DE3200521A1

DE3200521A1 - "aufgeladener verbrennungsmotor"

Info

Publication number: DE3200521A1
Application number: DE19823200521
Authority: DE
Inventors: Daniel 66530 Kvevlax Paro
Original assignee: Osakeyhtioe Waertsilae 00101 Helsinki AB; Wartsila Oy AB
Current assignee: Wartsila Oy AB
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DE3200521C2; CH654378A5; FI65309C; FI810067L; FI65309B

Description

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AUFGELADENER VERBRENNUNGSMOTOR

Die Erfindung betrifft einen aufgeladenen Verbrennungsmotor mit einem von einer Abgasturbine getriebenen Ladeluftkompressor und mit Steueranordnungen für die Steuerung der Abgase von dem Motor zu der Abgasturbine.

In Verbrennungsmotoren, die mit einer Abgasturbine aufgeladen werden, werden an der Turbine zwei verschiedene bekannte Zulaufverfahren verwendet, und zwar in erster Linie davon abhängend, welche Eigenschaften dem Motor zu geben sind. Gemeinsam für die beiden Zulaufverfahren ist, dass die Abgase

lü von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen durch wenigstens zwei verschiedene Rohre der Abgasturbine zugeführt werden, welche, wenn das sog. Stossaufladeverfahren verwendet wird, als separate Rohre bis zu der Turbine fortgesetzt werden, aber welche, wenn das sog. Pulskonverterverfahren verwendet wird, unmittelbar vor der Turbine zusammengefasst werden. Stossaufladung ist gewöhnlicherweise vorteilhafter im niedrigeren Drehzahlbereich des Motors, während das Pulskonverterverfahren gewöhnlicherweise vorteilhafter ist im höheren Drehzahl- oder Belastungsbereich des Motors.

Bei dem Zulauf der Abgase in die Abgasturbine sind die strömungstechnischen Faktoren von grösster Bedeutung. Der Strömungskanal enthält gewöhnlicherweise einen Diffusorteil gerade vor der Abgasturbine, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Da das ganze Ladeverfahren und dadurch auch der Wirkungsgrad des ganzen Motors in grossem Ausmass von der tadellosen und effektiven Funktion der Abgasturbine abhängt, hat man bis jetzt es als unmöglich gehalten eine Lösung zu finden, durch welche das Stossaufladeverfahren während des normalen Betriebs des Motors ohne weiteres in ein PuIsconverterverfahren umgewandelt werden könnte. Man hat nicht einmal versucht dieses Problem anzugehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaf-

fen, mit dem das im vorgehenden Abschnitt genannte Problem so gelöst werden kann, dass die erforderlichen Steueranordnungen der Gasströme das Strömungsbild nicht wesentlich stören. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Steueranordnungen in an sich bekannter Weise für die Leitung der Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen in die Abgasturbine wenigstens zwei parallel an der Abgasturbine angeschlossene Strömungskanäle umfassen, und dass diese Strömungskanäle stromaufwärts von der Abgasturbine mit einem

lü gemeinsamen Kanalteil versehen sind, wo ein Strömungsleiter vorgesehen ist, mit dem die Strömungskanäle alternativ miteinander stromlinienartig verbunden oder als voneinander getrennte Strömungskanäle gehalten werden können. Mit einem in dieser Weise aufgebauten Verbrennungsmotor ist es möglich den Zweck der Erfindung zu erreichen und die Gasströme nach dem vorliegenden Bedarf zu steuern, ohne dass dabei das zu erreichende vorteilhafte Ergebnis vernichtende Strömungsverluste auftreten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung'findet eine Zusammenfassung und Trennung der Strömungskanäle, z.B. von dem Ladedruck gesteuert, automatisch statt, so dass wenn der Motor langsam oder unter niedriger Belastung läuft, die genannten Stömungskanäle voneinander getrennt sind, und wenn der Motor schnell oder unter höherer Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle zusammengefasst sind. In dieser Weise erhält man eine einfache Konstruktion, da der Ladedruck direkt für den Antrieb der Steueranordnung der Strömung ' in einer geeigneten druckmittelbetätigten Anordnung ausgenützt werden kann. Als Ausgangswert für die Steuerung der Bewegung der 3U Strömungssteueranordnung kann auch die Drehzahl, die Brennstoffzufuhr oder die Belastung des Motors verwendet werden, das letztgenannte z.B. in dem Fall, wenn der Motor einen Generator antreibt. Auch andere automatische Steuerverfahren sind denkbar.

Eine vorteilhafte und einfache Lösung entsteht, wenn die Steueranordnung der Strömung eine fortlaufend in der

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Strömungsrichtung bleibende Drehscheibe ist. Dies bedeutet, dass die Drehachse der Drehscheibe in der Strömungsrichtung liegt und dass die Drehscheibe dabei vorzugsweise in der Mitte eines im Querschnitt kreisförmigen Strömungskanals gelagert ist.

Die strömungstechnisch vorteilhafteste Lösung entsteht, wenn die genannten Strömungskanäle in der Strömungsrichtung gesehen zuerst zu einem Kanal zusammengefasst werden, dessen Querschnittsfläche ein wenig kleiner als die Querschnittsfläche der dazu führenden Strömungskanäle ist, vorzugsweise 0,5...0,8 mal die genannte Gesamtquerschnittsfläche, und welche Strömungskanäle dann als separate Strömungskanäle von dem genannten gemeinsamen Strömungskanalteil divergieren, in dessen Mitte eine drehbare Zwischenwand gelagert ist, deren Drehachse in der Richtung des gemeinsamen Kanalteils eingestellt ist und in einer bestimmten Lage die genannten Strömungskanäle voneinander getrennt hält und in einer anderen Lage das Zusammenfliessen der Gasströme gestattet.

Wenn die Erfindung in Praxis z.B. in einem Viertaktverbrennungsmotor angewendet wird, wird das beste Ergebnis gewöhnlicherweise erzielt, wenn die Zusammenfassung der Strömungskanäle in der oberen Hälfte des Drehzahl- oder Belastungsbereichs des Motors stattfindet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Abgasturbine eines erfindungsgemässen Verbrennungsmotors ■ und die daran angeschlossenen Zulasskanäle der Abgasen, teilweise geschnitten;
Fig. 2 die Anordnung gemäss Fig. 1 in einer anderen Funktionslage;

Fig. 3 den Schnitt III-III der Fig. 1;
Fig. 4 den Schnitt IV-IV der Fig. 2.

In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Abgasturbine und 2 das an der Turbine angeschlossene Zulaufrohrsystem der Abgase. Das

Zulaufrohrsystem 2 umfasst zwei separate Rohre 3 und 4, in welchen die Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen geleitet werden. Die Rohre 3 und 4 werden zu einem gemeinsamen Kanalteil 5 zusammengefasst, von dem sie wieder als separate Rohre divergieren, die direkt an der Abgasturbine 1 angeschlossen sind. In der Mitte des gemeinsamen Kanalteils 5 ist eine Drehscheibe 6 gelagert, die eine in der Strömungsrichtung gelagerte Drehwelle 7 hat. An dieser Drehwelle kann ein Kettenrad 8, ein Dreharm oder ein anderes Kraftübertragungselement angeschlossen sein, mit dem die erforderliche Drehkraft der Welle 7 übermittelt wird. In den Figuren 3 und 4 ist eine druckmittelbetätigte Drehkrafteinheit 9 dargestellt. In der Steuerung der Regelanordnung können verschiedene Ventilkonstruktioner als Hilfsmittel verwendet werden, z.B. Magnetventile, 'die ihre Steuerimpulse von einer die Drehzahl des Motors' messender Vorrichtung oder von einem die Belastung des Motors steuerender Prozessor erhalten. Es ist wichtig, dass die Drehscheibe 6 mit Sicherheit eine von den möglichen· Endlagen einnimmt und nicht irrtümlicherweise in

2ü irgendeiner unbestimmten, das Strömungsbild störenden Zwischenlage bleiben kann.

Wie es den Figuren zu entnehmen ist, werden bei der gezeigten Ausführungsform in den beiden Funktionslagen besonders stromlinienförmige Strömungskanäle gebildet, in denen die Strömungsverluste klein sind. Die freie Querschnittsfläche des gemeinsamen Kanalteils 5 ist etwa 0,7 nial der Gesamtquerschnittsfläche der darin zusammengefassten Strömungskanäle.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausf üh rung ε. form ■ beschränkt,' sondern verschiedene Abwandlungen der Erfindung sind innerhalb des Rahmens der Patentansprüche möglich.

Claims

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Kemnatenstr.4fl 8000 München 19 Telefon (0 80) 17 OI 86 TA LlUOPAT

Oy Wärtsilä Ab 07.01.1982

SF-00101 Helsinki 10 WA 34

PATENTANSPRÜCHE

ί 1.)Aufgeladener Verbrennungsmotor mit einem von einer Abgasturbine getriebenen Ladeluftkompressor und mit Steueranordnungen für die Steuerung der Abgase von dem Motor, zu der Abgasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Steueranordnungen in an sich bekannter Weise für die Leitung der Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen in die Abgasturbine (1) wenigstens zwei parallel an der Abgasturbine (1) angeschlossene Strömungskanäle umfassen und dass diese Strömungskanäle stromaufwärts von der Abgasturbine

(1) mit einem gemeinsamen Kanalteil (5) versehen sind, wo ein Strömungsleiter (6) vorgesehen ist, mit dem die Strömungskanäle (3»4) alternativ miteinander stromlinienartig verbunden oder als voneinander getrennte Strömungskanäle gehalten werden können.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammenfassung und Trennung der genannten Strömungskanäle (3,4), z.B. von dem Ladedruck gesteuert, automatisch stattfindet, so dass wenn der Motor langsam oder unter niedriger Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle (3,4) voneinander getrennt sind, und wenn der Motor schnell oder unter höherer Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle (3»4) zusammengefasst sind.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Steueranordnung der Strömung eine fortlaufend hauptsächlich in der Strömungsrichtung bleibende Drehscheibe (6) umfasst.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Strömungskanäle (3>4) in der Strömungsrichtung gesehen erst zusammengefasst werden, um einen Kanal (5) zu bilden, dessen Querschnittsfläche ein wenig kleiner als die Gesamtquerschnittsfläche der stromaufwärts liegenden Strömungskanäle (3>4) ist, vorzugsweise 0,5...0,8 mal die genannte Gesamtquerschnittsfläche, und dann von dem gemeinsamen Strömungskanalteil (5) divergierend zwei separate Kanäle bilden, und dass in dem gemeinsamen Kanalteil (5) eine drehbare Zwischenwand (6) vorgesehen ist, die in einer bestimmten Lage die genannten Strömungskanäle (3>4) getrennt hält und in einer anderen Lage das Zusammenfliessen der Gasströme der Kanäle (3>*O zulässt.
5. Viertaktverbrennungsmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammenfassung der genannten Strömungskanäle (3,¹I) in der oberen Hälfte des Geschwindigkeits- oder Belastungsbereichs des Motors stattfindet.