DE693277C

DE693277C - Verfahren zur Regelung des Aufladeluftdruckes bei Brennkraftmaschinen mit Abgaskreiselgeblaese

Info

Publication number: DE693277C
Application number: DE1935M0131945
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1935-08-21
Filing date: 1935-08-21
Publication date: 1940-07-05

Description

Verfahren zur Regelung des Aufladeluftdruckes bei Brennkraftmaschinen mit Abgaskreiselgebläse Bei Brennkraftmaschinen, die mit einer Aufladegruppe, bestehend aus Aufladekreiselgebläse, antreibender Abgasturbine und einem etwaigen Hilfsantrieb ausgestattet -sind, ist es erwünscht, den Aufladeluftdruck regeln zu können, um bei veränderlicher Belastung der Brennkraftmaschine das in die Arbeitszylinder eingebrachte Luftgewicht der jeweiligen Brennstoffmenge anzupassen, d. h. bei größerer Belastung und Brennstoffmenge mittels höheren Aufladeluftdruckes ein entsprechend größeres Luftgewicht einzubringen und umgekehrt bei sinkender Belastung auch das eingebrachte Luftgewicht durch entsprechende Senkung des Aufladeluftdruckes zu verringern. Es ist bekannt, durch Verkleinern des Düsenquerschnitts der Abgasturbine die Turbinenleistung und damit die Gebläseleistung und den Aufladeluftdruck zu steigern. Wegen der hohen Temperaturen der der Abgasturbine zuströmenden Gase bieten jedoch Düsenventile zur Steuerung der Düsenquerschnitte der Abgasturbine bauliche und betriebliche Schwierigkeiten.
Man hat daher vorgeschlagen, die Regelung der Turbinenleistung bei gleichbleibendem Düsenquerschnitt durch die Einführung eines Teiles der vom Gebläse geförderten Druckluft in die Abgasleitung vor der Turbine vorzunehmen. Dieses bekannte Verfahren beruht auf dem Gedanken durch Zuführung von kälterer Druckluft in die heißen Abgase die Temperatur der Gase vor der Turbine zu vermindern und infolge des in der Turbine zur Verfügung stehenden geringeren Temperaturgefälles die Leistung der Turbine ebenfalls zu verringern. Bei diesem Vorschlag hat man nur an die Abgastemperatur gedacht, mit deren Veränderung man auch die Leistung und die Drehzahl der Turbine beeinflussen wollte. Man hat aber dabei übersehen, daß bei Drosselung der Umlaufluft durch die Düsen der Abgasturbine ein zwar heißeres, aber auch kleineres Abgasgewicht strömt und demgemäß der Druck vor den Düsen sinkt.
Eingehende Untersuchungen haben nun gezeigt, daß der Einfluß der Druckänderung auf das Gefälle den Einfluß der Temperaturänderung weit mehr als ausgleicht. Gemäß der Erfindung wird daher die Steuerluftmenge durch das mehr oder weniger weite Öffnen eines Regel-,#entils in der Steuerluftleitung erhöht, wenn eine Steigerung des Luftenddruckes am Gebläse erzielt werden soll, und erniedrigt, wenn der Luftenddruck geringer sein soll, wobei entsprechend der Änderung des Aufladedruckes auch die Brennstoffüllung in der Brennkraftmaschine geändert wird.
Läßt man durch den gegebenen Düsenquerschnitt der Abgasturbine steigende Gas.- _ gewichte strömen, so sind hierzu steigende. Gefälle notwendig, wenn die Temperatur vor den Düsen nicht außerordentlich stark mit dem steigenden Gasgewicht absinken soll. Infolge der Erhöhung des aGefälles nimmt die der Turbine zugeführte Energie wesentlich stärker zu, als der Erhöhung des durch die Düsen strömenden Gasgewichtes entspricht. Es liegt also eine Relaiswirkung der der Turbine zuströmenden Steuerluft vor, die sich in einer erhöhten Energieentnahme aus der Brennkraftmaschine auswirkt.
Diese Relaiswirkung ist um so stärker, je weniger die Temperatur des Gases vor den Düsen mit steigendem Gasgewicht abnimmt. In Weiterbildung der Erfindung soll dementsprechend die Steuerluftmenge zwischen Gebläse und Abgasturbine geheizt werden, um die Mischtemperatur vor den Düsen möglichst hoch zu erhalten. Benutzt man für diese Aufheizung der Steuerluft die Abwärme der Abgasturbine, so kann bei dem kleinen Temperaturgefälle, das die Abgasturbine verarbeitet, die Steuerluft bis nahe an die Temperatur der der Turbine zuströmenden Gase aufgeheizt werden. Infolgedessen wird die Mischtemperatur für Steuerluft und Abgas der Brennkraftmaschine nur wenig mit steigender Steuerluftmenge abnehmen und die der Turbine zugeführte Energie auf größtmögliche Werte gesteuert werden können. Steigender Turbinenleistung entspricht steigender Luftenddruck am Gebläse, womit der beabsichtigte Zweck erreicht ist.
Die Steuerluft kann zu ihrer Aufheizung durch einen geschlossenen Schutzmantel, der die Turbine und heiße, gasführende Leitungen umschließt, geführt werden und so die Wirkung eines Wärmeschutzes oder einer Wasserkühlung der .heißen. Teile mindestens teilweise ersetzen.
Das Regelventil in der Steuerluftleitung kann von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von allen möglichen Betriebsgrößen, z.B. von der Brennstoffüllung, in der Weise verstellt werden, daß bei zunehmender Brennstoffüllung auch der Aufladeluftdruck zunimmt. Da beim Betrieb von Flugzeugen der äußere Luftdruck in größeren Höhen abnimmt, ist es besonders vorteilhaft, wenn man in größeren Flughöhen auch den Aufladeluftdruck trotz des geringeren Außenluftdruckes auf der gleichen Höhe wie am Erdboden halten kann, um die Leistung der Brennkraftmaschine in größeren Höhen nicht wegen eines verringerten Luftgewichtes in den Arbeitszylindern abfallen zu lassen. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die sich voneinander durch die Art der Heizung der den Abgasen vor der Turbine zugesetzten Druckluft unterscheiden.
Von der Brennkraftmaschine i werden die Abgase durch die Leitung :2 der Abgasturbine 3 zugeführt, welche das Kreiselgebläse 4. antreibt. Die Druckluft strömt der Brennkraftmaschine i durch die Leitung 5 zu. Zwischen den Leitungen 2 und 5 ist eine Verbindungsleitung 6' angeordnet, die mit einem Regelventil ? versehen ist, mit dessen Hilfe der Zustrom vdn Druckluft in die Abgasleitung 2 geregelt wird. Das Regelventil 7 wird entweder von Hand oder in Abhängigkeit von irgendwelchen Betriebsgrößen selbsttätig eingestellt, z. B. durch den Füllungsregler in Abhängigkeit von der Brennstofffüllung oder bei Flugzeugen durch, einen Höhenmesser- in Abhängigkeit von der Flughöhe. Zur Erwärmung der den Abgasen zugesetzten Druckluft ist ferner ein Heizmantel B. um die Verbindungsleitung 6 gelegt, durch den die von der Turbine 3- kommenden Abgase strömen.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Abb. 2 ist die Leitung 6 nicht unmittelbar mit der Abgasleitung 2 verbunden, sondern die abgezweigte Druckluft durchfließt einen um die Abgasturbine 3 gelegten Kühlmantel g und gelangt erst dann in erhitztem Zustand durch die Leitung io in die Abgasleitung 2. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß gleichzeitig mit der Erwärmung der Druckluft die Abgasturbine gekühlt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung des Aufladeluftdruckes bei Drennkraftmaschinen mit Abgaskreiselgebläse, bei welchem ein Teil der vom Anfladegebläse gelieferten Druckluft als Steuerluftmenge über ein Regelventil dem Abgas der Brennkraftmaschine vor der Abgasturbine zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei . gewünschter Erhöhung des Luftenddruckes des Aufladegebläses das Regelventil weiter geöffnet und bei gewünschter Absenkung des Luftenddruckes weiter geschlossen wird, wobei entsprechend der Änderung des Aufladedruckes auch die Brennstofffüllung in der Brennkraftmaschine geändert wird.
2. Verfahren zur Regelung des Aufladeluftdruckes nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerluft zwischen Aufladegebläse und Abgasturbine geheizt wird.
3. Verfahren zur Regelung des Aufladeluftdruckes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß.die Steuerluft durch einen geschlossenen Schutzmantel, der die Abgasturbine und auch die Abgasleitungen vör und hinter der Turbine umschließen kann, geführt und dadurch geheizt wird. Verfahren zur Regelung des Aufladeluftdruckes nach Anspruch r, insbesondere für Flugmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil selbsttätig in Abhängigkeit von der Flughöhe bei Flugzeugen verstellt wird.