DE2719668C2

DE2719668C2 -

Info

Publication number: DE2719668C2
Application number: DE2719668A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Van Dipl.-Ing. 7993 Kressbronn De Rinsum
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1977-05-03
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE2719668A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor mit Ladeluftverdichter und Verdichterantriebsturbine gemäß dem Patentanspruch.

Zweck der Erfindung ist es, bei einem gattungsgemäßen Dieselmotor, der zur Reduzierung der Zünddrücke mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis, z. B. kleiner als acht, arbeitet in allen Betriebsphasen ausreichende Betriebsbedingungen zu schaffen.

Aus der DE-OS 6 50 569 ist ein gattungsähnlicher Mehrzylinder-Dieselmotor bekanntgeworden, bei dem im Bedarfsfall einige Zylinder bei abgeschalteter Brennstoffversorung als Kompressor zur Erzeugung von Druckluft betreibbar sind. Die in diesem Betriebszustand erzeugte Druckluft dient jedoch nicht zur Verbesserung der Betriebsbedingungen der weiterhin im Motorbetrieb laufenden Zylinder, sondern sie wird für nicht motorspezifische Aufgaben, z. B. zum Ausblasen von Tauchtanks, verwendet.

Aus der DE-OS 14 01 221 ist eine von den üblichen Gaswechselventilen unabhängige steuerbare Anordnung bei Mehrzylinder-Dieselmotoren für Fahrzeuge bekannt, bei der ein Ventil in der Verbrennungskammer immer dann öffnet, wenn sich der Kolben eines Zylinders am Ende eines Verdichtungshubes befindet. Der Dieselmotor wird dadurch in einem Kompressor als Bremse für das Fahrzeug verwandelt. Mit dieser Anordnung ergeben sich jedoch keine verbesserten Betriebsbedingungen für den Motorbetrieb der Zylinder.

Aus der DE-OS 25 02 650 ist bei einem Mehrzylinder-Dieselmotor für Fahrzeuge die Anordnung eines zusätzlichen Ventiles an jedem Zylinder bekannt, das hydraulisch von einem der Gaswechselventile eines anderen Zylinders steuerbar ist. Mit diesem zusätzlichen Ventil wird der Dieselmotor bedarfsweise in einen Kompressor als Bremse für das Fahrzeug verwandelt. Die beim Brembetrieb erzeugte Druckluft wird in einem Speicherkessel gesammelt und als Anlaß-Druckluft später wieder verwendet. Auch mit dieser Anordnung sind keine verbesserten Betriebsbedingungen für den Motorbetrieb der Zylinder erzielbar.

Aus der DE-PS 7 00 128 ist eine Ventilsteuerung einer Viertakt-Brennkraftmaschine bekannt, die beim Anlassen mit Druckluft einen Zweitakt-Gaswechsel an jedem Zylinder bewirkt um ein Anlassen der Viertakt-Brennkraftmaschine auch bei kleiner Zylinderzahl aus jeder Kolbenstellung heraus zu ermöglichen. Verbesserung der Betriebsbedingungen für den Motorbetrieb der Zylinder sind nicht Ziel dieser bekannten Anordnung.

Es ist Aufgabe der Erfindung für einen Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor, der mit niedrigem Verdichtungsverhältnis betrieben wird, beim Anlassen, im Leerlauf und bei Teillast, die für den optimalen Betrieb erforderliche Verdichtungsendtemperatur für die Motorzylinder zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein mit einem Verdichtungsverhältnis von unter acht arbeitender Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor auch bei niedrigen Außentemperaturen zuverlässig gestartet werden kann, daß bei Teillastbetrieb des Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotors ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, daß die Vorrichtung für die zusätzliche Ventilbetätigung der Kompressorzylinder kein zusätzlicher Bauraum erfordert und daß der Abgasturbolader unabhängig vom Betriebszustand der Zylinder dauernd in Funktion bleibt, was die ununterbrochene Schmierung des Laufzeugs des Abgasturboladers gewährleistet.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematische Darstellung eines Mehrzylinder-Viertakt- Dieselmotors in geteilter Betriebsweise mit je drei Kompressor- und Motorzylindern;

Fig. 2 schematische Darstellung eines Mehrzylinder-Viertakt- Dieselmotors in geteilter Betriebsweise mit vier Niederdruck-, zwei Hochdruck-Kompressor-Zylindern und zwei Motorzylindern.

Ein Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor 11, z. B. mit sechs Zylindern 21 bis 26, arbeitet mit einem Verdichtungsverhältnis von gleich oder kleiner als elf. Er besitzt einen Ladeluftverdichter 14, der mit einer aus den Abschnitten 12 und 13 bestehenden Ladeluftleitung in Verbindung steht, und eine aus den Abschnitten 15, 16, 19 bestehende mehrflutige Abgasleitung, die an die Verdichterantriebsturbine 17 angeschlossen ist.

Beim Anlassen und bei Teillast werden einige der mittels mechanischer Ventilbetätigung gesteuerten Zylinder 21 bis 26 zeitweise nicht zur Arbeitsgabe herangezogen, sondern bei abgeschalteter Brennstoffversorgung als Kompressoren zur Druckluftversorgung der Motorzylinder 21 bis 23 betrieben. Bei dieser sogenannten geteilten Betriebsweise des Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotors 11 dient der Abschnitt 12 der Ladeluftleitung als Saugleitung und der Abschnitt 19 der Abgasleitung als Druckleitung der Kompressorzylinder 24 bis 26. Durch Umschalteinrichtungen 27, 28 in der Ladeluft- bzw. Abgasleitung sind der Abschnitt 13 der Ladeluftleitung und der Abschnitt 15 der Abgasleitung, die dem Gaswechsel der Motorzylinder 21 bis 23 dienen, vom Abschnitt 12 der Ladeluftleitung und dem Abschnitt 19 der Abgasleitung, die den Kompressorzylindern 24 bis 26 zugeordnet sind, getrennt.

Eine Verbindungsleitung 29 zwischen den Umschalteinrichtungen 27, 28 dient während der geteilten Betriebsweise des Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotors 11 zur Überführung der Druckluft der Kompressorzylinder 24 bis 26 aus dem Abschnitt 19 der Abgasleitung in den Abschnitt 13 der Ladeluftleitung der Motorzylinder 21 bis 23.

Der als Saugleitung der Kompressorzylinder 24 bis 26 dienende Abschnitt 12 der Ladeluftleitung steht mit der Druckleitung 18 des Ladeluftverdichters 14 in Verbindung. Um die im Ladeluftverdichter 14 infolge der Vorverdichtung erwärmte Luft während Zeiten mit geteilter Betriebsweise des Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotors 11 für das sichere erreichen einer ausreichenden Verdichtungsendtemperatur in den Motorzylindern 21 bis 23 nutzen zu können, wird bei einem im Normalbetrieb mit Ladeluftkühlung arbeitenden Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor 11 der Wärmetauscher 20 für die Ladeluftkühlung von der Kompressorzylinder-Ansaugluft nicht durchströmt. Der Abschnitt 12 der Ladeluftleitung ist dafür über eine den Wärmetauscher 20 umgehende Leitung 31 und eine in der Druckleitung 18 angeordnete Umschalteinrichtung 30 direkt mit dem Ladeluftverdichter 14 verbunden, so daß den Kompressorzylindern 24 bis 26 ungekühlte Luft zuströmt.

Die Versorgung von Motorzylindern mit Druckluft aus Kompressorzylindern läßt sich noch verbessern, wenn bei einem Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor der eingangs beschriebenen Art während der geteilten Betriebsweise einige der Kompressorzylinder als Niederdruckstufe und die restlichen als Hochdruckstufe betrieben werden. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn sich die Zylinderzahl für Kompressor-Niederdruckstufe, Kompressor-Hochdruckstufe und Motorzylinder wie 2 : 1 : 1 verhält.

Beispielsweise arbeiten bei einem Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor 111 mit acht Zylindern 121 bis 128 entsprechend Fig. 2 während der geteilten Betriebsweise die Zylinder 125 bis 128 als Kompressor-Niederdruckstufe, die Zylinder 123 und 124 als Kompressor-Hochdruckstufe und die Zylinder 121 und 122 als Motorzylinder. Der Auslaß 119 der Kompressor-Niederdruckstufe ist über Umschalteinrichtung 136, Verbindungsleitung 129 und Umschalteinrichtung 135 mit dem Einlaß 133 der Kompressor-Hochdruckstufe und der Auslaß 116 der Kompressor-Hochdruckstufe über Umschalteinrichtung 134 mit dem Einlaß 113 der Ladeluftleitung der Motorzylinder verbunden.

Beim Normalbetrieb des Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotors 111 bilden die Leitungsabschnitte 112, 113, 133 die mit dem Ladeluftverdichter 114 verbundene Ladeluftleitung und die Leitungsabschnitte 115, 116, 119 die an die Verdichterantriebsturbine 117 angeschlossene Abgasleitung für alle Zylinder. Wie bei dem ersten Beispiel ist es auch hier möglich, den Wärmetauscher 120 für die Ladeluftkühlung mittels Umschalteinrichtung 130 in der Druckleitung 118 des Ladeluftverdichters 114 und Leitung 131 zu umgehen.

Mit einem Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor 111 gemäß Fig. 2 ist bei entsprechender Stellung der Umschalteinrichtungen 137 und 134 auch eine geteilte Betriebsweise mit einstufiger Vorverdichtung in Kompressorzylindern möglich. Auf diese Weise kann der Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor 111 bei sehr niedriger Außentemperatur mit zweistufiger Vorverdichtung gestartet und z. B. bei Erreichen einer bestimmten Kühlwassertemperatur auf einstufige Vorverdichtung umgeschaltet werden.

Claims

Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor (11, 111), der einen mit der Ladeluftleitung (12, 112) aller Zylinder (21 bis 26 bzw. 121 bis 128) verbundenen Ladeluftverdichter (14, 114) sowie eine Verdichterantriebsturbine (12, 112) aufweist, die mittels zweier Abgasleitungen (15, 16, 115, 116) an je eine Zylindergruppe angeschlossen ist und eine der Zylindergruppen bei Unterbindung der Brennstoffversorgung zeitweise als Kompressor betrieben wird und die andere Zylindergruppe dauernd als Motor arbeitet, wobei alle Zylinder mittels mechanischer Ventilbetätigung gesteuert werden und in der Abgasleitung (19, 116, 119) für die Kompressorzylinder (24 bis 26 bzw. 125 bis 128) vor der Verdichterantriebsturbine eine Umschalteinrichtung (28, 136, 137) mit einer abzweigenden Leitung (29, 129, 132) angeordnet ist, daß die eine als Kompressor betreibbare Zylindergruppe für jeden Zylinder eine Vorrichtung aufweist, mit der während Kompressorbetriebszeiten die Ein- und Auslaßventile der Zylinder in den Betätigungspausen der mechanischen Ventilbetätigung zusätzlich aufsteuerbar sind, daß die Ladeluftleitung des Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotors (11, 111) durch eine Umschalteinrichtung (27, 134, 135) in gegeneinander gesperrte Abschnitte unterteilbar ist, daß der mit dem Ladeluftverdichter (14, 114) in Verbindung stehende Abschnitt der Ladeluftleitung (12, 112, 133) den Kompressorzylindern (24, 25, 26 bzw. 125, 126, 127, 128) und der andere Abschnitt der Ladeluftleitung (13, 113) den Motorzylindern (21, 22, 23 bzw. 123, 124) zugeordnet ist und daß die an der Umschalteinrichtung (28, 137) in der Abgasleitung abzweigende Leitung (29, 132) über die Umschalteinrichtung (27, 134) in der Ladeluftleitung zu den Motorzylindern (21, 22, 23 bzw. 123, 124) führt.