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Dokumentenidentifikation DE19809618A1 09.09.1999
Titel Zweitaktmotor
Anmelder MAN B&W Diesel A/S, Kopenhagen/Koebenhavn, DK
Erfinder Kjemtrup, Niels, Birkeroed, DK;
Tsalapatis, Dimitrios Nikolaos, Mäloev, DK
Vertreter Munk, L., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 86150 Augsburg
DE-Anmeldedatum 06.03.1998
DE-Aktenzeichen 19809618
Offenlegungstag 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse F02B 75/10
IPC-Nebenklasse F02B 37/00   F01N 7/10   F02M 25/07   F02B 25/00   
Zusammenfassung Bei einem Zweitakt-Motor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, mit wenigstens einem Zylinder (1), der mit einer durch den zugeordneten Kolben (2) steuerbaren Einlaß-Schlitzanordnung (4) zum Zuführen des Füllungsmediums und mit einer für eine über einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich sich erstreckende Öffnungszeitspanne (Ta) geöffneten Auslaß-Anordnung zum Abführen des Abgases versehen ist, lassen sich dadurch eine gute Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit erreichen, daß die Auslaß-Anordnung mehrere Auslässe (10, 11, 12) aufweist, denen unabhängig voneinander betätigbare Auslaß-Ventile (13, 14, 15) zugeordnet sind, die während verschiedener, innerhalb der Öffnungszeitspanne (Ta) liegender Teilöffnungszeiten (T10, T11, T12) geöffnet sind und die Abgasgesamtmenge in mehrere Abgasteilströme (V10, V11, V12) unterteilen, die unterschiedlichen Zielen zuführbar sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, insbesondere einen Zweitakt- Großdieselmotor mit Turbolader, mit wenigstens einem Zylinder, der mit einer durch den zugeordneten Kolben steuerbaren Einlaß-Schlitzanordnung zum Zuführen des Füllungsmediums und mit einer für eine über einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich sich erstreckende Öffnungszeitspanne geöffneten Auslaß-Anordnung zum Abführen des Abgases versehen ist.

Bei bekannten Anordnungen dieser Art, beispielsweise bei den Zweitakt- Großdieselmotoren der Anmelderin, enthält die Auslaß-Anordnung lediglich ein großes Auslaßventil. Es ergibt sich daher lediglich ein Abgas- Strom, der alle Verunreinigungen und Umweltgifte enthält und der eine mittlere Temperatur hat, die wesentlich niedriger als die der expandierenden Verbrennungsgase ist, die während der Vor-Auslaßzeitspanne (die Öffnungszeitspanne des Auslaßventils vor dem Öffnen der Einlaß- Schlitzanordnung) abgelassen werden, und wesentlich höher als die der fast sauberen Spülluft, die während der Nach-Auslaßzeitspanne (die Ausströmungszeitspanne nach dem Schließen der Einlaß-Schlitzanordnung) abgelassen wird.

Bei diesen bekannten Anordnungen dieser Art sind daher zur Reinigung und Entgiftung des Abgases vergleichsweise große Aggregate erforderlich, die einen der gesamten Abgasmenge entsprechenden Volumenstrom verkraften müssen, was sich wegen der gegebenen Einbauverhältnisse ungünstig auswirken kann.

Ferner erfordert die verhältnismäßig niedrige mittlere Temperatur des Abgases, daß die Aggregate zur Reinigung des Abgases von hierin enthaltenen Stickstoffoxyden zwischen dem Abgasbehälter und dem Einlaß der Turboladerturbine angebracht werden müssen, damit der erforderliche katalytische Prozeß verlaufen kann. Nach der Turboladerturbine wäre die Temperatur zu niedrig.

Außerdem geht dabei ein Teil der Abgasenergie verloren, da eine Vermischung der Gesamtmenge des Abgases in einem Behälter bewirken wird, daß der verhältnismäßig hohe Druck im Zylinder während des Vor- Auslassens auf den im Abgasbehälter vorhandenen Druck abgedrosselt wird, ohne daß sich dies für mechanische Arbeit ausnutzen läßt, was sich auf die Gesamtwirtschaftlichkeit ungünstig auswirkt. Dieser Abdrosselungsverlust bedeutet, daß bei modernen Zweitakt-Dieselmotoren ein Energiepotential von etwa 8% der Wellenleistung des Motors verloren geht.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß eine vergleichsweise hohe Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslaß-Anordnung mehrere Auslässe aufweist, denen unabhängig voneinander betätigbare Auslaßventile zugeordnet sind, die während verschiedener Teilöffnungszeiten geöffnet sind und die Abgasgesamtmenge in mehrere Abgasteilströme unterteilen, die unterschiedlichen Zielen zuführbar sind.

Mit diesen Maßnahmen lassen sich die eingangs geschilderten Nachteile minimieren oder ganz vermeiden. Die Aufteilung der gesamten Abgasmenge in mehrere Abgasteilströme ermöglicht in vorteilhafter Weise eine individuelle, an die Verhältnisse in jedem Abgasteilstrom angepaßte Verwendung bzw. Nachbehandlung des Abgases, was sich vorteilhaft auf die Erzielung eines hohen Reinheitsgrads sowie einer guten Wirtschaftlichkeit auswirkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterentwicklungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann die Auslaß-Anordnung vorteilhaft wenigstens zwei Auslaßgruppen mit jeweils wenigstens einem Auslaß aufweisen. Dies ermöglicht bereits bei vergleichsweise geringem Bauaufwand eine Optimierung in die eine oder andere Richtung.

So kann vorgesehen sein, daß die Teilöffnungszeit wenigstens eines Auslasses zumindest teilweise, vorzugsweise ganz in den Bereich nach der Absteuerung der Einlaß-Schlitzanordnung fällt. Dieser Abgasteilstrom besitzt einen vergleichsweise hohen Reinheitsgrad und eine vergleichsweise niedrige Temperatur. Dieser Abgasteilstrom kann daher entweder direkt oder indirekt durch ein separates Kühl-/Reinigungsaggregat oder durch den eigenen Spülluftkühler des Motors der Einlaß-Schlitzanordnung zugeführt und damit rezirkuliert werden. Wird der rezirkulierte Abgasteilstrom durch einen Kühler geleitet, bewirkt dies eine Erhöhung der Motor- Durchspülung, mit einer daraus resultierenden Reduktion der Anlaßtemperatur der Motorkompression, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Motors führt. Da der Reinheitsgrad der Spülluft durch diese Rezirkulation reduziert wird, reduzieren sich hierbei die Möglichkeiten zur Bildung von NO-Formationen während der Verbrennung. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß auch der Bedarf an saubere Ladeluft, geliefert durch den Verdichter eines Turboladers, reduziert wird, womit sich auch die Größe des Verdichters reduzieren läßt. Da während dieser Phase des Motorzyklusses, die Einlaß-Schlitzanordnung des Motors geschlossen ist, sorgt in vorteilhafter Weise die aufwärtsgehende Bewegung des Kompressionshubs dafür, daß das Abgas zum Ladeluftspeicher des Motors weitergepumpt wird. Wünscht man eine Vergrößerung der rezirkulierenden Menge, kann es notwendig werden, die Öffnungszeitspanne des vorliegenden Auslasses so zu verlängern, daß er bereits vor dem Schließen der Schlitzanordnung des Motors durch den Kolben geöffnet wird. Dies verursacht desweiteren, daß dieser Teilstromstrang mit einem Verdichter zum Transport des Abgases im System versehen werden muß. Dieser Verdichter wird jedoch mit einem viel niedrigeren Druckverhältnis als der Verdichter eines Turboladers operieren und somit den Leistungsbedarf zur Erzeugung der Spülluft (Gas) wesentlich reduzieren.

Gemäß einer anderen Weiterentwicklung der übergeordneten Maßnahmen kann vorgesehen sein, daß die Teilöffnungszeit wenigstens eines Auslaßventils zumindest teilweise vorzugsweise ganz in den Bereich vor der Aufsteuerung der Einlaß-Schlitzanordnung fällt. Da in dieser Zeitspanne des Motorzyklusses keine direkte Verbindung zwischen diesem Abgasstrom und dem Ladeluftspeicher besteht, kann der Druck im zugeordneten Abgasbehälter höher als im Ladeluftspeicher sein, ohne daß dies zur Rückströmung führen wird. Dieser Abgasteilstrom weist einen verhältnismäßig hohen Druck und eine verhältnismäßig hohe Temperatur und somit einen hohen Energiegehalt auf. Wegen des verhältnismäßig hohen Drucks im zugeordneten Abgasspeicher erhöht sich das Potential zur Umsetzung der Energie im Abgas in mechanische Arbeit. Dieses Potential kann praktisch in einer angeschlossenen Turboladerturbine und/oder Kraftturbine genutzt werden. Ferner wird dieser Abgasstrom, welcher nur einen beschränkten Teil der gesamten Abgasmenge ausmacht, einen wesentlichen Teil der Gesamtmenge von Verunreinigungen und Umweltgiften enthalten. Ein großer Teil der Gesamtmenge von Verunreinigungen und Umweltgiften des Motors läßt sich somit in einem verhältnismäßig kleinen Aggregat reinigen, welches sich sowohl vor als auch nach einer Turboladerturbine bzw. Kraftturbine plazieren läßt, da die Temperatur noch hoch genug dafür ist, daß die katalytischen Prozesse sowohl vor als auch nach der Expansion in den Turbinen ablaufen können.

In jedem Fall kann vorgesehen sein, daß die Teilöffnungszeit wenigstens eines Auslaßventils zumindest teilweise in den Bereich zwischen Auf- und Absteuerung der Einlaß-Schlitzanordnung fällt, oder diesen Bereich ganz deckt. Durch den dabei entstehenden Abgasteilstrom wird zweckmäßig ein eigener Abgas-Turbolader angetrieben, welcher zusammen mit einem durch den oben erwähnten Abgasteilstrom, dessen Teilöffnungszeit zumindest teilweise vor die Aufsteuerung der Einlaßschlitzanordnung fällt, beaufschlagbaren Abgasturbolader, den Bedarf des Motors an Füllungsluftmenge mehr als decken kann. Somit entsteht die Möglichkeit, daß die überschüssige Energiemenge im Gesamtabgasstrom zum Treiben irgendeiner Form von zweckmäßig parallel geschalteter Kraftturbine genutzt werden kann, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Motors erhöht wird. Die Parallelschaltung hat den Vorteil, daß sich jeweils eine vergleichsweise kleine Baugröße ergibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterentwicklungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zweitakt-Großdieselmotors mit mehreren Auslässen.

Fig. 2 ein Diagramm des Abgas- und Füllungsvolumenstroms über dem Kurbelwinkel bzw. der Zeit.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise von Zweitakt-Großdieselmotoren, wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden können, sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr. Derartige Motoren enthalten in der Regel mehrere, in Reihe nebeneinander angeordnete Zylinder 1, von denen in Fig. 1 stellvertretend lediglich ein Zylinder 1 dargestellt ist. Jedem Zylinder 1 ist ein mit der nicht näher dargestellten Kurbelwelle zusammen wirkender Kolben 2 zugeordnet, der einen Brennraum 3 begrenzt. Dem Brennraum 3 werden Brennstoff und Luft zugeführt. Der Brennstoff, hier Dieselöl, wird eingespritzt. Die Einspritzeinrichtung ist in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Zufuhr der Luft erfolgt über im Bereich der Zylinderwand angeordnete Einlaß-Schlitze 4, die vom Kolben 2 im Bereich des unteren Kolbentotpunkts überfahren und damit auf- und abgesteuert werden.

Die Ladeluft wird unter Verwendung der Energie des Abgases vorverdichtet. Hierzu ist eine Anordnung mit hier zwei Abgas-Turboladern 5, 6 vorgesehen, denen ein gemeinsamer Ladeluftkühler 7 nachgeordnet ist, durch den die Temperatur der Ladeluft herabgesetzt wird. Dem Kühler 7 ist ein über alle Zylinder 1 durchgehender Ladeluftspeicher 8 nachgeordnet, von dem Stichleitungen 9 zu den einzelnen Zylindern 1 abgehen.

Das bei der Verbrennung entstehende Abgas wird über mehrere, im Bereich des Zylinderkopfes angeordnete Auslässe 10, 11, 12 aus dem Brennraum 3 ausgestoßen. Im dargestellten Beispiel sind drei Auslässe 10, 11, 12 vorgesehen. Jeder Auslaß 10, 11, 12 kann mittels eines zugeordneten Auslaßventils 13, 14, 15 verschlossen bzw. geöffnet werden. Jeder Auslaß 10, 11, 12 ist über einen zugeordneten Auslaß-Stutzen 16, 17, 18 mit einem zugeordneten Abgas-Sammelrohr 19, 20, 21 verbunden. Die einander entsprechenden Auslässe 10 bzw. 11 bzw. 12 sämtlicher Zylinder 1 sind dabei jeweils an dasselbe Abgas-Sammelrohr 19 bzw. 20 bzw. 21 angeschlossen.

Die Auslaßventile 13, 14, 15 sind unabhängig voneinander betätigbar. Die hierfür vorgesehenen Betätigungseinrichtungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Steuerung der Betätigungseinrichtungen der Auslaßventile 13, 14, 15 ist so eingerichtet, daß die Auslässe 10, 11, 12 jedes Zylinder 1 nacheinander offen sind. Überschneidungen sind möglich. Es ergibt sich dementsprechend eine im Diagramm gemäß Fig. 2 mit Ta angedeutete Öffnungszeitspanne, innerhalb welcher die Auslässe 10, 11, 12 geöffnet sind. Diese Zeitspanne reicht hier über die mit Te bezeichnete Zeitspanne, innerhalb der die Einlaß-Schlitze 4 geöffnet sind, nach vorne und hinten hinaus. In einzelnen Fällen kann eine Verlängerung von Ta gegenüber Te nur in einer Richtung vorgesehen sein.

In Fig. 2 sind die Zeiten t1, t2, t3, t4 angegeben, die die Öffnungszeitspanne Ta der Auslässe 10, 11, 12 in drei Teilöffnungszeiten T10, T11 und T12 unterteilen. Während T10 ist das dem Auslaß 10 zugeordnete Auslaßventil 13 offen. Diese Zeitspanne fällt ganz oder teilweise mit der Zeitspanne, in der die Einlaß-Schlitze 4, durch die Arealkurve Ve stellvertretend dargestellt, geöffnet sind, zusammen. Während T11 ist das dem Auslaß 11 zugeordnete Auslaßventil 14 offen. Während T12 ist das dem Auslaß 12 zugeordnete Auslaßventil 15 offen. Es ergeben sich dementsprechend mehrere, hier drei, in Fig. 2 durch die Kurven V10, V11 und V12 angedeutete Abgasteilströme. Die Fläche unter den genannten Kurven entspricht jeweils dem zugehörigen Öffnungsbereich des betreffenden Ventils. Das Öffnungsareal des die Einlaß-Schlitze 4 passierenden, dem Brennraum 3 zugeführten Füllungsvolumenstroms ist durch die Kurve Ve angedeutet.

Der Auslaß 10 ist, wie oben ausgeführt wurde, während der über die Einlaß-Schlitze erfolgenden Spülung des Brennraums 3 offen. Der Abgasteilstrom V10 ist dementsprechend der größte Abgasteilstrom. Dieser dient zum Antrieb des ersten Abgas-Turboladers 5. Dementsprechend ist das Abgas-Sammelrohr 19 über eine Leitung 22 mit der Turbine 5a des Abgas- Turboladers 5 verbunden, dessen Verdichter 5b, wie oben schon erwähnt wurde, über eine Leitung 23 an den Ladeluftkühler 7 angeschlossen ist. Mittels des Abgasteilvolumenstroms V10 wird hier gleichzeitig eine Kraftturbine 28 angetrieben. Diese ist hier zur Erzielung kleiner Baugrößen strömungsmäßig parallel zur Turbine 5a des Abgasturboladers 5 angeordnet. Auch eine serielle Anordnung wäre natürlich denkbar.

Der Auslaß 11 wird, wie sich aus Fig. 2 ergibt, bereits vor Beginn der vorstehend erwähnten Spülung geöffnet. Vor Beginn der Spülung der Brennkammer 3 besitzt das Abgas eine vergleichsweise hohe Temperatur sowie einen vergleichsweise hohen Druck und einen hohen Gehalt an Verunreinigungen und Umweltgiften. Der zugehörige Abgasteilstrom V11 enthält daher vergleichsweise viel Energie, die hier ebenfalls zum Antrieb eines Abgas-Turboladers verwendet wird. Um diese Energie voll ausnutzen zu können, ist ein eigener Abgas-Turbolader, hier der zweite Abgas- Turbolader 6, vorgesehen, dessen Turbine 6a über eine Leitung 24 an das Abgas-Sammelrohr 20 angeschlossen ist. Der Verdichter 6b des Abgas- Turboladers 6 ist hier über eine Leitung 25 an den Ladeluftkühler 7 angeschlossen. Auch hier kann, wie aus Fig. 1 entnehmbar ist, noch wenigstens eine zusätzliche, zweckmäßig parallel geschaltete Kraftturbine 29 beaufschlagt werden.

In den Abgas-Sammelrohren 19 und/oder 20 können Katalysatoren angeordnet sein, die jeweils Rußfilter und Nox-Katalysator-Elemente enthalten. Die Menge von Verunreinigungen und Umweltgiften, die an die Umgebung abgegeben wird, hängt somit davon ab, ob Katalysatoren in beiden Teilströmen V10 und V11, nur in einem oder in keinem dieser Teilströme angeordnet sind.

Im Vergleich mit der totalen Menge ist der Teilstrom V11 klein, enthält aber, wie oben erwähnt, eine große Menge von Verunreinigungen und Umweltgiften. Somit ist eine bedeutende Reduktion der gesamten Menge von Verunreinigungen und Umweltgiften, die an die Umgebung abgegeben wird, dadurch erreichbar, daß ein verhältnismäßig kleiner Katalysator in diesem Teilstrom angebracht wird. Ferner wird die Temperatur des Teilstroms 20 dafür hoch genug sein, daß die notwendigen katalytischen Prozesse in einer nach der Turbine angeordneten Katalysator problemlos verlaufen können. Mit diesem Prinzip wird es möglich durch Behandlung von weniger als 25% des gesamten Abgasstroms, die Menge der an die Umgebung abgegebenen Verunreinigungen um mehr als 50% zu reduzieren.

In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel fällt die Öffnungszeitspanne für Abgasstrom V11 vor den Zeitpunkt der Aufsteuerung der Einlaß- Schlitzanordnung 4. Wie oben erwähnt bewirkt dies, daß im Abgassammelrohr 20 ein höherer Druck als im Ladeluftspeicher 8 vorhanden ist, wodurch die durch die Turbinen 6a bzw. 29 auszuführende Expansionsarbeit erhöht wird. Wünscht man eine größere Reduktion der gesamten Menge von Verunreinigungen und Umweltgiften als die oben erwähnten 50%, läßt sich die Öffnungszeitspanne des Abgasstroms V11 verlängern, so daß sie die Öffnungszeitspanne der Einlaß-Schlitzanordnung 4 überschneidet. Dadurch wird die Abgasmenge V11 erhöht und die durch die im Abgassammelrohr 20 vorgesehene Katalysatoranordnung katalytisch bearbeitete Menge vergrößert.

Der Auslaß 12 ist nach Beendigung des oben erwähnten Spülvorgangs offen. Der zugehörige Abgasteilstrom V12 enthält daher nur noch vergleichsweise wenig Verunreinigungen und besitzt eine vergleichsweise tiefe Temperatur. Der Abgasteilstrom V12 kann daher zusammen mit frischer Ladeluft dem Brennraum 3 wieder zugeführt werden. Diese Rezirkulation senkt die benötigte Ladeluftmenge ab, so daß sich eine vergleichsweise kleine Baugröße der Abgas-Turbolader 5 und 6 ergibt.

Der Abgasteilstrom V12 kann direkt dem Ladeluftspeicher 8 zugeführt werden. Im dargestellten Beispiel wird der Abgasteilstrom V12 in den Ladeluftkühler 7 eingespeist, wie durch eine vorn Abgas-Sammelrohr 21 abgehende, zum Ladeluftkühler 7 führende Leitung 26 angedeutet ist. Auch die Verwendung eines eigenen Kühlers wäre denkbar. In der Leitung 26 ist eine Reinigungseinrichtung in Form eines Rußfilters 27 angeordnet, das im Abgasteilstrom V12 enthaltene Partikel entfernt. Durch die Nutzung dieses Prinzips, d. h. die Leitung des Abgasteilstroms V12 durch den Ladeluftkühler 27 oder durch einen separaten Kühler, kann erzielt werden, daß die gesamte durch die Einlaß-Schlitzanordnung 4 fließende Spülmenge erhöht wird, mit einer daraus resultierenden Verbesserung der Durchspülung des Motors mit kalter Luft/kaltem Gas und einer Reduktion der Temperatur im Zylinder 3 am Anfang der Kompression (Schließen des Abgasventils 15). Eine reduzierte Temperatur am Anfang der Kompression führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Motorprozesses.

In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel fällt die Öffnungszeitspanne des Teilstroms V12 hinter den Zeitpunkt der Absteuerung der Einlaß- Schlitzanordnung 4, so daß der Kolben 2 das Abgas durch Auslaß 12, Sammelrohr 21, Rußfilter 27 und Spülluftkühler 7 zum Ladeluftspeicher 8 drücken kann. Die Öffnungszeitspanne des Teilstroms V12 kann unter gewissen Umständen bereits vor der Absteuerung der Einlaß- Schlitzanordnung 4 anfangen, wodurch die rezirkulierende Menge erhöht werden kann. Dies erfordert jedoch den Einbau eines in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien angedeuteten Saugzuggebläses 30 im Bereich der Leitung 26. Bei Verwendung eines Saugzuggebläses in der Leitung 26 ist vorteilhaft vor diesem ein separater Kühler 31 eingebaut, wie in Fig. 1 weiter angedeutet ist.

Durch eine Mischung von sauberer Ladeluft und rezirkuliertem Abgas werden die Temperatur sowie der Sauerstoffgehalt in der Zylinderladung am Anfang der Kompression reduziert, wodurch eine Reduktion der Möglichkeiten für die Bildung von NO-Formationen während des Verbrennungsprozesses erreicht wird.

Wie oben beschrieben, ist die gesamte Menge an frischer Luft, die durch die Verdichter 5b und 6b strömt, im Vergleich zu der Menge, die bei bekannten Anordnungen mit einem gemeinsamen Auslaßventil durch den Verdichter strömt, reduziert. Ferner ist die dem reduzierten Massenstrom zugeführte Energiemenge im Vergleich zu den bekannten Anordnungen fast ungeändert. Dieses Verhältnis bedeutet, daß für die Expansion in den Turbinen 5a und 6a eine größere Menge Energie als zum Treiben der Kompressoren 5b und 6b benötigt wird, zur Verfügung steht, die in den dargestellten Kraftturbinen 28 und/oder 29 genutzt werden kann. Mit Hilfe der Kraftturbine 28 bzw. 29 können Aggregate jeder Art, beispielsweise Stromgeneratoren etc., angetrieben werden.

Die obige Beschreibung läßt erkennen, daß mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen die besonderen Eigenschaften jedes Abgasteilstroms besonders wirkungsvoll ausgenutzt werden können, so daß sich insgesamt eine hohe Leistungssteigerung des Motors erreichen läßt. Diese kann ohne weiteres 3-5% höher als bei den bekannten Motoren mit lediglich einem Auslaß-Ventil sein. Im dargestellten Beispiel sind drei Abgas-Teilströme vorgesehen, von denen zwei dem Spülvorgang vor- bzw. nachgeordnet sind. Hierbei lassen sich besonders gute Ergebnisse erreichen. Es ist jedoch erkennbar, daß bereits eine erhebliche Steigerung schon dadurch erreichbar wäre, wenn lediglich der eine oder andere der beiden Abgasteilströme V11 bzw. V12 vorgesehen wäre.

Im dargestellten Beispiel ist jedem Abgasteilstrom jeweils ein Auslaß zugeordnet. Es wäre aber auch denkbar, jedem Abgasteilstrom eine Gruppe mit mehreren Auslässen zuzuordnen. Ebenso wäre es denkbar, Überschneidungen der Teilöffnungszeiten vorzusehen.

Das dargestellte Beispiel basiert auf einem Zweitakt-Großdieselmotor. Die Erfindung kann aber auch bei anderen Zweitakt-Motoren, beispielsweise Gasmotoren, Diesel-Gasmotoren, Otto-Gasmotoren und Otto-Motoren mit Vorteil angewandt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Zweitakt-Motor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, mit wenigstens einem Zylinder (1), der mit einer durch den zugeordneten Kolben (2) steuerbaren Einlaß-Schlitzanordnung (4) zum Zuführen des Füllungsmediums und mit einer für eine über einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich sich erstreckende Öffnungszeitspanne (Ta) geöffneten Auslaß- Anordnung zum Abführung des Abgases versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß-Anordnung mehrere Auslässe (10, 11, 12) aufweist, denen unabhängig voneinander betätigbare Auslaß-Ventile (13, 14, 15) zugeordnet sind, die während verschiedener, innerhalb der Öffnungszeitspanne (Ta) liegender Teilöffnungszeiten (T10, T11, T12) geöffnet sind und die Abgasgesamtmenge in mehrere Abgasteilströme (V10, V11, V12) unterteilen, die unterschiedlichen Zielen zuführbar sind.
  2. 2. Zweitakt-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß-Anordnung wenigstens zwei jeweils wenigstens einen Auslaß (10 bzw. 11 bzw. 12) enthaltende Auslaß- Gruppen enthält.
  3. 3. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß-Anordnung drei jeweils wenigstens einen Auslaß (10 bzw. 11 bzw. 12) enthaltende Auslaß-Gruppen aufweist.
  4. 4. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungszeit (T10) wenigstens eines Auslasses (10) zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, in den Bereich (Te) zwischen der Auf- und Absteuerung der Einlaß-Schlitzanordnung (4) fällt und daß durch den zugeordneten Abgas-Teilstrom (V10) zumindest eine zugeordnete Turbine (5a, 28) antreibbar ist.
  5. 5. Zweitakt-Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasteilstrom (V10) ein eigener Abgasturbolader (5) zugeordnet ist.
  6. 6. Zweitakt-Motor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasteilstrom (V10) wenigstens eine vorzugsweise strömungsmäßig parallel zur Turbine (5a) des Abgasturboladers (5) angeordnete Kraftturbine (28) zugeordnet ist.
  7. 7. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungszeit (T11) wenigstens eines Auslasses (11) zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, in den Bereich vor der Aufsteuerung der Einlaß-Schlitzanordnung (4) fällt und daß durch den zugeordneten Abgas-Teilstrom (V11) zumindest eine zugeordnete Turbine (6a, 29) antreibbar ist.
  8. 8. Zweitakt-Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasteilstrom (V11) ein eigener Abgasturbolader (6) zugeordnet ist.
  9. 9. Zweitakt-Motor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasteilstrom (V11) wenigstens eine vorzugsweise strömungsmäßig parallel zur Turbine (6a) des Abgasturboladers (6) angeordnete Kraftturbine (29) zugeordnet ist.
  10. 10. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungszeit (T12) wenigstens eines Auslasses (12) zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, in den Bereich nach der Absteuerung der Einlaß-Schlitzanordnung (4) fällt und daß der zugeordnete Abgas-Teilstrom (V12) direkt oder indirekt der Einlaß- Schlitzanordnung (4) zuführbar ist.
  11. 11. Zweitakt-Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgas-Teilstrom (V12) ein Gebläse (30), vorzugsweise Saugzuggebläse, zugeordnet ist.
  12. 12. Zweitakt-Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gebläse (30) ein Kühler (31) zugeordnet ist.
  13. 13. Zweitakt-Motor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem der Einlaß- Schlitzanordnung (4) zuführbaren Abgasteilstrom (V12) zugeordneten Leitung (26) eine Reinigungseinrichtung (27) angeordnet ist.
  14. 14. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auslaß-Gruppe ein eigenes, über alle Zylinder (1) sich erstreckendes Abgas- Sammelrohr (19, 20, 21) zugeordnet ist.
  15. 15. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dem ersten Abgasteilstrom (V11) eine Katalysatoranordnung zugeordnet ist.
  16. 16. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jedem nicht rezirkulierenden Abgasteilstrom (V11, V10) eine Katalysatoranordnung zugeordnet ist.
  17. 17. Zweitakt-Motor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoranordnung in das zugehörige Abgas-Sammelrohr (19, 20) Integriert ist.
  18. 18. Zweitakt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein über alle Zylinder (1) sich erstreckender, gemeinsamer Ladeluftspeicher (8) vorgesehen ist, dem ein gemeinsamer Ladeluftkühler (7) vorgeordnet ist, der zumindest von der mittels wenigstens eines Abgas- Turboladers (5, 6) bereitgestellten Ladeluft, vorzugsweise auch durch den der Einlaß-Schlitzanordnung (4) zufügbaren Abgasteilstrom (V12), beaufschlagbar ist.






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