Einrichtung für die Aufladung von Dieselmotoren für Fahrzeugantrieb
Bei der bekannten Aufladung von Dieselmotoren durch abgasgetriebene Turbogebläse
werden die Düsenquerschnitte der Gasturbinen und die Abmessungen des Gebläserades
so bestimmt, daß bei der Höchstleistung des Dieselmotors die erforderliche Luftmenge
bei voller Drehzahl der Gebläsegruppe auf den erforderlichen Lade- und Spüldruck
verdichtet wird. Bei der Verwendung von Dieselmotoren für Schiffsantriebe ändert
sich bekanntlich das Drehmoment der Schraubenwelle angenähert mit der zweiten Potenz
der Schraubendrehzähl, so daß z. B. bei halber Schraubendrehzahl nur '/a des normalen
Drehmomentes erforderlich ist. Dementsprechend kann z. B. bei halber Schraubendrehzahl
die Füllung des Dieselmotors, d. h. die eingespritzte Brennstoffmenge, der das Drehmoment
angenähert verhältnisgleich ist, auf etwa 1/4 der normalen Füllung herabgesetzt
werden. Es ist dann auch nicht mehr notwendig, daß das Auf ladegebläse bei halber
Schraubendrehzahl den vollen Auflade- und Spüldruck erzeugt, wozu dieses auch nicht
in der Lage ist. Vielmehr geht z. B. 'bei halber Drehzahl des Dieselmotors auch
die Drehzahl der Gebläsegruppe auf etwa die Hälfte zurück, wobei das Gebläserad
die Hälfte der normalen Luftmenge auf etwa 1/4 des normalen Auflagedruckes verdichtet.
Dieser stark verringerte Auflagedruck genügt für den Beharrungszustand vollständig,
da bei der stark verringerten Füllung des Dieselmotors eine Aufladung und Spülung
nicht mehr in dem gleichen Maß erforderlich ist wie bei voller Füllung.Device for charging diesel engines for vehicle propulsion
In the known charging of diesel engines by exhaust gas-driven turbo blowers
are the nozzle cross-sections of the gas turbines and the dimensions of the fan wheel
determined so that the required amount of air at the maximum power of the diesel engine
at full speed of the blower group to the required charging and flushing pressure
is compressed. When using diesel engines for ship propulsion changes
As is known, the torque of the screw shaft approximates to the power of two
the screwdriver count, so that z. B. at half screw speed only '/ a of the normal
Torque is required. Accordingly, z. B. at half screw speed
the filling of the diesel engine, d. H. the amount of fuel injected, which is the torque
is approximately the same, reduced to about 1/4 of the normal filling
will. It is then no longer necessary that the charging fan at half
Screw speed generates the full charging and flushing pressure, which is also not the case
be able to. Rather, z. B. 'at half the speed of the diesel engine too
reduce the speed of the fan group to about half, with the fan wheel
half of the normal amount of air is compressed to about 1/4 of the normal contact pressure.
This greatly reduced contact pressure is completely sufficient for the steady state,
because with the greatly reduced filling of the diesel engine a charging and flushing
is no longer required to the same extent as with a full filling.
Anders liegen die Verhältnisse dagegen beim Manövrieren des Schiffes,
insbesondere beim Übergang
von Vorwärts- und kückwärtsfahrt. Hierbei
ändert sich das Drehmoment der Schraube nicht mehr mit der zweiten Potenz der Umdrehungszahl
(Kurve a, Abb. i), sondern nach der Kurve b der Abb. i, so daß beim Rückwärtsschlagen
der Schraube, während das Schiff noch vorwärts fährt, ein wesentlich größeres Drehmoment
auftritt als im Beharrungszustand. Dies wirkt sich besonders ungünstig aus bei elektrischer
Mertragung der Energie zwischen Dieselmotor und Schraube, insbesondere bei Verwendung
von Drehstrom. Hierbei wird beim Umsteuern zunächst die Drehzahl des Dieselmotors
und des ,mit ihm gekuppelten Generators auf etwa 25 bis 40% der Normaldrehzahl herabgesetzt
und dann der Elektromotor zum Antrieb der Schraube durch Tauschen zweier Phasen
abgestoppt und in entgegengesetzter Drehrichtung asynchron hochgefahren. Bei diesem
Umsteuervorgang treten vorübergehend hohe elektrische Ströme auf, die einer Steigerung
des Drehmomentes am Dieselmotor entsprechen und eine Vergrößerung der Füllung des
Dieselmotors erfordern, damit er nicht ste'henibleibt.The situation is different when maneuvering the ship,
especially during the transition
of forward and reverse travel. Here
the torque of the screw no longer changes to the power of the second power of the number of revolutions
(Curve a, Fig. I), but according to curve b of Fig. I, so that when hitting backwards
the screw while the ship is still moving forward, a much greater torque
occurs as in the steady state. This has a particularly unfavorable effect on electrical
Transfer of energy between the diesel engine and the screw, especially when in use
of three-phase current. When reversing, the speed of the diesel engine is initially used
and the generator coupled to it reduced to about 25 to 40% of normal speed
and then the electric motor to drive the screw by swapping two phases
stopped and started up asynchronously in the opposite direction of rotation. With this one
During the reversal process, high electrical currents occur temporarily, which lead to an increase
of the torque on the diesel engine and an increase in the filling of the
Require diesel engine so that it does not stop.
Je rascher der Umsteuervorgang ausgeführt wird, um so höher sind die
erforderlichen DrehmorrWnte und damit die notwendige Füllung des Dieselmotors. Dabei
wirkt es sich aber ungünstig aus, daß die Aufladegruppe entsprechend der herabgesetzten
Drehzahl des Dieselmotors auch nur mit verringerter Drehzahl und verringertem Aufladedruc'k
läuft, so daß die Spülung und Aufladung des Motors unvollkommen ist und damit das
höchstmögliche Drehmoment' nicht ausgenutzt- werden kann.The faster the reversing process is carried out, the higher are the
required torque and thus the necessary filling of the diesel engine. Included
but it has an unfavorable effect that the charging group corresponding to the reduced
Speed of the diesel engine only with reduced speed and reduced charging pressure
runs, so that the scavenging and charging of the engine is imperfect and thus that
highest possible torque 'cannot be used.
Es ist bereits bekannt, Dieselmotoren, insbesondere Zweitaktdieselmotoren,
mit zwei getrennten Gebläsen, nämlich für Spülung und Aufladung auszurüsten, die
wahlweise von zwei parallel geschalteten Abgasturbinen oder mit Hilfe von Überholungskupplungen
von der Welle des Dieselmotors selbst angetrieben werden. Weiterhin ist es bekannt,
die Gebläse wahlweise von zwei parallel geschalteten Abgasturbinen oder je von einer
fremden Kraftquelle, z. B. einem Elektromotor, anzutreiben, wobei - wiederum Überholungskupplungen
zu Hilfe genommen werden. Wenn nun so ausgerüstete Dieselmaschinen mit herabgesetzter
Drehzahl betrieben werden, so ist die Gasmenge für die beiden Abgasturbinen zweifellos
geringer als bei voller Drehzahl und Vollast, so daß auch die Abgasturbinen nur
langsam laufen. Ob dabei die Spül-und Aufladegebläse von der Abgasturbine oder von
der Welle des Dieselmotors bzw. dem Fremdantrieb über die Überholungskupplung angetrieben
werden, ist dabei nicht sicher. Keinesfalls ist es aber mit diesen bekannten Mitteln
möglich, bei herabgesetzter Drehzahl des Dieselmotors den vollen Spül- und Aufladedruck
zu erreichen, so daß auch bei Fahrzeugen, die mit so ausgerüsteten Dieselmotoren
betrieben werden, nur eine unvollkommene Spülung und Aufladung erzielt wird.It is already known to use diesel engines, in particular two-stroke diesel engines,
to equip with two separate fans, namely for flushing and charging, the
optionally from two exhaust gas turbines connected in parallel or with the help of overhaul clutches
driven by the shaft of the diesel engine itself. It is also known
the fans can be either from two exhaust gas turbines connected in parallel or from one each
foreign power source, e.g. B. an electric motor to drive, with - again overrunning clutches
be taken to help. If so equipped diesel engines with degraded
Speed are operated, the amount of gas for the two exhaust gas turbines is undoubtedly
less than at full speed and full load, so that the exhaust gas turbines only
run slowly. Whether the flushing and charging fan from the exhaust gas turbine or from
driven by the shaft of the diesel engine or the external drive via the overhaul clutch
is not certain. But it is by no means with these known means
possible, with reduced speed of the diesel engine the full flushing and charging pressure
to achieve, so that even with vehicles that are equipped with diesel engines
operated, only an imperfect flush and charge is achieved.
Der Erfindung, die eine Einrichtung für die Auf-Ladung von Dieselmotoren
für Fahrzeugantrieb mit zwei oder mehreren, von Abgasturbinen getriebenen, gas-
und luftseitig parallel geschalteten Auflade-und Spülluftgebläsen zum Gegenstand
hat, liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, mit deren Hilfe der volle
Spül- und Aufladedruck auch bei herabgesetzter Drehzahl des Dieselmotors mit Sicherheit
erreicht wird. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil
der Abgasgebläse ga.s- und luftseitig abgeschaltet wird, während die anderen Aufladegebläse
mit entsprechend höherer Drehzahl und damit höherem Spüldruck arbeiten.The invention, a device for the supercharging of diesel engines
for vehicle propulsion with two or more gas turbine-driven
and charging and scavenging air fans connected in parallel on the air side to the object
has, the task is to take measures with the help of which the full
Flushing and charging pressure with safety even when the speed of the diesel engine is reduced
is achieved. According to the invention this object is achieved in that a part
the exhaust fan is switched off on the gas and air sides, while the other supercharger fans
work at a correspondingly higher speed and thus higher flushing pressure.
Der ibesöndere Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß
erstmalig auch bei verringerter Motordrehzahl der volle Aufladedruck und das volle
Drehmäment erzielt werden, ohne daß zusätzliche Hilfsmittel, wie Fremdantriebe,
Überholungskupplungen od. dgl., zu Hilfe genommen werden müssen.The other advantage of the subject invention is that
For the first time, the full boost pressure and the full boost even at a reduced engine speed
Torque can be achieved without additional aids such as external drives,
Overhaul clutches or the like, must be used as an aid.
In der Abb.2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, z. B. ein
dieselelektrischer Schiffsantrieb, dargestellt. Hierbei bedeutet i den Dieselmotor,
der z. B. sechs Zylinder 2 besitzt. Für die Aufladung und Spülung sind zwei selbständige
Aufladegebläsegruppen A und B vorgesehen, von denen jede für die Hälfte
der normalen Gas- und Luftmenge bemessen ist. Abweichend hiervon können die Aufladegebläsegruppen
aber auch für verschiedene Anteile an der normalen Gas- und Luftmenge agsgelegt
sein. Wichtig ist nur, daß jede Aufladegruppe für den gleichen verhältnismäßigen
Anteil an der Gasmenge und an der Luftmenge bemessen ist. So kann beispielsweise
die eine Aufladegruppe für 30°/o und die andere Aufladegruppe für 70% der normalen
Abgas- und Luftmenge bemessen sein. Die Turbinen 3 und 3' der beiden Aufladegruppen
A und B sind durch Abgasleitungen ,4 und 5, die beiden Gebläse 6 und
6' durch die Druckluftleitung 7 parallel geschaltet, so daß sie im normalen Betrieb
wie eine einzige Aufladegebläsegruppe wirken. Nach der Erfindung wird nun 'beim
Umsteuern der Drehrichtung die eine Aufladegebläsegruppe A gasseitig und luftseitig
vorübergehend abgeschaltet, so daß nur noch die Aufladegebläsegruppe B von den Abgasen
beaufschlagt wird und Aufladeluft liefert. Ist die Aufladegebläsegruppe A z. B.
für 401% der normalen Gas- und Luftmenge ausgelegt und wird der Dieselmotor beim
Umsteuern auf 40% der Normaldrehzahl herabgesetzt, so erhält die Gruppe
B bei abgeschalteter Gruppe A ihre volle Gasmenge und kann daher mit
voller Drehzahl laufen und den vollen Spüldruck erzeugen, da der Motor auch nur
400/0 -der Normalluftmenge ansaugt. Äuf diese Weise ist es möglich, den Dieselmotor
beim Umsteuern mit höchster Füllung und dadurch mit höchstem Drehmoment zu betreiben,
wodurch eine wesentliche Beschleunigung des Umsteuervorganges und damit eine Verbesserung
der Manövriereigenschaften des Schiffes erreicht wird. Gasseitig wird die Aufladegebläsegruppe
A der Abb.2 durch die beiden miteinander gekuppelten
Drosselklappen
8 abgesperrt, deren Betätigung von Hand oder auch durch elektrische oder hydraulische
Fernbetätigung io gleichzeitig mit der Umschaltung der elektrischen Anschlüsse für
den zum Antrieb der Schiffsschraube dienenden Elektromotor erfolgen kann. Die Abschaltung
des Gebläses 6 von der Druckleitung 7 erfolgt in einfacher Weise durch die Rückschlagklappe
9, welche sich schließt, sobald die Drehzahl der Aufladegruppe A absinkt.In the Fig.2 is an embodiment of the invention, for. B. a diesel-electric ship propulsion shown. Here i means the diesel engine, the z. B. has six cylinders 2. For charging and purging, two independent charging fan groups A and B are provided, each of which is designed for half the normal amount of gas and air. Notwithstanding this, the supercharger groups can also be set up for different proportions of the normal amount of gas and air. It is only important that each charging group is dimensioned for the same proportionate proportion of the amount of gas and the amount of air. For example, one charging group can be dimensioned for 30% and the other charging group for 70% of the normal exhaust gas and air volume. The turbines 3 and 3 'of the two charging groups A and B are connected in parallel by exhaust lines 4 and 5, the two fans 6 and 6' by the compressed air line 7, so that they act as a single supercharger group during normal operation. According to the invention, when the direction of rotation is reversed, one supercharger group A is temporarily switched off on the gas side and air side, so that only supercharger group B is acted upon by the exhaust gases and supplies supercharging air. Is the supercharger group A z. B. designed for 401% of the normal gas and air volume and if the diesel engine is reduced to 40% of the normal speed when reversing, then group B receives its full amount of gas when group A is switched off and can therefore run at full speed and generate the full purging pressure, because the engine only draws in 400/0 of the normal amount of air. In this way it is possible to operate the diesel engine when reversing with maximum filling and thus with maximum torque, whereby a substantial acceleration of the reversing process and thus an improvement of the maneuverability of the ship is achieved. On the gas side, the supercharger group A of Figure 2 is shut off by the two throttle valves 8 coupled to one another, which can be operated manually or by electrical or hydraulic remote control simultaneously with the switching of the electrical connections for the electric motor used to drive the propeller. The blower 6 is switched off from the pressure line 7 in a simple manner by the non-return valve 9, which closes as soon as the speed of the supercharging group A drops.
Allgemein gelten diese L`berlegungen nicht nur für Schiffsantriebe.
sondern auch für alle diejenigen Fälle, bei denen bei stark absinkender Drehzahl
des Dieselmotors volle Füllung angestrebt wird, insbesondere z. 13. bei Lapdfahrzeugen,
wie Lokomotivantrieben usw., wo z. B. bei Bergfahrt das volle Drehmoment bei stark
herabgesetzter Drehzahl nötig ist. Man kann für solche Fälle auch die Aufladegebläsegruppe
B durch eine Drosselklappe wahlweise absperrbar machen. Wenn dann die beiden Gruppen
_-I und B nicht je für die Hälfte, sondern für verschiedene Anteile, z. B. A für
1/a und Gruppe B für =/3 der normalen Gas- und Luftmenge ausgelegt sind, so kann
man bei 2/s der normalen Drehzahl nur Gruppe A, bei 1/s der normalen Drehzahl nur
Gruppe B abschalten. Dadurch wird erreicht, daß stufenweise bei 2/s und 1/s der
normalen Drehzahl jeweils der volle Auflade- und Spüldruck erzielt wird. Man kann
auch durch Anordnung von drei oder mehr selbständigen Aufladegebläsegruppen eine
noch sehr viel weiter gehende Unterteilung des Drehzahlbereiches erreichen, jedoch
wird dies nur in Ausnahmefällen nötig sein.In general, these considerations do not only apply to ship propulsion systems. but also for all those cases in which full filling is sought when the speed of the diesel engine drops sharply, especially z. 13. in Lapd vehicles, such as locomotive drives, etc., where z. B. when driving uphill, the full torque is necessary at a greatly reduced speed. For such cases, the supercharger group B can optionally be made lockable by a throttle valve. If then the two groups _-I and B not each for half, but for different proportions, e.g. B. A for 1 / a and group B for = / 3 of the normal gas and air volume, you can only switch off group A at 2 / s of normal speed, and only group B at 1 / s of normal speed. This ensures that full charging and flushing pressure is achieved in stages at 2 / s and 1 / s of normal speed. By arranging three or more independent supercharger groups, a much more extensive subdivision of the speed range can be achieved, but this will only be necessary in exceptional cases.