DE3200521C2

DE3200521C2 -

Info

Publication number: DE3200521C2
Application number: DE3200521A
Authority: DE
Inventors: Daniel Kvevlax Fi Paro
Original assignee: WARTSILA DIESEL INTERNATIONAL Ltd HELSINKI FI Oy
Current assignee: Wartsila Oy AB
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1992-10-01
Also published as: CH654378A5; DE3200521A1; FI810067L; FI65309B; FI65309C

Description

Die Erfindung betrifft einen aufgeladenen Verbrennungs motor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Verbrennungsmotoren, die mit einer Abgasturbine auf geladen 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 von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen durch wengistens zwei verschiedene Strö mungskanäle 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 ver wendet wird, unmittelbar vor der Turbine zusammengefaßt werden. Stoßaufladung ist gewöhnlicherweise vorteilhaf ter im niedrigeren Drehzahlbereich des Motors, während das Pulskonverterverfahren gewöhnlicherweise vorteil hafter ist im höheren Drehzahl- oder Belastungsbereich des Motors.

Bei dem Zulauf der Abgase in die Abgasturbine sind die strömungstechnischen Faktoren von größter Bedeutung. Das ganze Ladeverfahren und dadurch auch der Wirkungs grad des ganzen Motors hängen in großem Ausmaß von der tadellosen und effektiven Funktion der Abgasturbine ab.

Die US-PS 34 23 926 gibt eine Lösung dafür, wie das Stoßaufladeverfahren während des normalen Betriebs des Motors ohne weiteres in ein Pulskonverterverfahren umge wandelt werden kann, die hierfür vorgeschlagenen Steuer anordnungen erfüllen aber nicht die genannten Kriterien, nämlich das Strömungsbild der Gasströme bei dieser Um wandlung nicht wesentlich zu stören. In sämtlichen Aus führungsformen der US-PS 34 23 926 handelt es sich um eine Strömungssteuerung, die so ausgeführt wird, daß eine Öffnung in einer Zwischenwand zweier Parallelkanäle geöffnet wird.

Die Querschnittsform und die Laufrichtung der Kanäle bleiben unverändert nicht nur vor und nach der Mischungs zone, sondern auch in der Mischungszone selbst. Dies hat zur Folge, daß bei Öffnen der Verbindungswand durch Verschwenken der darin angeordneten Zwischenwand die beiden parallellaufenden Gasströme nur in ihren Grenzbe reichen verwirbeln. Dabei kommt es zu einem gewünschten Druckausgleich, jedoch nicht zu einer Durchmischung der Gasströme.

Beim Gegenstand der DE-OS 30 08 180 werden nicht wie bei der beschriebenen US-PS zwei parallel angeordnete Strömungskanäle alternativ miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Vielmehr wird in der ersten Alter nativstellung einer der Strömungskanäle ganz abgesperrt, so daß die Gasströme durch den verbleibenden Strömungs kanal geführt werden. Dadurch verändern sich die Einlauf parameter der Abgasturbine vollständig.

Ausgehend von der US-PS 34 23 926 liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, beim Umschalten auf das Pulskon verterverfahren, d. h. bei Öffnen der Zwischenwand, eine optimale Durchmischung der Gasströme zu erreichen, ohne dabei das Strömungsbild wesentlich zu beeinträchtigen. Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des Anspruchs 1 ge löst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen beschrieben. Mit einem erfindungsgemäß aufge bauten Verbrennungsmotor ist es möglich, 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 Strömungskanäle 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 dar Strömung in einer geeigneten druckmittelbetätigten Anordnung ausgenützt werden kann. Als Ausgangswert für die Steuerung der Bewegung der 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 Steuerver fahren sind denkbar.

Eine strömungstechnisch vorteilhafte Lösung entsteht, wenn die genannten Strömungskanäle in der Strömungsrich tung gesehen zu einem Kanal zusammengefaßt werden, dessen Querschnittsfläche 0,5 .. 0,8 mal die genannte Gesamt querschnittsfläche beträgt.

Wenn die Erfindung in Praxis z. B. in einem Viertaktverbren nungsmotor angewendet wird, wird das beste Ergebnis gewöhn licherweise erzielt, wenn die Zusammenfassung der Strömungs kanäle 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 aufgeladenen Verbren nungsmotors und die daran angeschlossenen Strömungskanäle teilweise geschnitten;

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in einer anderen Funk tionslage;

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 Zylinder gruppen 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 Strömungs richtung gelagerte Drehwelle 7 hat. An dieser Drehwelle kann ein Kettenrad 8, ein Dreharm oder ein anderes Kraft übertragungselement angeschlossen sein, mit dem die erforderliche Drehkraft der Welle 7 übermittelt wird. In den Fig. 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 steuernder Prozessor erhalten. Es ist wichtig, daß die Drehscheibe 6 mit Sicherheit eine von den möglichen Endlagen einnimmt und nicht irrtümlicherweise in 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 mal der Gesamtquer schnittsfläche der darin zusammengefaßten Strömungskanäle.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern verschiedene Abwandlungen der Erfindung sind innerhalb des Rahmens der Patentansprüche möglich.

Claims

1. Aufgeladener Verbrennungsmotor mit einem von einer Abgasturbine getriebenen Ladeluftkompressor, wobei für die Leitung der Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen in die Abgasturbine parallel wenig stens zwei Strömungskanäle (3, 4) vorgesehen sind, die stromaufwärts von der Abgasturbine eine Verbindung (5) aufweisen, in der eine drehbare Zwischenwand (6) gela gert ist, deren Drehachse in Strömungsrichtung einge stellt ist und mit der die Strömungskanäle einerseits voneinander getrennt gehalten und andererseits miteinan der verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß

- die wengistens zwei Strömungskanäle (3, 4) von den Zylindern bzw. den Zylindergruppen kommend in der Strömungsrichtung gesehen konvergierend zu einem gemeinsamen Kanalteil (5) zusammengefaßt sind,
- dessen Querschnittsfläche etwas kleiner ist als die Gesamtquerschnittsfläche der gesamten Strömungskanäle,
- daß separate Strömungskanäle divergierend von dem genannten gemeinsamen Strömungskanalteil (5) zur Abgasturbine geführt sind,
- und daß diese Anordnung der zu- und abführenden Strömungskanäle in der Lage der drehbaren Zwischen wand (6) in dem gemeinsamen Kanalteil (5), in der sie die Strömungskanäle verbindet, ein stromlinien artiges Zusammenfließen der Gasströme aus den ankom menden Strömungskanälen (3, 4) zuläßt.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer schnittsfläche des gemeinsamen Kanalteils (5) 0,5... 0,8 mal die Gesamtquerschnittsfläche der Strömungskanäle (3, 4) beträgt.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusam menfassung und Trennung der genannten Strömungskanäle (3, 4) zum Beispiel von dem Ladedruck gesteuert automa tisch stattfindet, so daß wenn der Motor langsam oder unter niedriger Belastung läuft, die genannten Strö mungskanäle (3, 4) voneinander getrennt sind, und wenn der Motor schnell oder unter höherer Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle (3, 4) zusammengefaßt sind.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammen fassung der genannten Strömungskanäle (3, 4) in der obe ren Hälfte des Geschwindigkeits- oder Belastungsbereichs des Motors stattfindet.