DE2350784C2 - Aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents
Aufgeladene BrennkraftmaschineInfo
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Description
3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet daß der im Stellzylinder (19) angeordnete Kolben (20) in Abhängigkeit von der
Drehzahl des Ladegebläses (7) betätigbar ist.
4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (19) mit einer Druckluftquelle (22) verbunden ist.
5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des voll geöffneten Ringspalts (33) etwa gleich der
Querschnittsfläche der Düse (14) ist.
6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Düse (14) als Einschnürung des Rohrschiebers (13) ausgebildet ist.
deren Wand etwa parallel zur Wand (32) des Lufteinlaufs gegen die Achse geneigt ist.
7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rohrschieber (13) in einem koaxial hierzu angeordneten Schalldämpfer
(15) für den über den Ringspalt (33) führenden Strömungsweg verschiebbar gelagert ist.
8. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß im Rohrschieber (13) ein zentral angeordneter Innenzylinder (35) vorgesehen
ist.
9. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wände des Rohrschiebers (13), des Innenzylinders (35) und des
Schalldämpfers (15) mit Filz verkleidet sind.
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit wenigstens einem von einer Abgasturbine
angetriebenen Ladegebläse, das bei hoher Leistung Luft aus der Umgebung ansaugt und das bei niederer
Leistung mittels eines in Serie vorgeschalteten Vorgebläses beaufschlagbar ist
Aus der DT-AS 1 102479 ist eine derartige Anordnung
bekannt, bei der das Vorgebläse über eine relativ lange Luftleitung in eine mit Rückschlagldappen versehene
Ventilkammer fördert, welche über einen Rohrstutzen mit der Saugseite des Ladegebläses verbunden
ist Hierbei ist zu befürchten, daß die kinetische Energie des vom Vorgebläse geförderten Luftstroms in den
Ventilkammern, weiche als Staukammem wirken, nahezu vollständig verlorengeht Sofern dabei nicht eine
starke Vorverdichtung der Luft durch das Vorgebläse vorgesehen ist wirkt sich deshalb die Luftförderung
durch das Vorgebläse nicht anders aus als irgendeine Erweiterung des Zuströmquerschnitts im Bereich der
Ventilkammern. Ein starkes Vorgebläse ist bei der bekannten Anordnung zwar schon deshalb notwendig,
weil hiervon die Brennkraftmaschine auch unter Umgehung des Turboladers ausreichend mit Luft versorgt
werden soll. Ein starkes Vorgebläse weist jedoch einen hohen Leistungs- und Platzbedarf auf. Zudem ragen bei
der bekannten Anordnung die an den Ventilkammern vorgesehenen Rückschlagklappen in geöffnetem Zustand
mit ihrer ganzen Fläche in den Strömungsweg der vom Vorgebläse ankommenden Luft herein. Hierbei
ist eine in strömungstechnischer Hinsicht enorm ungünstige gegenseitige starke Störung der beiden Luftströme
zu befürchten. Weitere Energieverluste sind deshalb nicht zu vermeiden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art mit vertretbarem
Aufwand und geringem Platzbedarf unter weitestgehender Ausschaltung von Energieverlusten in
dem vom Vorgebläse erzeugten Luftstrom eine ungestörte Zuströmung des von außen kommenden Luft-Stroms
zu erreichen und eine strömungstechnisch günstige Vermischung der beiden Luftströme sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Vorgebläse mittels eines geraden Rohr-Schiebers
an das Ladegebläse anschließbar ist, der zur Freigabe eines Ringspalts zwischen sich und einer ringförmigen
Wand des Lufteinlaufs des Ladegebläses axial verstellbar ist und der auf der dem Lufteinlauf zugewanciten
Seite eine Düse aufweist, deren Querschnittsfläche etwa gleich der Fläche des Saugmundquerschnitts
des Ladegebläses ist. Durch die Düse am Ende des Rohrschiebers, in dem sich eine gerade gleichförmige
Strömung ausbilden kann, wird die vom Vorgebläse gelieferte Luft gebündelt und mit hoher Geschwindigkeit
direkt in den Saugmund des Ladegebläses eingespeist. Die dem Luftstrom auch mit einem kleinen,
überall platzsparend verstaubaren Vorgebläse mitteilbare kinetische Energie bleibt deshalb nahezu voll erhalten,
so daß sich ein sehr guter Wirkungsgrad ergibt. Bei geöffnetem Ringspalt wird durch die von dem mil
hoher Geschwindigkeit in den Saugmund einströmenden Luftstrom ausgeübte Injektorwirkung zusätzlich
benötigte Luft mitgerissen und beschleunigt. Dadurch, daß die Richtung des aus der Düse austretenden Luftstroms
mit der Richtung des hiervon über den Ringspalt mitgerissenen Luftstroms annähernd übereinstimmt, ist eine ungestörte Zuströmung von Luft über
den Ringspalt möglich und eine gegenseitige Störung der beiden Luftströme ausgeschlossen. Da der gemeinsame
Weg der beiden Luftströme sehr kurz ist, ist auch auf diesem Weg eine Mischung und gegenseitige Störung
nicht zu befürchten. Vielmehr findet erst im Laufrad des Ladegebläses, das eine gute Mischereigenschaft
hat, eine vollständige Vermischung statt Bei geschlossenem
Ringspalt läßt sich die vom Vorgebläse gelieferte Luft auf Grund der Querschnittsverhältnisse ohne
Wechsel von Verzögerungen und Beschleunigungen und damit ohne Energieverlust von der Düse id den
Saugmund des Ladegebläses einspeisen.
Zweckmäßig ist die Querschnittsfläche des voll geöffneten Ringspalts etwa gleich der Düsenquerschnittsfläche.
Hierdurch ergibt sich bei eingeschaltetem Vorgebläse im mittleren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine
eine gute Saugwirkung auf den "'ber den Ringspalt ankommenden Luftstrom und im oberen LeistungsbTeich,
in dem das Vorgebläse abgeschaltet ist. ein hinreichend starker Luftstrom durch das Vorgebläse,
der dieses am Laufen hält und somit eine Beschädigung der Lager während großer Stillstandszeiten verhindert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist die Düse als Einschnürung des Rohrschiebers ausgebildet, deren Wand etwa parallel zur Wand des Lufteinlaufs
gegen die Achse geneigt ist. Hierdurch lassen sich bei geschlossenem Ringspalt eine satte Anlage des
Rohrschiebers an der Wand des Lufteinlaufs erzielen und bei geöffnetem Ringspalt genau übereinstimmende
Strömungsrichtungen der beiden Lufiströme erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist der Rohrschieber in einem koaxial hierzu angeordneten Schalldämpfer für den über den Ringspalt
führenden Strömungsweg verschiebbar gelagert. Dies ergibt eine äußerst platzsparende Anordnung und
ermöglicht durch die Schalldämpfung des äußeren Strömungswegs eine weitere Beruhigung des über den
Ringspalt angesaugten Luftstroms. Vorteilhaft ist im Rohrschieber ein zentral angeordneter Innenzylinder
vorgesehen. Hierdurch ergibt sich im Rohrschieber eine Reduktion der Spaltweite und damit ebenfalls eine
Schalldämpfung. Zur Verstärkung der Reflexions- und Absorptionswirkungen sind die Wände des Rohrschiebers,
des Innenzylinders und des Schalldämpfers zweckmäßig mit Filz verkleidet.
Die Erfindung ist im nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei zeigt
F i g. 1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung und
F i g. 2 einen Schnitt durch den Lufteinlaß des Ladegebläses.
In F i g. t ist mit 1 eine Brennkrjftmaschine, beispielsweise
ein Schiffsmotor, bezeichnet, die über die Welle 2 Leinung abgibt. Die Zylinder 3 der Brennkraftmaschine
1 sind an eine Abgassammelleitung 4 angeschlossen, von der aus eine Abgasturbine 5 mit Abgas
beaufschlagt wird. Über eine an die Abgasturbine 5 angeschlossene Auslaßleitung 6 werden die Abgase in die
Atmosphäre entlassen. Die Abgasturbine 5 treibt ein Ladegebläse 7 an, von dem aus die Zylinder J über eine
Ladeluftleitung 8 mit Ladeluft versorgt werden. Zur Kühlung der Ladeluft ist dem Ladegebläse 7 ein Kühler
9 nachgeschaltet. Aufgeladene Brennkraftmaschinen mit freisaugenden Ladegebläsen leiden bei geringem
Turbinenwirkungsgrad, etwa im unteren Leistungsbereich, in welchem wenig Abgase mit niedriger Temperatur
anfallen, an Luftmangel. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Luftversorgung auch im unteren Leistungsbereich
ist im vorliegenden Beispiel dem Ladegebläse 7 ein hier fremdangetriebenes Vorgebläse 10 in
Serie vorgeschaltet. Das Vorgebläse 10 ist zweckmäßig als Radialventilator mit einem direkt auf der Welle
eines Drehstrommotors 11 angeordneten Verdichterrad ausgebildet Hierdurch ergibt sich eine einfache und
kompakte Ausführung. Drehstrom ist eine an Bord von Schiffen stets vorhandene Energiequelle, welche eine
von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängige,
konstant hohe Drehzahl des Vorgebläses zu erreichen gestattet Die Vermeidung einer Drehzahlregelung
ergibt eine einfache und billige Ausführung. Das Vorgebläse 10 saugt Luft aus der Umgebung an und
transportiert diese unter geringer Verdichtung, vorzugsweise etwa 0,05 bis 0,07 atü, mit hoher Geschwindigkeit
über ein Rohrsystem 12 direkt in den Saugmund des Ladegebläses 7. Die Förderhöhe des Vorgebläses
10 beträgt günstig etwa 3% bis 7% der Förderhöhe des Ladegebläses 7 bei Vollast Die geringe Verdichtung
ermöglicht eine leichte Bauweise. Zur Vermeidung von Geschwindigkeitsverlusten der vom Vorgebläse 10 gelieferten
Luft ist im Mündungsbereich des Rohrsystems 12 ein gerader Rohrschieber 13 vorgesehen, in dem sich
die Strömung beruhigen kann und der auf der dem Ladegebläse 7 zugewandten Seite eine Düse 14 zur Bündelung
des austretenden Luftstroms aufweist Der Rohrschieber 13 ist in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße
der Brennkraftmaschine 1 vorteilhaft in Abhängigkeit von einer Drehzahl, vorzugsweise der Laderdrehzahl,
zur Steuerung eines äußeren Strömungswegs vom bzw. an den Lufteinlauf des Ladegebläses 7 ab-
bzw. anstellbar. Im vorliegenden Beispiel ist die angestellte Lage des Rohrschiebers 13 angedeutet. Die vom
Vorgebläse 10 gelieferte Luft reicht hierbei zum Aufbau eines entsprechenden Ladedrucks aus. Der Rohrschieber
13 ist in einem koaxial hierzu angeordneten Schalldämpfer 15, der an das Ladegebläse 7 angebaut
ist, verschiebbar gelagert. Durch Umlenkbleche 16 wird der durch den Schalldämpfer 15 führende Strömungsweg der vom Ladegebläse 7 bei abgestelltem Rohrschieber
13 frei angesaugten Luft schallgedämpft Zur Betätigung des Rohrschiebers 13 kann ein Servomotor
dienen. Bei einer drehzahlabhängigen Steuerung ist ein Elektromotor besonders zweckmäßig, da hierbei in der
Regel elektrische Signale anfallen. Im vorliegenden Beispiel ist der Rohrschieber 13 über gegenüberliegende
Laschen 17 und hieran angeschlossene Schubstangen 18 mit jeweils einem in einem Stellzylinder 19 geführten,
beidseitig beaufschlagbaren Kolben 20 verbunden. Die Stellzylinder 19 weisen zu beiden Seiten der
Kolben 20 Druckmittelanschlüsse 21 auf, d;e mit einer Druckmittelquelle 22 verbunden sind. Vorteilhaft findet
im vorliegenden Beispiel als Druckmittel Druckluft Verwendung, die aus einer an Bord eines Schiffes stets
vorhandenen Druckluftflasche entnommen werden kann. Die An- bzw. Abstellbewegung des Rohrschiebers
13 wird im vorliegenden Beispiel in Abhängigkeit vom Druck in der Ladeluftleitung 8 gesteuert. Diese
Größe hängt zweckmäßig unmittelbar von der Luftversorgung des Ladegebläses 7 ab. Mit einem Meßfühler
24 wird der Druck gemessen und in einem Meßwertumsetzer 25 vorteilhaft in eine elektrische Größe umgesetzt,
die die Stellung eines Magnetankers 26 beeinflußt. Der Magnetanker 26 betätigt einen Hahn 27, dessen
Eingang 28 mit dei Druckmittelquelle 22 verbunden ist und dessen Ausgänge 29 und 30 über die Druckmitteleingänge
21 mit den der Oberseite bzw. der Unterseite der Kolben 20 zugewandten Kammern in den
Stell/.ylindern 19 verbunden sind. Der Ausgang 29
steuert die Abstellbewegung, der Ausgang 30 die Anstellbewegung des Rohrschiebers 13. In der gezeichneten
angestellten Lage des Rohrschiebers 13 ist demnach der Eingang 28 des Hahns 27 mit seinem Ausgang
OU I
30 verbunden. Zum Ausgleich von Distanzunterschieden bei verschiedenen Stellungen des Rohrschiebers 13
ist zwischen dem fest verlegten Teil des Rohrsystems 12 und dem Rohrschieber 13 ein Faltenbalg 31 vorgesehen.
Es wäre jedoch auch eine Ausführung denkbar, bei der der Rohrschieber 13 verschiebbar mit einem konzentrischen
Rohr zusammenwirkt.
Bei einer Betrachtung des Betriebsbereichs, der für verschiedene Leistungen der Brennkraftrnasqhine 1 am
Vorgebläse 10 durchfahren wird, lassen sich drei Betriebszustände unterscheiden. Im unteren Leistungsbereich ist die der Turbine zugeführte Energie gering. Die
gesamte benötigte Luft wird dem Ladegebläse 7 vom Vor^ebläse 10 zur Verfügung gestellt. Dieser Betriebsbereich, bei dem die Düse 14 direkt in den Saugmund
des Ladegebläses 7 mündet, ist in F i g. 1 angedeutet. Um eine kontinuierliche Strömung zu erreichen und
einen Wechsel von Beschleunigungen und Verzögerungen auszuschalten, entspricht die Querschnittsfläche
der Düse 14 der Saugmundfläche. Hierdurch lassen sich Verluste der vom Ladegebläse 10 der angesaugten Luft
in Form von kinetischer Energie mitgeteilten Leistung nahezu völlig vermeiden. Der F i g. 2 ist ein oberer Leistungsbereich
der Brennkraftmaschine 1 zugrunde gelegt, bei der die Ladeleistung infolge der höheren Abgastemperaturen
zur vollständigen Versorgung der Brennkraftmaschine 1 mit Ladeluft völlig ausreicht. Der
Drehstrommotor 11 ist hierbei ausgeschaltet. Die Ein- und Ausschaltung des Drehstrommotors 11 kann vorzugsweise
automatisch in Abhängigkeit etwa von der Laderdrehzahl erfolgen. Die vom Ladegebläse 7 durch
das Vorgebläse 10 hindurch angesaugte Luft hält das Vorgebläse in Gang, so daß die in der Regel vorgesehenen
Wälzlagerkörper keine Schädigung durch lange Stillstandszeiten erleiden. Der Luftdurchsatz durch das
zur Erzielung günstiger Baugrößen und Platzverhältnisse zweckmäßig klein ausgelegte Vorgebläse. 10
reicht jedoch für den gestiegenen Luftbedarf nicht mehr aus. Der Rohrschieber 13 ist deshalb von der
Wand 32 des Lufteinlaufs des Ladegebläses 7 abgestellt Hierdurch ergibt sich im Mündungsbereich der
Düse 14 ein äußerer Ringspalt 33. über den das Ladegebläse 7 durch den Schalldämpfer 15 hindurch Luft aus
der Umgebung ansaugen kann. Es wäre auch denkbar, zur Versorgung mit Außenluft eine Rohrleitung an den
Schalldämpfer 15 anzuschließen. Zweckmäßig ist die Querschnittsfläche des Ringspalts 33 etwa gleich der
Querschnittsfläche der Düse 14. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Aufteilung der vom Ladegebläse
7 angesaugten Luft in zwei etwa gleich große Luftströme.
Bevor jedoch dieser obere Leistungsbereich erreicht wird, wird ein Zwischenbereich durchlaufen, in dem das
Vorgebläse sehr schnell durchströmt wird und dennoch der Durchsatz des Vorgebläses für den gestiegenen
Luftbedarf der Brennkraftmaschine 1 knapp ist. Dasselbe gilt für den Leistungsanteil. Andererseits ist jedoch
in diesem Zwischenbereich eine Leistungsunterstützung des Ladegebläses 7 durch das Vorgebläse 10 erwünscht.
In diesem Zwischenbereich ist der Ringspalt
ίο 33 ebenfalls geöffnet, so daß hierüber Luft angesaugt
werden kann. Der Hauptanteil der benötigten Luft, vorzugsweise etwa 70 bis 90%, wird jedoch über das
angetriebene Vorgebläse 10 geliefert. Die mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse 14 austretende Luft übt
in vorteilhafter Weise im Bereich des Ringspalts 33 eine Injektorwirkung aus, wodurch die Saugwirkung
verstärkt wird. Dadurch, daß die Wand 32 des Lufteinlaufs und die nach innen gezogene Wand der Düse 14
etwa parallel verlaufen, wird eine Vereinheitlichung der Strömungsrichtungen des inneren, durch die Düse 14
austretenden Luftstroms und des äußeren, über den durch die parallelen Wände gebildeten Ringspalt 33 ankommenden
äußeren Luftstroms erreicht und damit eine gegenseitige, unter Umständen mit starken Verlusten
verbundene Störung vermieden. Auf dem kurzen gemeinsamen Weg durch den Lufteinlauf bis zum vom
Laufrad 34 begrenzten Saugmund 35, in dem eine ideale Vermischung der beiden Luftströme stattfindet, ist
eine gegenseitige, mit Verlusten behaftete Störung ebenfalls nicht zu befürchten. Auf Grund des parallelen
Wandverlaufs ergibt sich zudem in der in F i g. 1 angedeuteten Stellung des Rohrschiebers 13 eine satte Anlage
an der Wand 32 im Bereich unmittelbar vor dem Saugmund 35.
Zur Schalldämpfung des durch den Rohrschieber 13 gebildeten Strömungswegs und damit zur Beruhigung
des inneren Luftstroms und zur Vermeidung von Energieverlusten ist im Rohrschieber 13 ein zentral angeordneter
Innenzylinder 36 vorgesehen. Hierdurch ergibt sich praktisch ein Absorptionsschalldämpfer. Zur
Verbesserung der Schalldämpfung sind die Wände des Rohrschiebers 13, des Innenzylinders 36 und des Schalldämpfers
15 in einfacher Weise mit einer Filzschicht 37 versehen. Zur Begrenzung der Rohrschieberbewegung
können Endanschläge vorgesehen sein. Der Schalldämpfer 15 ist auf der am Ladegebläse 7 angebauten
Seite mit einer gegen die Achse geneigten Wand versehen. Hierdurch ergibt sich im Bereich des Ringspalts 33
nurmehr eine geringe Umlenkung des äußeren Luftstroms.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit wenigstens einem von einer Abgasturbine angetriebenen
Ladegebläse, das bei hoher Leistung Luft aus der Umgebung ansaugt und das bei niederer Leistung
mittels eines in Serie vorgeschalteten Vorgebläses beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorgebläse (10) mittels eines geraden Rohrschiebers (13) an das Ladegebläse (7) anschließbar
ist, der zur Freigabe eines Ringspalts (33) zwischen sich und einer ringförmigen Wand (32) des
Lufteinlaufs des Ladegebläses (7) ixial verstellbar ist und der auf der dem Lufteinlauf zugewandten
Seite eine Düse (14) aufweist, deren Querschnittsfläche etwa gleich der Räche des Saugmundquerschnitts
des Ladegebläses (7) ist
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschieber
(13) durch wenigstens einen in einem Stellzylinder (19) angeordneten Kolben (20) verschiebbar
ist
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EGA | New person/name/address of the applicant | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |