck- oder Treibgaserzeugung und/oder Druckgasspeicherung, weil sie Gewicht und Bauvolumen der Brennkraft- maschine erheblich vergrößern.

04.09.78 ί R % i

gri-sw ^{7 8 3 A}

030012/0237

Die genannten Verfahren zur Druck- oder Treibgaserzeugung bewirken außerdem eine merkliche Erhöhung des Kraftstoffverbrauches, womit die Wirtschaftlichkeit solcher Brennkraftmaschinen in Frage steht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit einem zusätzlichen Verdichterantrieb durch Druckgas zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile bekannter, derartig ausgerüsteter Brennkraftmaschinen vermieden sind.

Die vorteilhafte Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch i, die sich mit nur geringem Aufwand an zusätzlichen Bauteilen verwirklichen läßt.

Die erfindungsgemäße Art der Druckgaserzeugung verursacht nur einen geringen, aus der aufgewendeten Kompressionsarbeit resultierenden, Kraftstoffmehrverbrauch, während der für die Reibleistung eines separat angeordneten Kompressors sonst aufzuwendende Kraftstoff eingespart wird. Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 7.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich bei Brennkraftmaschinen mit niedrigem Verdichtungsverhältnis £ das Betriebsverhalten bei Teillast erheblich verbessern läßt oder deren Betrieb bei Teillast erst ermöglicht, daß die Brennkraftmaschine bei Teillast mit Ladeluft so hoher Vorverdichtung versorgt werden kann, daß die umweltbelastende Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, sogenanntem Weißrauch, nicht auftritt, und daß der geringe zusätzliche Bauteileaufwand und geringe Kraftstoffverbrauch eine besonders wirtschaftliehe Verwertung der Erfindung zulassen. Einige Beispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

04.09.78
gri-sw

0300127 0237

Fig. 1 Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen, denen je ein Aufladeaggregat zugeordnet ist.

Fig. 2 Alternative zu Fig. 1, bei der die Abgasturbine des rechten Aufladeaggregates einen verstellbaren Leitapparat besitzt.

Fig. 3 Alternative Möglichkeiten zur Druckgasentnahme bis 5 aus den als Kompressor betriebenen Zylindern.

Mit Ii ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Zylinder 12, 13 in zwei Zylinderreihen angeordnet sind. Jede Zylinderreihe wird von einem Aufladeaggregat 14, 15» das je aus Abgasturbine 16 bzw. 17 und Verdichter 18 bzw. 19 besteht, mit vorverdichter Ladeluft versorgt, die in Ladeluftkühlern 20, 21 gekühlt wird. Bei Teillast arbeiten nur einige Zylinder der Brennkraftmaschine 11, z. B. die Zylinder 12 der linken Reihe in Figur 1 als Motor, während für die Zylinder 13 die Kraftstoffzufuhr abgestellt ist und so die Zylinder 13 als Kompressoren betrieben werden.

In dem Beispiel nach Fig. i erfolgt der Gaswechsel in den als Kompressor betriebenen Zylindern 13 über die für den Motorbetrieb vorhandenen Gaswechselsteuerorgane. Das Druckgas aus den Zylindern 13 wird dabei in die Abgasleitung 23 ausgeschoben, die durch eine Vorrichtung 27, 27* abgesperrt ist. Stromauf der Vorrichtung 27, 27' zweigt eine Druckgasleitung 25 ab, die das Druckgas aus den Zylindern 13 dem Aufladeaggregat Ik zur Verwendung als zusätzliche Antriebsenergie für den Verdichter 18 zuführt. In Fig. 1 sind vier alternative Möglichkeiten zur Verwirklichung des zusätzlichen Verdichterantriebs mit den Abschnitten 25', 25", 25'" und 25'" ' der Druckgasleitung 25 dargestellt.

04.09.78
gri-sw

030012/0237

Bei 25' wird das Druckgas dem Abgas in der Abgasleitung aus den als Motor arbeitenden Zylindern 12 vor dessen Eintritt in die Abgasturbine 16 zugeführt.

Bei 25" wird das Druckgas einer am Laufrad der Abgasturbine 16 angeordneten Beschaufelung zugeführt.

Bei 25' " wird das Druckgas einer mit der Abgasturbine gekuppelten Druckgasturbine 24 zugeführt. Die zusätzliche Druckgasturbine 24 kann dabei starr oder mittels einer schaltbaren Kupplung 26 mit der Abgasturbine i6 verbunden sein.

Bei 25' ^Ml wird das Druckgas auf die Laufradbeschaufelung des Verdichters 18 geblasen.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung des Aufladeaggregates 15f wobei die Bezugsziffern für solche bereits in Fig. 1 benannten Teile um den Zähler 100 erhöht sind. Die Turbine 117 ist mit einem verstellbaren Leitapparat 127 ausgerüstet, der im geschlossenen Zustand die Abgasleitung 123 absperrt und der Vorrichtung 27, 27' aus Fig. entspricht.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen alternative Ausführungen für die Entnahme des Druckgases aus den als Kompressor betriebenen Zylindern 13. Die Bezugsziffern in diesen Figuren wurden jeweils um die Zähler 200, 300 und 400 gegenüber Fig. 1 erhöht.

In Fig. 3 ist an jedem Zylinder 213 ein Ventil 229 für die Druckgas angebracht, dem je ein selbsttätiges Saug- und Druck-Ventil zugeordnet ist. Auf diese Weise ist es in Verbindung mit den Gaswechselsteuerorganen bei einem Viertaktmotor möglich, bei jeder Kurbelwellenumdrehung einen Saug- und einen Druckhub zur Erzeugung von Druckgas in den als Kompressor betriebenen Zylindern 213 auszunutzen. Das Druckgas wird auch hier in die durch Vorrichtung 227 absperrbare Abgasleitung 223 ausgeschoben und über die Druckgasleitung 225 entnommen.

04.09.78
gri-sw

030012/0237

In Pig. 4 dienen Entnahmeventile 329 für das Ausschieben des Druckgases aus den als Kompressor betriebenen Zylindern 313 in die von der Abgasleitung 323 vollkommen getrennte Druckgasleitung 325.

In Fig. 5 sind wie in Fig. 3 an jeden Zylinder 413 Ventile 429 mit je einem selbsttätigen Saug- und Druckventil angeordnet. Die Gaswechselsteuerorgane für den Motorbetrieb sind jedoch bei diesem Beispiel für die Zeit der Betriebsweise der Zylinder 413 als Kompressoren stillgelegt, so daß Ansaugen und Ausschieben des Druckgases allein über die Ventile 429 erfolgt. Bei den Ausführungen nach Fig. 4 und 5 muß die Abgasleitung 323 bzw. 423 nicht abgesperrt werden. Das Druckgas gelangt unmittelbar aus den Zylindern in die Druckgasleitung 325 bzw. 425.

04.09.78 7 8 3 1

gri-sw

030012/0237

-<7

Leerseite

Claims

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
FRIEDRICHSHAFEN GMBH

Friedrichshafen

Patentansprüche

Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, einem oder mehreren Aufladeaggregaten, von denen jedes aus Abgasturbine und Verdichter besteht, und mit einem zusätzlichen Verdichterantrieb durch Druckgas, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast der Brennkraftmaschine (11) einige Zylinder (12) als Motor arbeiten und die übrigen Zylinder (13), währenddessen als Kompressor betrieben, Druckgas für den zusätzlichen Verdichterantrieb jeden Aufladeaggregates (14) liefern, das als Motor arbeitende Zylinder (12) mit Ladeluft versorgt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgas aus den als Motor arbeitenden Zylindern (12) vor dessen Eintritt in die jeweilige Abgasturbine (16) Druckgas zugeführt wird.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer am Laufrad der jeweiligen Abgasturbine (l6) zusätzlich angeordneten Beschaufelung Druckgas zugeführt wird.

04.09.78 7 a <* 1

gri-sw ^{7 8 3 1} ...

030012/0237

ORIGINAL ÜMSPECTED
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas einer mit der jeweiligen Abgasturbine (i6) kuppelbaren Druckgasturbine (24) zugeführt wird.
5« Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas auf die Laufradbeschaufelung des jeweiligen Verdichters (18) geblasen wird.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas aus den als Kompressor betriebenen Zylindern (13, 113, 213) in ihre absperrbare Abgasleitung (23, 123, 223) gefördert wird.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas aus den als Kompressor betriebenen Zylindern (313, 413) über zusätzliche Ventile (329, 429) in eine separate Druckgasleitung (325, 425) gefördert wird.

04.09.78 7 8 3 1

gri-sw

030012/0237