DE2521747A1

DE2521747A1 - Mit vorverdichtung gespeister verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2521747A1
Application number: DE19752521747
Authority: DE
Inventors: Jean Melchior
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1975-05-15
Publication date: 1975-11-27
Also published as: CA1034389A; DE2521747C2; US3996748A; GB1492675A; CH591014A5; IT1038172B; FR2271394A1; LU72480A1; FR2271394B1; BE829126A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Weickmann, Dipl. Phys. Dr. K. Fincke Dipl. Ing. F. A. Weick.nann, Dipl. Chem. B. Huber

8 München 80, Möhlstraße 22

ETAT FRANCAIS represents par Ie Delegue Minister!el pour l'Armement francaise - 14, rue Saint-Dominique

75997 Paris Armees/Frankreich

Mit Vorverdichtung gespeister Verbrennungsmotor.

Die Erfindung betrifft die Verbrennungsmotoren, ins- j besondere die Dieselmotoren mit geringem Verdichtungsgrad, welche durch den Kompressor eines Turbokompressoraggregats mit
Vorverdichtung gespeist werden, dessen Turbine beim Betrieb des Motors die Auspuffgase desselben empfängt, wobei der Ausgang
.des Kompressors mit dem Eingang der Turbine durch eine Abzweigleitung verbunden ist, welche parallel zu dem Motor angeordnet
ist und den ständigen Durchtritt der von dem Kompressor gelie— ' ferten und von dem Motor nicht aufgenommenen Druckluft mit
einem Druckabfall gestattet, welcher, wenn er erheblich ist,
praktisch von der die Abzweigleitung durchströmenden Strömungs-, menge unabhängig ist, wobei wenigstens eine Brennkammer, deren ■ Speisung mit Brennstoff regelbar ist, strömungsaufwärts von der. Turbine angeordnet ist.

Bei Verbrennungsmotoren der obigen Art gestattet das
Vorhandensein der Abzweigleitung dem Turbokompressor, ständig j

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in der Nähe seiner Pumplinie und somit mit einem hohen Wirkungs-; ! grad zu arbeiten, was besonders v/ichtig für Dieselmotoren ist, ^: ■ welche mit einem sehr starken Vorverdichtungsdruck und mit einem ; geringen Verdichtungsgrad arbeiten.

' Bekanntlich wirft das Anlassen und das Arbeiten

derartiger Motoren bei geringer Belastung Probleme auf, wenn \ : die Umgebungstemperatur niedrig ist. :

Bei Dieselmotoren mit geringem Verdichtungsgrad (von z.B. weniger als 12) v/erden diese Probleme noch verschärft .

Die durch sehr niedrige A.ussentemperaturen erzeugten Schwierigkeiten werden durch eine Vorwärmung der den Motor speisenden Luft gelöst. Diese Vorwarnung kann durch eine Erhöhung des Verdichtungsgrades der von dem !'Compressor gelieferten Luft erzielt werden, was eine Erhöhung des in die strömungsauf war ts von der Turbine des Turbokompressors angeordnete ^; Brennkammer eingespritzten Brennstoffs erfordert. Diese Methode

erfordert jedoch eine erhebliche zusätzliche Brennstoffmenge:, j Wenn man z.B. einen ItIotor von 3000 FS mit einem

volume tr i sehen Verhältnis von 7 betrachte';, sind das Anlassen und das Arbeiten im Langsamlauf bequem, wenn die Temperatur der dem Motor zugeführten Luft 110° G beträgt. Für eine Uhgebungs- '. temperatur von -30° G erfordert die Erwärmung auf eine derartige Temperatur durch adiabatische Verdichtung der Luft in dem Kompressor mit einem Wirkungsgrad von 0,75 ein Verdichtungsver- ; hältnis von 3»5· Ein derartiges Verhältnis wird erhalten, wenn j man der Brennkammer eine Brennstoffmenge von 140 Liter/Stunde zuführt.

j Der ein gutes Anlassen und ein richtiges Arbeiten im Langsamlauf beeinflussende Parameter ist nun die Entzündungszeit des Luft-Brennstoffgern!sehs in den Zylindern am Ende des Verdichtungshubes, welche hauptsächlich von der Ten- ; peratur und in geringerem Maße von dem Driick abhängt. Die gleiche Entzündungszeit kann z.B. mit 3,5 Bar und 110 G oder auch ^; nur mit 1,7 Bar und 150° G erhalten werden.

■ Y/^rui jedoch die Umgebungstemperatur -30 G be-

trägt, führt die "Erwärmung der Luft eins ig durch ihre adiabatische Verdichtung in dem Kompressor zu einer Temperatur der unter 1,7 Bar geförderten Luft von nur 23° C. Wenn ferner der

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Druckabfall zwisehen dem Kompressor und der Turbine 15 % des
von dem Kompressor gelieferten Drucks beträgt, muß die Temperatur der die Turbine des Turbokompressors speisenden heißen Gase ■ 402 C betragen, um das selbständige Arbeiten des Turbokompres- : sors sicherzustellen. ■ j

Man kann dann in wirtschaftlicher Weise die Vor- ' wärmung des Sauerstoff trägers des Dieselmotors dadurch erhalten,' daß man zu dem Einlaß des Motors einen Teil des aus der Brenn- ; kammer austretenden Gases in die von dem Kompressor z.B. mit ! 23° C gelieferte Luft zurückführt. Hierfür genügt es, 45 % des i I.Iassendurchf lusses des heißen Gases mit 402° C in die von dem ;

Kompressor des Turbokompressors gelieferte Luft zurückzuführen. ■ Bei einer derartigen Rückführung genügt es, der Brennkammer
eine Brennstoffmenge von 40 Liter in der Stunde zuzuführen. Diese Brennstoffersparnis entsteht dadurch, daß die in der Strö— : mungsmenge des zurückgeführten heißen Gases enthaltene Wärme
vollständig zurückgewonnen wird. Diese Strömungsmenge wirkt sozusagen wie ein thermisches Schwungrad, welches in der Abzweigleitung strömt und nur zur Erhöhung des Temperaturniveaus der ' gasförmigen Atmospliäre dient, in welcher der Motor ansaugt und
in welche er fördert. .

Diese Ersparnis ist besonders wichtig bei Motoreiy welche während langer Perioden im Langsamlauf oder mit geringer
Belastung arbeiten müssen. Dies ist z.B. bei einem Schiffsmotor
der Fall, welcher eine Schraube mit fester Steigung antreibt,
welche ungefähr 12 % der Höchstleistung bei der Hälfte der
grössten Drehzahl und etwa 2 % der Höchstleistung bei einem
Viertel der grössten Drehzahl absorbiert.

Die Vorwärmung des Sauerstoffträgers des Motors
durch die Rückführung der heißen Gase in die von einem Turbokompressor verdichtete Luft ist an sich bekannt.

Diese Rückführung wirft jedoch gev/isse Probleme
auf, wenn der Ausgang des Kompressors mit dem Eingang der Turbine durch eine parallel zu dem Motor angeordnete Abzweigleitung der oben erv.ühnten Art verbunden ist, insbesondere wenn
in der Abzweigleitung Drosselmittel vorgesehen werden (französische Patentschrift 72 12115 und deutsche Patentanmeldung
2.316.027). Diese Drosselung und der hierdurch entstehende
Druckabfall "bewirken eine sehr gute Spülung der Zylinder des

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Motors.

Es ist bekannt, die Rückführung von Auspuffgasen dadurch vorzunehmen, daß man durch eine Leitung den Aus- ! laß der Turbine des Turbokompressors mit dem Einlaß seines Komi pressors verbindet (siehe z.B". die USA-Patentschrift Nr. 2.633. ,698).

i Diese Anordnung besitzt den Nachteil, daß sie

; sehr erhebliche Volumenmengen erfordert und die Motorancrdnung von einer besonderen Anlage von Saug- und Druckleitungen abhängig macht.

Ferner ist (USA-Patent 3 149 4-54) ein Motor bekannt, welcher als Dieselmotor oder mit einem gasförmigen Brennstoff arbeiten kann, welcher durch einen Turbokompressor mit Vorverdichtung gespeist wird und keine Abzweigleitung und keine Hilfsbrennkammer aufweist, aber zwischen dem Kompressor '■ und dem Einlaß des Motors ein Venturirohr enthält. Eine Leitung : verbindet den Auslaß des Motors mit der engsten Stelle des Venturirohrs und ermöglicht die Rückführung der Auspuffgase zu ;· dem Einlaß des Motors, wenn dieser im Langsamlauf- arbeitet und \ mit einem gasförmigen Brennstoff gespeist wird. i

Bekanntlich ergibt eine derartige Rückführung, wenn man ihre Aufrechterhaltung beim Arbeiten als Dieselmotor versucht, keine befriedigenden Ergebnisse. Wenn man nämlich von dem Langsamlauf aus zu beschleunigen sucht, wird zusätzlicher Brennstoff in den Motor eingespritzt. Dieser Brennstoff wird nicht vollständig verbrannt und findet sich teil?/eise in den Auspuffgasen wieder. Weißer und verseuchender Rauch erscheint am Ausgang des Auspufftopfs. Die zurückgeführten Auspuffgase erhöhen noch den Gehalt des Geinischs in den Brennkammern des Motors und verstärken diese Erscheinung. Ferner ist bekannt, daß die Entzündungszeit zunimmt, wenn der Gehalt übermäßig groß ist. Wenn der Motor trotzdem zu beschleunigen beginnt, entspricht diese Dauer einem Kurbelwellenwinkel, v/elcher zunimmt und so groß wird, daß sich die Auslaßventile vor der vollständigen Verbrennung öffnen. Die Drehzahl des Motors kann daher nicht zu- :

nehmen.

Schließlich erfährt bekanntlich der- Druck am Auslaß eines Verbrennungsmotors bedeutende Schwankungen und nimmt zu Beginn eines jeden Auslaßstoßes zu, wodurch ein unre-

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gelmäßiges Arbeiten entsteht.

Um bei Motoren mit einer Abzv/eigleitung und

einer Hilf sbrennkaramer die Rückführung eines Teils der aus der Hilfsbrennkammer austretenden heißen Gase vorzunehmen und das Anlassen und das Arbeiten im Langsamlauf zu erleichtern, insbesondere bei kaltem Wetter, enthält der erfindungsgemäße Motor eine Ejektor- und Diffusoranordnung, welche zwischen dem Kompressor des Turbokompressors und der Verbindungsstelle zwischen dem Einlaß des Motors und der Abzweigleitung angeordnet ist, und deren Ejektor als Mitnahmeströmung die von dem Kompressor gelieferte Luft und als mitgenommene Strömung heißes Gas empfängt, v/elches mittels einer Entnahme leitung an einer Stelle der die Brennkammer mit dem Eingang der Turbine des Turbokompressors verbindenden Leitung entnommen wird, während ihr Dif- I fusor mit der Verbindungsstelle verbunden ist, wobei Regelmittei zur Regelung des Verhältnisses zwischen der mitgenommenen Strö-i mung von heißen Gasen und der Mitnahme strömung von von dem Kom-j pressor gelieferter Frischluft vorgesehen sind. j

Der Ejektor erzeugt in der den Sauer st off träger' dem MuL-or und der Abzweigleitung zuführenden Leitung eine ort- , liehe Senkung des Drucks unter den an der Stelle der Entnahme : herrschenden Druck, so daß die Überführung eines Teils der aus der Brennkammer austretenden heißen Gase von selbst erfolgt· Andererseits erhöht der Diffusor den Druck des Gemische aus von dem Kompressor verdichteter Luft und den zurückgeführten heißen Gasen auf einen Wert, v/elcher größer als der am Auslaß des Motors herrschende ist.

Schließlich v/erden die etwa noch in den Auspuffgasen des Motors vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe in der Hilfsbrennkammer verbrannt und können nicht zu dem Einlaß des Motors zurückkehren.

Die Erfindung ist nicht nur dann anwendbar,

wenn die Avzweigleitung keinen merklichen Druckabfall erzeugt, sondern auch und insbesondere dann, wenn infolge einer Drosselung in dieser Leitung eine erhebliche Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Motors vorhanden ist, wobei diese Differenz eine gute Spülung gewährleistet, welche bei Zweitaktmotoren unerläßlich und auch bei Viertaktmotoren nützlich ist, insbesondere bei Viertaktmotoren großer Leistung.

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Die Regelmittel sind vorzugsweise so ausgebildet,

daß sie das Verhältnis zwischen der mitgenommenen Strömung und j der Mitnahme strömung zwischen einem Höchstwert und einem Wert : Null verändern, wobei der Höchstwert dieses Verhältnisses und

der dem Wert Null dieses Verhältnisses entsprechende Wert des ¹ Vorverdichtungsdrucks so geregelt v/erden, daß sie umso größer

sind, je niedriger die Umgebungstemperatur ist. ; Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme

auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. j Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines gemäß

einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Motors.

Pig. 2 zeigt eine and ere Ausführungsform des er-

' findungsgemäßen Motors.

■ ■ i

j Fig. 3 ist eine Ausführungsabwandlung des in i

' Fig. 2 dargestellten Motors.

j Fig. 4· und 5 sind schematische Ansichten eines ·;

\ gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten· ¹ Motors.

j Fig. 6 ist ein die Arbeitsweise des in Fig. 4

_fund 5 dargestellten Motors erläuterndes Schaubild· :

j Fig. 7 zeigt einen dem in Fig. 1 dargestellten

!Motor ähnlichen Motor, welcher jedoch außerdem einen Luftkühler enthält ·

j Fig. 8 zeigt noch eine weitere Ausführungsform '

₍ der Erfindung.

^! Wie dargestellt enthält der Dieselmotor 1, wel- ^;

eher vorzugsweise ein Motor mit geringem Verdichtungsgrad (von unter 12) ist, eine Einlaßleitung 2 und eine Auslaßleitung 3. Er wird mit Vorverdichtung durch ein Turbokompressor aggregat 4-mit einem Kompressor 5 und einer Turbine 6 gespeist, welche den Kompressor 5 antreibt und durch die Auspuffgase des Motors betrieben wird, wobei diese Vorverdichtung mehrere Bar, z.B. 6 bis 8, erreichen kann.

Eine Abzweigleitung 7 setzt den Ausgang des Kompressors 5 mit dem Eingang der Turbine 6 in Verbindung und ist parallel zu dem Motor angeordnet. Diese Abzweigleitung ge- . stattet den ständigen Durchtritt der von dem Kompressor gelieferten und von dem Motor nicht absorbierten Druckluft·. Zweck- ; mäßig sind in dieser Abzweigleitung 7 Drosselmittel 7a angeord- j

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net, z.B. die in der französischen Patentschrift 72 12113 in der deutschen Patentanmeldung 2.316.027 beschriebenen.Eine Brennkammer 8 ist strömungsaufwärts von der Turbine 6 so angeordnet, daß sie mit durch die Abzweigleitung 7 geströmter Frischluft, mit den von der Auslaßleitung 3 kommenden Auspuff gasen und mit von regelbaren Speisemitteln 9, 9a geliefertem Brennstoff gespeist wird.

Zweckmäßig können Anwurfmittel 10 zum Anwerfen des Turbokompressöraggregats 4 vor dem Anlassen des Motors 1 vorgesehen werden, welche durch einen Elektromotor 11 gebildet werden können, welcher mit der Welle des Turbokompressoraggregats 4 durch eine Kupplung 12 gekuppelt ist.

Erf indungsgemäß ist zwischen dem Kompressor 5 und der Verbindungsstelle j der Einlaßleitung 2 des Motors 1 mit der Abzweigleitung 7 eine Ejektor- und Diffusor anordnung 13,! 24 mit zwei Eingängen und einem Ausgang vorgesehen, nämlich j einem mit dem Ausgang des Kompressors 5 verbundenen Lüfteinlauf j 14, wobei die von dem Kompressor 5 gelieferte Luft die Mitnahme-? strömung des Ejektors 13 bildet, einem durch eine Entnahmelei- '■ tung 16 mit einer zwischen der Brennkammer 8 und der Turbine 6 ; liegenden Gasentnahme 17 verbundenen Eingang 15 für heiße Gase, ; wobei die durch diese Entnahmeleitung 16 strömenden heißen Gase ! die mitgenommene oder induzierte Strömung des Ejektors 13 bilden, und einem dem Diffusor 24 der Ejektor- und Diffusoranord- ; nung mit der Verbindungsstelle j verbindenden Gemischauslaß 16, wobei die durch diesen Auslaß 18 strömende Strömung durch ein Gemisch von Frischluft und heißen Gasen gebildet wird, dessen ■ Temperatur höher als die der von dem Kompressor 5 gelieferten | Frischluft ist, und dessen Gesamtdruck wenigstens gleich dem in der Auslaßleitung 3 des Motors 1 herrschenden Druck und vor- ; zugsweise höher als dieser ist.

Wenn die Abzweigleitung die Drosselstelle 7a

enthält, ist die Differenz der am Einlaß und am Auslaß des Motors herrschenden Drücke bedeutend, so daß man eine gute Spülung der Zylinder des Motors 1 erhält, was insbesondere bei einem Zweitaktmotor erforderlich ist. . ■

Die Eejektor- und Diffusoranordnung 13 weist

eine Einspritzdüse 14a auf, welche in eine Mischzone. 23 mündet,· auf welche eine Diffusionszone 24 folgt, welche eine divergie*

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rende Düse bildet und an dem Gemischauslaß 18 mündet·

Zweckmäßig sind Regelmittel 19 vorgesehen,

um das Verhältnis zwischen der induzierten Strömung und der Mitnahmeströmung zu regeln·

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform werden diese Regelmittel 19 durch Drosselmittel 20 mit regelbarem Durchtrittsquerschnitt gebildet, welche durch ein Betätigungsorgan 21 betätigt v/erden können und so angeordnet sind, daß sie von der induzierten Strömung durchströmt v/erden. Hierfür können sie in der Entnahmeleitung 16 angeordnet Bein· j

Bei der in Fig· 2 dargestellten Ausführungsform werden diese Regelmittel 19 durch eine veränderliche engste. Stelle 22 in dem Ejektor 13 gebildet, welche von der Mitnahme- j strömung durchströmt wird, so daß die Auswurf geschwindigkeit i der Frischluft verändert werden kann» j

Durch eine besondere Ausbildung der verander- ι

liehen engsten Stelle 22 und der Mischzone 23 kann man es so eii- < richten, daß die Regelmittel 19 durch Drοsse!mittel, welche so ! j angeordnet sind, daß sie von der induzierten Strömung durch- j • strömt werden, und durch eine veränderliche engste Stelle ge- !

ί j

bildet v/erden, welche so angeordnet ist, daß sie von der Mit- | nahmeströmung durchströmt wird. So kann man, wie in Fig. 2 dar-.^: gestellt, an der veränderlichen engsten Stelle 22 Klappen 25 anbringen, welche zwischen sich die veränderliche engste Stelle 22 und mit der Y/and 26 Drosselmittel mit einem veränderlichen ringförmigen Durchtrittsquerschnitt 27 definieren· Der Querschnitt der veränderlichen engsten Stelle 22 (durch den die Mitnahmeströmung aus Frischluft strömt) ist dann am kleinsten, wenn der veränderliche ringförmige Durchtrittsquerschnitt 27 (durch welchen die induzierte Strömung von heißen Gasen strömt) am grössten ist. Umgekehrt ist der Quer schnitt der veränderlichen engsten Stelle 22 am grössten, wenn der veränderliche Durchtrittsquerschnitt 27 Null ist·

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsabwandlung, bei welcher die gleichen Bezugszeichen die gleichen. Teile wie in Fig. 2 bezeichnen, wird die veränderliche engste j Stelle 22 durch eine konvergierende Düse -28 gebildet, in welcher sich ein gleitender, fest mit einem Betätigungsorgan 30 verbundener Kern 29 verstellt. Ein Rückschlagventil 31 ist

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der Entnahmeleitung 16 so angeordnet, daß ein Zurückdrücken von Luft zu der Gasentnahme 17 verhindert und die Entnabneleitung

, 16 verschlossen wird, wenn der durch die Mitnahmeströmung von Frischluft erzeugte Unterdruck abnimmt und ungenügend wird, um das Zurückdrücken von Frischluft in die Entnahmeleitung 16 zu verhindern·

; Ia Fig. 3 ist voll ausgezogen die Stellung des*

Kerns 29 gezeigt, in v/elcher der durch die Mitnahme strömung von j Frischluft erzeugte Unterdruck am grössten ist, wobei das Rück-r schlagventil 31 offen ist, und gestrichelt die Stellung des i Kerns 29» in welcher der durch die Mitnahmeströmung von Frisch- j luft erzeugte Unterdruck am kleinsten ist, wobei das Rückschlagventil 31 geschlossen ist. ;

: In Fig. 4- und 5 ist eine weitergebildete Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher man die von \ der Mitnahme strömung durchströmte veränderliche engste Stelle j 22 und die von der induzierten Strömung durchströmten Drosselmittel mit veränderlichem ringförmigem Durchtrittsquerschnitt j 27 wiederfindet.

festen ^^er Ejektor 13 weist außerdem einen zentralen ^: profilierten/Körper 32, einen sich erweiternden gleitenden Stutzen 33, welcher mit dem zentralen profilierten festen Körper 32 die veränderliche engste Stelle 22 bestimmt, und einen äusseren festen Stutzen 34· auf, welcher mit dem sich erweiternden gleitenden Stutzen 33 den veränderlichen ringförmigen Durchlaß 27 definiert. Der Winkel an der Spitze des zentralen profilierten festen Körpers 32 ist größer als der Winkel an dem Scheitel des sich erweiternden gleitenden Stutzens 33·

Wie bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Querschnitt der veränderlichen engsten Stelle 22 am kleinsten, wenn der veränderliche ringförmige Durchtrittsquerschnitt 27 am grössten ist (Fig. 4). Umgekehrt ist der Querschnitt der veränderlichen engsten Stelle 22 am grössten, wenn der Querschnitt des veränderlichen ringförmigen Durchlasses 2? Null ist (Fig. 5)·

Der gleitende Stutzen 33 ist mit einem Betätigungsmechanismus 35 verbunden, welcher ein für den von dem Kompressor 5 gelieferten Druck empfindliches Steuerorgan aufweisen kann, derart, daß der Querschnitt des veränderlichen

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,ringförmigen Durchlasses 27 abnimmt und entsprechend der Quer-¹ schnitt der veränderlichen engsten Stelle 22 zunimmt, wenn dieiser.Druck zunimmt.

Dieses Organ kann einen durch einen Stab 37 mit r dem gleitenden Stutzen 33 verbundenen Kolben 36 aufweisen, dessen Vorderseite 36a unter der Wirkung des von dem Kompressor 5 gelieferten Drucks steht, während seine Rückseite 36b der vereinten Wirkung eines in einer Kammer 38 herrschenden Steuerdrucks und einer Rückholfeder 39 ausgesetzt ist. Dieser Steuerdruck ist ein Zwischendruck zwischen dem von dem Kompressor 5 gelieferten Druck und dem Umgebungsdruck. Hierfür ist die Kammer I 38 einerseits mit dem von dem Kompressor 5 gelieferten Druck ^; über eine feste Düse 40 (welche in dem Kolben 36 ausgebildet ; sein kann) und andererseits mit dem Umgebungsdruck über eine veränderliche Düse 41 verbunden. j

Der Querschnitt dieser veränderlichen Düse 41 j wird durch ein konisches Element 42 verändert, dessen Stellung i von der Umgebungstemperatur der von dem Verdichter 5 angesaugten ^ Luft so abhängt, daß bei einer Zunahme dieser Umgebungstempera- . tür der Querschnitt der veränderlichen Düse 41 zunimmt, während ', er umgekehrt bei einer Abnahme der Umgebungstemperatur abnimmt. Es ist daher zweckmäßig, in der Saugleitung 43 des Kompressors : 5 eine Thermometerkapsel 44 anzuordnen," deren beweglicher Teil : mit dem konischen Element 42 verbunden ist.

Die Stellung des gleitenden Stutzens 33» welcher den Anteil der zurückgeführten Menge an heißen Gasen steuert, \ steht dann unter der Wirkung des von dem Kompressor 5 gelief er- ; ten Luftdrucks und wild außerdem entsprechend der Temperatur der · von dem Verdichter 5 angesaugten Luft verändert. Der Anteil der zurückgeführten Menge an heißen Gasen nimmt dann ab, wenn der von dem Kompressor 5 gelieferte Druck zunimmt und/oder wenn die Temperatur der von dem Verdichter 5 angesaugten Luft zunimmt. :

Fig. 6 zeigt ein Schaubild, bei welchem als Abszissen der (in Bar ausgedrückte) von dem Verdichter 5 gelieferte Druck und als Ordinaten der den zurückgeführten heißen ' Gasen dargebotene Durchtrittsciuerschnitt, d.h. der (in willkürlichen Einheiten ausgedrückte, wobei "1" den voll offenen Querschnitt bezeichnet) Querschnitt des veränderlichen ringförmigen Durchlasses 27 aufgetragen sind.

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Wenn der Kompressor 5 stillsteht, ist der Druck beiderseits des Kolbens 3& der gleiche, die Rückholfeder 39 drückt den gleitenden Stutzen 33 in seine Stellung, in welcher die veränderliche engste Stelle 22 einen Kleinstwert hat, und der Querschnitt des veränderlichen ringförmigen Durchlasses 27 besitzt einen Höchstwert. Nach Maßgabe der Zunahme der Leistung des Motors 1 und somit nach Maßgabe der Zunahme des von dem j Kompressor 5 gelieferten Drucks nimmt der Anteil der zurückge- ; führten Menge an heißen Gasen umso schneller ab, ge geringer der in der Kammer 38 herrschende Druck ist, d.h. umso schneller, j je höher die Temperatur der von dem Kompressor 5 angesaugten i Luft ist. j

Die Kurven G., C₂ und C, betreffen Umgebungs- | temperaturen von minus 30° G bzw. 0° G bzw. plus 30° G. \

Wenn man sicher sein will, daß jenseits eines I gewissen Grenzwerts die Menge an zurückgeführten heißen Gasen j tatsächlich Null ist (Entnahmeleitung 16 verschlossen), kann man eine Sicherheitsvorrichtung vorsehen, welche von einem gewissen; Wert des Vorverdichtungsdrucks an in Tätigkeit tritt, welcher entsprechend der Umgebungstemperatur veränderlich ist. Diese : Vorrichtung zeigt an, daß infolge eines fehlerhaften ArDeitens ; der Regelmittel die Entnahmeleitung nicht geschlossen ist, ob- ^; wohl die Arbeitsbedingungen die Abstellung der Rückführung von heißen Gasen erfordern. Die z.B. elektrische Kontakte enthaltende Sicherheitsvorrichtung kann ein Alarmsignal auslösen, z.B· ; ein Schauzeichen, um der Bedienungsperson des Motors das fehlerhafte Arbeiten desselben anzuzeigen. Diese weiss dann, daß der Motor nicht stärker belastet werden darf,und daß die die Zufuhr der zurückgeführten Gase regelnden Mittel geprüft werden ; müssen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann diese Sicherheitsvorrichtung automatisch die die in den Motor eingespritzte Brennstoffmenge regelnden Mittel so betätigen, daß diese Menge begrenzt wird.

Übrigens geht aus Fig. 4 hervor, daß für einen gegebenen Wert^Sn dem Kompressor 5 gelieferten Drucks die veränderliche Düse 41, deren Querschnitt durch die Thermometer- ; kapsel 44 gesteuert wird, einen^trbeweglichen Anschlag" für den · gleitenden Stutzen 33 bildet.

In Fig. 7, in welcher die gleichen Bezugszei- --chen-die gleichen Teile _wie_Jji Fig. Λ .bo zeichnen, ist ein er- __

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; findungsgemäßer Motor dargestellt, welcher außerdem einen Kühlei ! 45 aufweist, welcher vor der Einlaßleitung 2 angeordnet ist ι und im normalen Betrieb die von dem Kompressor 5 gelieferte ! Luft vor ihrem Eintritt in den Motor kühlen soll. Für das Anlassen und das Arbeiten im Langsamlauf kann es zweckmäßig sein, j diesen Kühler 45 durch eine unmittelbare Leitung 46 und ein Verteilungsorgan 47 kurz zu schliessen, welches so angeordnet ist, '.

daß der Eintritt der zurückgeführten heißen Gase in den Kühler ; 45 verhindert wird, was die Verschmutzung desselben hervorrufen i würde. Dieses Verschlußorgan 47 kann zweckmäßig durch die glei- ; ehe Vorrichtung gesteuert werden, welche die Entnahmeleitung 16 j verschliesst, so daß die unmittelbare Leitung 46 und die Rnt-

nahmeleitung 16 gleichzeitig verschlossen werden. j

Die Gasentnahme 17 kann zweckmässig durch eine j Muffe 48 gebildet werden, welche einen mit der Entnahme leitung j 16 verbundenen Ringraum 49 definiert und eine durchlochte Zone ;

50 der die Brennkammer 8 mit der !Turbine 6 verbindenden Leitung ;

51 umgibt. ^;

In Pig. 8 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Lufteinlauf 14 durch eine Leitung mit konstantem Querschnitt gebildet wird, in v/elcher die von der Mitnahmeströmung durchströmte veränderliche engste Stelle 22 durch die : Verschiebung eines zylindrischen Doms 29a erhalten wird, dessen Durchmesser höchstens gleich dem der Leitung konstanten Querschnitts ist, und dessen Vorderende 29b eine profilierte Form besitzt. Dieser zylindrische Dorn 29a ist mit einer Betätigungsvorrichtung 60 zur Veränderung seiner Stellung gegenüber dem Lufteinlauf 14 verbunden.

Der Verschluß der Entnahme!eitung 16 erfolgt durch eine ⁿAuf~Zu-Regelung^M mit einem in dem Eingang 15 der heißen Gase angeordneten Ventilteller 68, v/elcher durch einen Stab 67 mit eiaem Betätigungskolben 65 verbunden ist.

Dieser Betätigungskolben 65 gleitet unabgedichtet in einem Zylinder 73, um eine Kammer 74 zu bilden, in v/elcher der von dem Kompressor 5 gelieferte Druck herrschen

Diese Kammer 64 steht durch eine Leitung 63 mit einer anderen Kammer 61 in Verbindung, in welcher durch Verschiebung eines mit der Betätigungsvorrichtung 60 fest ver-

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bundenen Körnerventils 62 der Atmosphärendruck hergestellt werden kann, sobald der zylindrische Dorn 29a in Richtung auf den Lufteinlauf 14· verschoben wird·

?/enn die Kammer 61 durch das Körnerventil 62 verschlossen wird, herrscht der von dem Verdichter 5 gelieferte Druck beiderseits des Kolbens 65, welcher unter der Wirkung einer Feder 66 den Ventilteller 68 gegen seinen Sitz drückt und somit die Entnahmeleitung verschließt.

Sobald die Kammer 61 mit dem Außenraum verbunden wird, und wenn der Querschnitt dieser Verbindung groß gegenüber dem Spiel zwischen dem Kolben 65 und dem Zylinder 66 ist, fallt der Druck in der Kammer 64 schnell ab, und der Ventilteller 68 wird von seinem Sitz entfernt.

Das mehr oder weniger tiefe Eindrücken des zylindrischen Dorns 29a in den Iiifteinlauf 14 ermöglicht die Veränderung des Quer schnitt; s der veränderlichen engsten Stelle 22 und somit die Regelung der Geschwindigkeit der Mitnahmeströmung des Ejektors 13· |

Wenn keine Rückführung von heißen Gasen gewünscht wird, tritt der zylindrische Dem 29a in einer rückwärtigen [ Stellung in die Diffusionszone 24. Gleichzeitig schliesst das ; Körnerventil 62 die Kammer 61, und die Feder 66 bringt den Ven- : tilteller 68 in die Stellung, in welcher er die leitung 15 ; schließt. j

Dank dieser Ausbildung erfährt offenbar für die- ■ se rückwärtige Stellung des zylindrischen Dorns 29a (v/elche bei : normalen Betriebsbedingungen des Motors eingenommen wird) der \ der Vorverdichtungsluft dargebotene Querschnitt keine Verringerung, was einen Druckabfall erzeugen würde.

Ein erf indungsgemäßer Motor arbeitet folgendermaßen.

Das Anlassen und die Belastung des Motors werden folgendermaßen vorgenommen: ■

- Vor dem Anlassen der Anlage werden die das Ver4 hältnis zwischen der induzierten Strömung (heiße Gase) und der Mitnahmeströmung (Frischluft) beeinflussenden Regelmittel. 19 in einer Stellung festgestellt, in welcher die Mitnahme strömung am grössten und die induzierte Strömung am kleinsten ist;

- das Turbokompressor aggregat wird vor dem An-

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■ lassen des eigentlichen Motors 1 angeworfen, wobei dann die

^! Brennkammer 8 mit einer Brennstoffmenge gespeist wird, welche ■: so groß ist, daß das Turbokompressor aggregat 2 selbständig ar- ; beiten kann;

- die Regelmittel 19 werden freigegeben, so daß

ι dann die Mitnahmeströmung von Frischluft die Rückführung der die ' induzierte Strömung bildenden heißen Gase in Gang 'bringen kann.

■ Gleichzeitig, und wenn der Motor einen Kühler 45 aufweist, wird das Verteilungsorgan 4-7 so betätigt, daß die zurückgeführten heißen Gase nicht durch den Kühler strömen können. Der von dem Kompressor gelieferte Luftdruck und der Anteil der zurückgeführten heißen Gase werden durch die Mittel 9» 9a zur Speisung der Brennkammer 8 mit Brennstoff bzw. durch die Regelmittel 19 so eingestellt, daß der Druck und die Temperatur des Gasgemischs am Einlaß des Motors hoch genug sind, um die Selbstentzündung am Ende des Verdichtungshubes in den Zylindern des Motors zu gestatten;

^: - der Motor 1 wird angelassen und allmählich belastet.

Die Regelmittel 19 stellen die Rückführung der heißen Gase ab, wenn die Druck- und Temperaturbedingungen der Luft in der Einlaßleitung 2 des Motors genügend hoch sind, um die Selbstentzündung zu ermöglichen. Gleichzeitig, und wenn der Motor einen Kühler 45 aufweist, wird das Verteilungsorgan 47 so verstellt, daß die Vorverdichtungsluft durch den Kühler 45 strömen kann.

In der obigen Beschreibung ist eine Anlage mit Anwurfmitteln zum Anwerfen des Turbokompressoraggregats vor dem ; Anlassen des Motors beschrieben.

Natürlich sind diese Mittel keineswegs unerläßlich und bilden nur eine Möglichkeit zum Anlassen des Motors, für welche die Erfindung besonders geeignet ist.

Die Erfindung erleichtert zwar das Anlassen des Motors, sie betrifft jedoch auch das Arbeiten im Langsemlauf oder mit geringer Leistung und kann daher auch in Anlagen benutzt werden, in welchen der Motor durch ein beliebiges anderes gleichwertiges Mittel angelassen wird·

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE -

(i»j Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor mit geringem Verdichtungsgrad, welcher durch den !Compressor eines Turbokompressoraggregats mit Vorverdichtung gespeist wird, dessen Turbine während des Betriebes des Motors die Auspuffgase desselben empfängt, wobei der Ausgang des Kompressors mit dem Eingang der Turbine durch eine Abzweigleitung verbunden ist, welche parallel zu dem Motor angeordnet ist und ständig den Durchtritt der von dem Kompressor gelieferten und von dem Motor nicht absorbierten Druckluft zu der Turbine gestattet, wobei wenigstens eine Hilfsbrennkammer, deren Speisung mit Brennstoff regelbar ist, strömungsaufwärts von der Turbine angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Ejektor~Diffusor-Anordnung (13, 24), welche zwischen dem Kompressor (5) des Turbokompressors und der Verbindungsstelle Cj) zwischen dem Einlaß des Motors und der Abzweigleitung (7) angeordnet ist, wobei der Ejektor (13) derselben als Mitnahmeströmung die von dem Kompressor (5) geliefer-j te Luft und als induzierte Strömung heißes Gas empfängt, welches mittels einer Entnahme leitung (16) an einer Stelle der die Hilfsbrennkammer (8) mit dem Eingang der Turbine (6) des Turbokompressors verbindenden Leitung entnommen wird, an welcher während des Betriebes ständig ein Druck herrscht, welcher kleiner als der am Ausgang des Kompressors (5) herrschende ist, während der Diffusor (24; mit der Verbindungsstelle (j) verbunden ist, wobei Regelmittel (19) zur Regelung des Verhältnisses zwischen der induzierten Strömung und der Mitnahmeströmung vorgesehen sind. .
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbokompressor (5, 6) mit einem hohen Verdichtungsgrad und ständig in der Nähe seiner Pumplinie arbeitet, ^:- und daß der Motor (1; einen Verdichtungsgrad von weniger als

12 hat. ;
3. iiotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- [ kennzeichnet, daß die Regelmitfcel (19) automatisch entsprechend

j dem von dem Kompressor (5) des Turbokcmpressors gelieferten ^! Druck oder in Funktion der Umgebungstemperatur gesteuert werden,
4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» da-

' durch gekennzeichnet, daß die Rege Mittel (19) durch Drossel- i -mittel mit veränderlichem Durchtri tbsquer schnitt gebildet wer-

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den, welche so angeordnet sind, daß sie von der zu der Ejektor- und Diffusor-Anordnung gerichteten induzierten Strömung (heiße Gase) durchströmt werden (Fig. 1).
5· Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rege!mittel (19) durch eine in dem Ejektor (13) liegende veränderliche engste Stelle (22) gebildet werden, derart, daß sie von der Mitnahmeströmung (Frisch-· luft) durchströmt wird, so daß die Auswurfgeschwindigkeit dieser Frischluft verändert werden kann (Fig. 2).
6. Motor nach einem der Ansprüche -1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelmittel durch Drosselmittel,· welche' so angeordnet sind, daß sie von der induzierten Strömung durchströmt werden, und durch eine veränderliche engste Stelle, v/elche eine solche Lage hat, daß sie von der Mitnahme strömung durchströmt wird, gebildet werden.
7· Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Regelmittel (19) -so ausgebildet sind, daß sie das Verhältnis zwischen der induzierten Strömung (heiße Gase) und der Mitnahmeströmung (Frischluft) zwischen einem Höchstwert und einem Wert Null verändern, wobei der Höchst- j wert dieses Verhältnisses und der dem Wert Null dieses Verhält- ! nisses entsprechende Vorverdichtungsdruck in Funktion der Um- ; gebungstemperatur so veränderlich sind, daß dieser Höchstwert ! und dieser Wert des Drucks umso höher liegen, je niedriger die Temperatur ist. "~ - :
8· Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, :

dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche engste Stelle (22) Klappen (25) aufweist, welche zwischen sich die veränderliche : engste Stelle und mit einer Wand des Ejektors (13) Drosselmit- : tel mit veränderlichem ringförmigem Durchtrittsquerschnitt für die induzierte Strömung definieren, derart, daß, wenn der Quer- , schnitt der veränderlichen engsten Steile (22) am kleinsten ist j der veränderliche ringförmige Durchtrittsquerschnitt (27) am . grössten ist,und daß umgekehrt der veränderliche ringförmige Durchtrittsquerschnitt Null ist, wenn der querschnitt der veränderlichen engsten Stelle am grössten ist.
9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche engste-Stelle (22) eine konvergierende Düse enthält, in welcher ein gleitender

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Kern (29) verschieblich ist, wobei ein Rückschlagventil (31) in der Entnahmeleitung (16) so angeordnet ist, daß es diese Leitung verschließt, wenn der von dem Motor erzeugte Unterdruck! abnimmt und ungenügend wird, um das Zurückdrücken von Frischluft durch die Entnahmeleitung zu verhindern.
10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da-! durch gekennzeichnet, daß der Ejektor (13) einen zentralen festen profilierten Körper (32) enthält, wobei ein gleitenler, sich erweiternder Stutzen (33) die veränderliche engste Stelle (22) mit dem zentralen profilierten Körper definiert, während ein äußerer fester Stutzen (34) den veränderlichen ringförmigen Durchlaß für die induzierte Strömung mit dem gleitenden, sich erweiternden Stutzen (33) bestimmt, wobei der Y/inkel an dem Scheitel des zentralen profilierten Körpers (32) größer als der Winkel an dem Scheitel des gleitenden, sich erweiternden Stutzens (33) ist, so daß, wenn der veränderliche Querschnitt der engsten Stelle (22) am kleinsten ist, der veränderliche ; ringförmige Durchtrittsquerschnitt am grössten ist, und daß ; umgekehrt der veränderliche ringförmige Durchtrittsquerschnitt ^; Null ist, wenn der veränderliche Querschnitt der engsten Stel- ; Ie am grössten ist. ^:
11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gleitende Stutzen (33) mit einem Betätigungsmechanismus (35) verbunden ist, welcher ein für den von dem Kompressor gelieferten Druck empfindliches Steuerorgan enthält, derart, daß der veränderliche ringförmige Durchtrittsquerschnitt abnimmt und gleichzeitig der veränderliche Querschnitt der engsten Stelle (22) zunimmt, wenn dieser Druck zunimmt.
12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan einen Kolben (36) enthält, welcher mit dem gleiterden Stutzen (33) verbunden ist,und dessen Vorderseite unter der Y/irkung des von dem Kompressor gelieferten Drucks steht, während seine Rückseite der vereinten Wirkung eines Steuerdrucks und einer Rückholfeder (39) unterworfen ist, wobei der Steuerdruck von dem von dem Kompressor gelieferten Druck abhängt und ein Zwischendruck zwischen diesem und dem Umgebungsdruck ist.
13. mo tor nach Anspruch 12, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Steuerdruck in einer Kammer (38) hergestellt ist, welche einerseits mit dem von dem Kompressor gelieferten

: Druck über eine feste Düse (40) und andererseits mit dem Umge- |

I bungsdruck über eine veränderliche Düse (41) verbunden ist. I
14. Motor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich- j

net, daß der Querschnitt der veränderlichen Düse (41) in Punk- ;

tion der Umgebungstemperatur der angesaugten Luft so verändert j

wird, daß bei einer Zunahme dieser Umgebungstemperatur der Quer-f schnitt der veränderlichen Düse zunimmt.
15· Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der veränderlichen Düse (41) durch eine Thermometerkapsel (44) verändert wird, deren bewegliche Wand mit einem konischen Element (42) der veränderlichen Düse ■ (41) verbunden ist, wobei die Thermometerkapsel in der Saugleitung (43) des Kompressors (5) angeordnet ist.
16. Motor nach einem der Ansprüche i bis 15 mit einem vor der Einlaßleitung angeordneten Kühler und einer Leitung zur Kur ζ Schließung dieses Kühlers, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (47), welches den Kühler (45) kurzschließt und so vermeidet, daß die zurückgeführten heißen Gase diesen durch-; strömen, von der gleichen Vorrichtung betätigt wird, v/elche ein: Yerschlußglied (20) in der Leitung (16)- zur Entnahme der zurückzuführenden Gase betätigt, so daß die den Kühler lcurzschliessende Leitung und die Entnahmeleitung gleichzeitig verschlossen v/erden.
17. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche engste Stelle (22) dadurch hergestellt wird, daß vor dem Lufteinlauf ein zylindrischer Dorn (.29) gleitend verschieb lieh ist, dessen Vorderende eine profilierte Form hat, wobei dieser zylindrische Dorn mit einer Betätigungsvorrichtung (60) verbunden ist, welche die Veränderung seiner Stellung gegenüber desi Lufteinlauf ermöglicht.
18. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeleitung (16) einen Ventilteller (68) enthält, welcher mit einem Betätigungskolben (.65) verbunden ist, welcher unabgedichtet in einem Zylinder (73) gleitet, so daß eine Kammer (64) entsteht, welche mit einer anderen Kammer (.61) in Verbindung steht, in welcher der Atmosphärendruck durch Ver-

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j Schiebung eines Körnerventils (62) hergestellt werden kann, sobald der zylindrische Dorn (29) in Richtung auf den Lufteinlauf verschoben wird.
19· Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentnahme durch eine Muffe (48) gebildet wird, welche einen mit der Entaahmeleitung (16; verbundenen Ringrauci (49) definiert und eine gelochte Zone (50) der die Brennkammer (8) mit der Turbine (6) verbindenden Leitung umgibt·
20. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 19ι gekennzeichnet durch Anwurfmittel zum Anwerfen des Turbokompressoraggregats vor dem Anlassen des Motors·

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