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Die
Erfindung betrifft einen Motor, insbesondere einen aufgeladenen
Motor, mit wenigstens einem Abgaskamin, über den das Abgas nach oben ausblasbar
ist.
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Zum
Beispiel zeigt die
DE
30 13 512 A1 einen Motor mit einem nach oben ragenden Auspuffrohr,
an dessen Austrittsende ein beliebig ausgeführter, den Austritt abdeckender
Klappendeckel befestigbar ist, der jedoch selbsttätig in Abhängigkeit
des Auspuffgasdruckes den Austrittsquerschnitt öffnet oder schließt, also
den Auslassquerschnitt gänzlich schließen kann.
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Bei
den bekannten Anordnungen eingangs erwähnter Art, insbesondere in
Form von Dieselmotoren, ergibt sich im Teillastbereich vielfach
eine dunkle Abgasfahne. Im Teillastbereich ist nämlich in der Regel ein erhöhter Rußgehalt
des Abgases nicht vermeidbar. Andererseits ist der Durchmesser des Abgaskamins
an den bei Voll-Last anfallenden Abgasvolumenstrom angepasst, was
auch bei Teillast zu einem vergleichsweise großen Durchmesser der Abgassäule führt und
sich daher ungünstig
auf die Sichtbarkeit der Trübung
auswirkt. Zudem besteht die Gefahr, dass sich in Folge des großen Querschnitts
und der damit verbundenen vergleichsweise kleinen Ausströmgeschwindigkeit
des Abgases im Teillastbereich Rußflocken in unmittelbarer Nähe des Abgaskamins
niederschlagen können.
Die genannten Nachteile können
zu Beanstandungen führen, beispielsweise
bei Kreuzfahrtschiffen, und machen daher vielfach eine Einschränkung des
Teillastbetriebs erforderlich, was sich ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit
auswirkt.
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Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Anordnung eingangs erwähnter
Art mit einfachen und kostengünstigen
Mitteln so zu verbessern, daß die
Sichtbarkeit der Abgasfahne bei Teillastbetrieb sowie der Niederschlag
von Rußflocken
in der näheren
Umgebung des Abgaskamins zumindest verringert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
Austrittsquerschnitt des Abgaskamins mittels einer im Bereich des
Austrittsquerschnitts vorgesehenen Absperreinrichtung in Abhängigkeit
von der Last veränderbar
ist, wobei im unteren Lastbereich ein kleinerer Querschnitt vorgesehen
ist als im oberen Lastbereich.
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Mit
diesen Maßnahmen
werden die eingangs geschilderten Probleme und Nachteile vermieden. Durch
die Verringerung des Querschnitts des Abgaskamins und damit des
Querschnitts der Abgassäule ergibt
sich in vorteilhafter Weise automatisch auch eine Veringerung der
Sichtbarkeit der Trübung.
Außerdem
ergibt sich auf Grund der Querschnittsverringerung eine vergleichsweise
große
Austrittsgeschwindigkeit des Abgases, was dazu führt, daß der praktisch einen turbulenten
Freistrahl bildende Abgasstrahl durch den einen Querstrahl bildenden
Wind nur vergleichsweise langsam abgelenkt werden kann, so daß die im
Abgas enthaltenen Rußflocken vergleichsweise
lange in der Luft bleiben. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen
ist darin zu sehen, daß trotz
der erwähnten
Querschnittsverkleinerung bei Teillast im Voll-Lastbetrieb der volle
Querschnitt des Abgaskamins zur Verfügung steht und damit ein schädlicher
Gegendruck vermieden wird. Die erfindungsgemäße Absperreinrichtung läßt sich
in vorteilhafter Weise auch nachträglich einbauen, so daß auch eine
einfache Nachrüstung
bereits vorhandener Anlagen ohne weiteres möglich ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten
Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben. So kann die Absperreinrichtung zweckmäßig als schwenkbare Klappe
ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich um ein einfaches und kostengünstiges
Absperrelement, das auch bei robusten Einsatzverhältnissen eine
hohe Zuverlässigkeit
gewährleistet.
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Vorteilhaft
kann die Klappe wenigstens eine gegenüber dem Austrittsquerschnitt
des Abgaskamins kleinere Ausnehmung aufweisen. Diese Klappe kann
einfach bei einer bestimmten Teillast von ihrer Schließstellung
in ihre Öffnungsstellung
umgelegt werden und umgekehrt. Oberhalb der genannten Teillast steht
der volle Querschnitt des Abgaskamins als Auslaßquerschnitt zur Verfügung. Unterhalb
der genannten Teillast bildet die Ausnehmung der Klappe den Auslaßquerschnitt.
Dabei ergeben sich lediglich zwei Schaltstellungen der Klappe, was
eine einfache Betätigung
der Klappe ermöglicht.
Dennoch lassen sich durch Optimierung des Schaltzeitpunkts über dem
gesamten Betriebsbereich zufriedenstellende Ergebnisse erreichen.
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Zur
Vermeidung sprunghafter Veränderungen
des Auslaßquerschnitts
und damit des Abgasgegendrucks kann die Absperreinrichtung auch
in Abhängigkeit
von der Last kontinuierlich verstellbar sein. Eine besonders einfache
Anordnung kann sich dabei ergeben, wenn zudem eine Ausnehmung oben erwähnter Art
vorgesehen ist.
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Die
Ausnehmung der Klappe kann als kreisrunde Bohrung ausgebildet sein.
Hierbei ist die sichtbare Trübung
von allen Seiten gesehen gleich.
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In
Fällen,
in denen eine bevorzugte Blickrichtung gegeben ist, kann es sich
als besonders zweckmäßig erweisen,
wenn die Ausnehmung als länglicher
Schlitz ausgebildet ist. Mit Blick auf die Breitseite der hierbei
sich ergebenden Abgasfahne ergibt sich dabei eine besonders kleine
Dicke des Abgasstrahls, was eine besonders geringe Sichtbarkeit
der Trübung
ergibt. Außerdem
ist eine derartige Abgasfahne auch leichter vom Wind zerreißbar.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
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In
der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Großdieselmotors,
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2 eine
Draufsicht auf die Abgasklappe der Anordnung gemäß 1,
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3 eine
Draufsicht auf eine andere Ausführung
einer erfindungsgemäßen Abgasklappe
und
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4 ein
weiteres Beispiel mit kontinuierlich verstellbarer Abgasklappe.
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Ein
bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Dieselmotoren, insbesondere
Großdieselmotoren.
Der grundsätzliche
Aufbau und die Wirkungsweise von derartigen Motoren, wie sie beispielsweise
für Schiffsantriebe
Verwendung finden können,
sind an sich bekannt und bedürfen
daher im vorliegenden Fall keiner näheren Erläuterung mehr.
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Der
der 1 zugrundeliegende Großdieselmotor 1 besitzt
mehrere, hier in Reihe nebeneinander angeordnete Zylinder 2,
die jeweils über einen Auslaßstutzen 3 mit
einem über
alle Zylinder 2 sich erstreckenden Abgassammelrohr 4 verbunden
sind. Die Energie des Abgases wird zur Aufladung verwendet. Hierzu
ist ein Abgasturbolader vorgesehen, dessen Turbine 5 über eine
vom Abgassammelrohr 4 abgehende Leitung 6 mit
Abgas beaufschlagbar ist. Die Turbine 5 treibt einen Verdichter 7 an,
der die angesaugte Luft verdichtet und über einen Kühler 8 den Zylindern 2 zuführt.
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Im
Bereich zwischen Turbine 5 und Verdichter 7 zweigt
vom Turbinengehäuse
ein nach oben gerichteter Abgaskamin 9 ab, über den
das die Turbine 5 verlassende Abgas nach oben in die Atmosphäre ausgeblasen
wird. Im Bereich des oberen Endes des Abgaskamins 9 ist
eine Absperreinrichtung 10 vorgesehen, durch die der freie
Auslaßquerschnitt
des Abgaskamins 9 veränderbar
ist. Die Absperreinrichtung 10 wird dabei so betätigt, daß bei einem
Betrieb des Motors in einem unteren Lastbereich ein kleinerer Auslaßquerschnitt
vorhanden ist, als bei einem Betrieb in einem oberen Lastbereich.
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Die
Absperreinrichtung 10 kann als Schieber oder Jalousie oder
dergleichen ausgebildet sein. Im dargestellten Beispiel enthält die Absperreinrichtung 10 eine
einfache Klappe 11, deren Konfiguration an den Querschnitt
des Abgaskamins 9 angepaßt ist und die um eine horizontale
Achse schwenkbar ist. Die Klappe 11 enthält eine
hier zentral angeordnete Ausnehmung 12, deren Querschnitt
naturgemäß kleiner
als der Querschnitt des Abgaskamins 9 ist. Die Klappe 11 besitzt
hier zwei Schaltstellungen. In der in 1 mit durchgezogenen
Linien angedeuteten Schließstellung
der Klappe 11 steht nur die Ausnehmung 12 als
Auslaßquerschnitt
und damit ein kleinerer Querschnitt als der Querschnitt des Abgaskamins 9 zur
Verfügung.
In der mit unterbrochenen Linien angedeuteten Öffnungsstellung der Klappe 11 steht demgegenüber der
volle Querschnitt des Abgaskamins 9 als Auslaßquerschnitt
zur Verfügung.
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Die
Umschaltung der Klappe 11 von der Schließstellung
in die Öffnungsstellung
und umgekehrt erfolgt bei einer bestimmten Teillast des Motors 1.
Oberhalb dieser Teillast ergibt sich dementsprechend ein Abgasstrahl
mit einem dem Durchmesser des Abgaskamins 9 entsprechenden
Durchmesser D. Unterhalb der genannten Teillast besitzt der Abgasstrahl
einen dem kleineren Querschnitt der Ausnehmung 12 entsprechenden
Querschnitt, was mit d angedeutet ist. Aufgrund der Querschnittsverkleinerung
wird dabei die Sichtbarkeit der Trübung des Abgases verringert.
Gleichzeitig ergibt sich auch bei vergleichsweise geringer Abgasmenge
eine hohe Austrittsgeschwindigkeit des Abgases, so daß im Abgas
enthaltene Partikel, beispielsweise Rußflocken, vergleichsweise lange
in der Luft bleiben und dementsprechend bereits bei geringer Ablenkung
durch eine Querströmung
in vergleichsweise großer
Entfernung vom Abgaskamin 9 niedergehen. Ein Abregnen von
Rußflocken
in der näheren
Umgebung des Abgaskamins 9 ist nicht zu befürchten.
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Die
Dimensionierung der Ausnehmung 12 hängt davon ab, bei welcher Last
umgeschaltet werden soll und welcher Abgasgegendruck dabei akzeptabel
ist. Ein Optimierungskriterium ist dabei die sichtbare Trübung, die
mit dem Produkt aus absoluter Trübung
(Boschzahl) und Austrittsquerschnitt korreliert. Es kann dabei sinnvoll
sein, den Querschnitt soweit zu verringern, daß die Boschzahl ansteigt, solange
die Sichtbarkeit auf Grund des kleineren Strahlquerschnitt noch
abnimmt. Grenzen sind dem durch einen eventuellen Anstieg der thermischen
Belastung und durch eventuelles Rückströmen des Abgases in die Ladeluftleitung
und damit Ablagerungsbildung gezogen.
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Die
Ausnehmung 12 kann, wie am besten aus 2 erkennbar
ist, als kreisrunde Bohrung 13 ausgebildet sein. Hierdurch
ergibt sich ein kreisrunder Abgasstrahl, so daß die Sichtbarkeit der Trübung, von
allen Seiten gesehen, gleich ist.
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Bei
der Ausführung
gemäß 3 ist
eine als länglicher
Schlitz 14 ausgebildete Ausnehmung vorgesehen. Die hierbei
erzeugte Abgasfahne besitzt dementsprechend ebenfalls einen länglichen
Querschnitt, wobei die Dicke und damit die Sichtbarkeit der Trübung der
Abgasfahne mit Blick auf die Breitseite kleiner, mit Blick auf die
Schmalseite allerdings größer als
bei einem runden Strahl gleichen Querschnitts ist. Die Ausführung gemäß 3 ist
daher besonders dort zweckmäßig, wo
eine bevorzugte Blickrichtung auf die Abgasfahne gegeben ist. Zudem
ist davon auszugehen, daß eine flache
Abgasfahne leichter vom Wind zerrissen werden kann, als eine runde.
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In
einer besonderen Ausführung
kann die Klappe 11 in Abhängigkeit von der Last kontinuierlich verstellbar
sein, so daß stets
der maximal erträgliche Abgasgegendruck
anliegt und der kleinst mögliche Austrittsquerschnitt
erreicht wird. Bei einer derartigen Anordnung werden, wie 4 zeigt,
zwei sichelförmige
Schlitze 15 freigegeben, deren Querschnitt sich mit der Änderung
der Stellung der Klappe 11 ändert. Für die Endstellung bei kleinster
Last kann ein Anschlag 16 vorgesehen sein, der so angeordnet
und justiert ist, daß sich
in der Anschlagstellung der für die
kleinste Last nötige
Sichelquerschnitt ergibt. Es wäre
aber auch denkbar, die kontinuierlich verstellbare Klappe 11 mit
einer Ausnehmung gemäß 2 oder 3 zu
versehen, so daß die
Klappe 11 bei kleinster Last einfach in die horizontale
Schließstellung
gebracht werden kann und hiervon ausgehend kontinuierlich bis zur
vertikalen Öffnungsstellung
verstellt werden kann. Eine derartige Öffnung ist in 4 mit
unterbrochenen Linien angedeutet.
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Zur
Verstellung der Klappe 11 kann ein in geeigneter Weise
angesteuerter Stellmotor vorgesehen sein. Es wäre aber auch denkbar, die Klappe 11 so auszubilden
und/oder anzuordnen, daß sie
mit steigendem Abgasmassenstrom in Abhängigkeit hiervon durch diesen
selbst geöffnet
wird und umgekehrt, d.h. mit abfallendem Abgasmassenstrom selbstschließend ist.
Hierzu kann der Klappe 11 eine Rückstelleinrichtung, z.B. in
Form einer entsprechend angepassten Feder, zugeordnet sein, gegen
deren Rückstellkraft
die Klappe 11 durch den Abgasmassenstrom geöffnet wird.
Anstelle der Verwendung einer Rückstellfeder
könnte
einfach auch eine Klappenhälfte
in geeigneter Weise beschwert sein. Es wäre auch denkbar, die Schwenkachse
der Klappe 11 abweichend von den dargestellten Beispielen,
wo die Schwenkachse mittig angeordnet ist, etwas außerhalb
der Klappenmitte anzuordnen. In diesem Fall müßte allerdings zwischen dem äußeren Klappenrand
und der Innenwand des Abgaskamins 9 ein die gewünschte Beweglichkeit
gestattender Spalt vorgesehen sein. Selbstverständlich können auch mehrere der vorstehend
geschilderten Maßnahmen
miteinander kombiniert werden.