AT507464B1 - Betriebsführung eines zweitaktmotors mit turbolader - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15

Beschreibung

BETRIEBSFÜHRUNG EINES ZWEITAKTMOTORS MIT TURBOLADER

[0001] Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebsführung eines Zweitaktmotors mit einem Turbolader zur Luftförderung, wobei der Zweitaktmotor einen variabel verstellbaren Verbraucher antreibt und durch die Betriebsführung eine bestimmte Leistung des Zweitaktmotors eingestellt wird, sowie eine Steuereinheit für eine solche Betriebsführung.

[0002] Es ist seit langem bekannt, dass Zweitaktmotoren (Diesel, Benzin, Gas) in etwa die doppelte Leistung erzeugen und wesentlich weniger Gewicht haben als hubraumgleiche Viertakter, weil sie doppelt so oft zünden. Ebenso lange ist bekannt, dass Zweitakter selbst nicht ansaugen können, also den Gaswechsel selbst nicht machen können. Dazu wurden bisher mechanisch oder elektrisch angetriebene Ladegebläse eingesetzt oder eine Kurbelgehäusespülung verwirklicht. Zweitakter können also durch die Kurbelgehäuseverdichtung mit Frischluft (oder Kraftstoff-Luftgemisch) versorgt werden oder durch eine eigens dafür vorgesehenen Luftförderanlage. Diese eigene Luftförderanlage (die auch Kraftstoff-Luft fördern kann) ist meistens mechanisch angetrieben, um auch beim Motorstart bereits Frischluft zu fördern. Dieser mechanisch angetriebene Kompressor ist jedoch groß, schwer und entzieht die mechanische Leistung der abgebbaren Nutzleistung. Ein Zweitaktmotor mit einem mechanisch angetriebenen Turbolader als Luftförderer ist z.B. aus der US 4 445 337 A bekannt, die einen Zweitaktturbodieselmotor mit einem unterstützenden mechanischen Antrieb des Turboladers mit einer geschwindigkeitsabhängigen Kupplung und verschiedenen Geschwindigkeitsverhältnissen für den Turbolader beschreibt. Wenn die Abgasenergie zu gering wird, den Turbo wirksam anzutreiben, hält der mechanische Antrieb die Luftförderung aufrecht. Aufgrund der mechanischen Verluste und des Gewichtsnachteils wird ein solcher Zweitakter mit mechanischer Luftförderung derzeit nicht bei kleinen Fahrzeugen wie z.B. Autos, Hybridfahrzeugen, LKW, Kleinflugzeugen oder Booten eingesetzt, sondern nur bei Sonderkonstruktionen, wie z.B. große Schiffsdiesel oder Dieselmotoren von Lokomotiven.

[0003] Große Zweitaktmotoren werden im Betrieb, z.B. während der Reise, in einem im Wesentlich punktförmigen Nennzustand betrieben - der Reiseleistung. Sie werden unter konstantem Luftdruck betrieben wie Ozeanfrachter oder unter nur geringfügig schwankendem Luftdruck, wie bei Bahnstrecken durch normale Höhenunterschiede bedingt. Kleine Abweichungen vom Nennzustand spielen hier keine bedeutende Rolle. Wenn bei diesen Fahrzeugen bei Leistungen über dem Nennpunkt zu viel Luft gefördert wird, spielt dieser kleine Unterschied wenig Rolle, denn Luftüberschuss ist normal für den Dieselmotor. Bei Volllast steigt bei diesen Fahrzeugen jedoch der Verbrauch immer extrem an (durch die stark steigenden Fahrtwiderstände) und ein Betrieb in verminderter Last ist extrem unwirtschaftlich bezüglich der Investition. Diese Fahrzeuge sind Investitionsgüter, die verkaufbare Leistung erwirtschaften müssen. D.h. sie müssen im Wesentlichen ein Optimum aus Kraftstoffverbrauch (durch Geschwindigkeit verursacht) und Fahrtzeit (durch Geschwindigkeit erzielt) fahren. Platz und Gewicht sowie Umweltschutz spielen bei diesen Motoren eine geringe Rolle.

[0004] Wenn es nun gelänge, die Nachteile des mechanischen Kompressors zu umgehen, entstünde ein Zweitaktmotor mit ausgezeichnetem Leistungsgewicht für kleine Fahrzeuge, wie z.B. Autos, Hybridfahrzeugen, LKW, Kleinflugzeuge oder Boote. Bei diesen Anwendungen wäre neben kleinem Gewicht und hoher Leistung noch die Baugröße interessant, da der Zweitakter durch die Leistungsvorteile mit kleinerer Zylinderzahl auskommen kann als der Viertakter und durch die doppelte Zündhäufigkeit auch die Laufruhe von Viertaktmotoren größerer Zylinderzahl erreicht. Ebenso spielen bei solchen Fahrzeugen Umweltaspekte, wie Verbrauch, Emissionen, etc., eine immer größere Rolle.

[0005] Um die großen Vorteile des Zweitaktmotors für kleine Fahrzeuge sinnvoll nutzen zu können, ist also ein Zweitakter ohne mechanisch angetriebener Luftförderung nötig. Die Luft kann dazu mit einer Maschine gefördert werden, die vom Abgas angetrieben wird, wie z.B. durch einen Turbolader. Mit abgasbetriebener Luftförderung ist ein solcher Zweitaktmotor aller- 1/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 dings nicht startfähig, da beim Anstartvorgang noch kein Abgas die Luftförderung unterstützt. Hier ist zusätzliche Frischluftförderung nötig. Weiters gibt es Betriebszustände, bei denen durch das Abgas alleine noch nicht genügend Frischluft fördert wird, das kann z.B. kurz nach dem Anstartvorgang sein oder bei niedrigen Drehzahlen. Auch hier ist zusätzliche Frischluftförderung nötig. Diese zusätzliche Frischluftförderung kann durch einen Elektromotor erfolgen, der z.B. den Turbolader antreibt. Ein solcher Turbolader mit Elektromotor ist z.B. aus der EP 159 146 A1 bekannt, wobei der Elektromotor bei höheren Drehzahlen auch als Generator betrieben werden kann. Ein Zweitaktdieselmotor mit Turbolader und Elektromotor, der den Turbolader antreibt ist z.B. aus der GB 399 520 bekannt. Daneben gibt es noch Betriebszustände, bei denen das Abgas genügend Frischluft fördert und solche, bei denen zu viel Frischluft gefördert werden würde bzw. bei denen im Abgas mehr Energie steckt, als zur Frischluftförderung nötig ist. Diese zusätzliche Energie kann entweder durch Generatorbetrieb des Elektromotors in elektrische Energie umgewandelt werden, oder kann der Motorleistung zugeführt werden. Dies ist ebenfalls bekannt und wurde z.B. Turbocompound genannt, bei dem mit Turbine und Getriebe die zusätzliche Energie der mechanischen Motorleistung zugeführt wird. Anwendungen waren z.B. Benzin-Flugmotoren und LKW-Dieselmotoren.

[0006] Das große Problem bei Zweitaktmotoren mit Turboladern zur Luftförderung liegt jedoch in der Betriebsführung, da die Luftförderung einerseits sehr stark vom Betriebszustand (Drehzahl, Drehmoment) abhängig ist. Andererseits ist die benötigte Luft von der zugeführten Kraftstoffmenge abhängig, wobei die vorhandene Luft sehr stark die Verbrennung beeinflussen kann. Wie oben bereits beschrieben, ist zum Einen, zum Starten und bei niedrigen Drehzahlen ein Zusatzgebläse erforderlich. Zum Anderen muss auch der Bereich großer Luftförderung berücksichtigt werden, da die benötigte Luftmenge von der Kraftstoffmenge abhängig ist und zuviel Verbrennungsluft den Wirkungsgrad, die Verbrennung, den Verbrauch und die Emissionen beeinflussen kann. Es muss also in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Gasdurchsatz durch den Zweitaktmotor geregelt werden. Der Gasdurchsatz wiederum ist im Wesentlichen abhängig vom Ladedruck und von der Spüldruckdifferenz zwischen Einlass und Auslass. Weiters ist es aber dadurch für einen sinnvollen Betrieb des Zweitaktmotors auch notwendig den Betriebspunkt, also die Drehzahl und das Drehmoment, zu regeln. Im Wesentlichen ist die Motorleistung eines Zweitaktmotors mit Turbolader abhängig von der Drehzahl, der Kraftstoffmenge (entspricht dem Drehmoment), dem Ladedruck und der Spüldruckdifferenz, wobei sich diese Parameter in erheblichem Ausmaß gegenseitig beeinflussen. Dieser „Verbundmotor" mit Strömungsmaschine (Turbolader) als Niederdruckmaschine und Kolbenmotor als Hochdruckmaschine hat aber sowohl durch diese Verbundanordnung als auch durch oben beschriebenen Besonderheiten des Turbozweitakters in den Eigenschaften der Regelbarkeit wenig mit einem normalen Viertakt-Kolbenmotor zu tun, sondern ist am ehesten von den Regeleigenschaften noch mit einem Düsentriebwerk vergleichbar. Heutige Düsentriebwerke haben oft eine Zweiwellenkonstruktion, eine Niederdruckmaschine aus Kompressor und Turbine (wie beim Zweitaktmotor mit Turbolader) und eine Hochdruckströmungsmaschine (wieder aus Kompressor und Turbine). Beim Zweitaktmotor mit Turbolader ist aber sowohl der Hochdruckkompressor, als auch die Hochdruckturbine als Kolbenmotor ausgebildet. Es können beim Zweitaktmotor mit Turbolader also weder die Regelmöglichkeiten normaler Verdränger-Verbrennungsmotoren umgesetzt werden, noch kann eine Gasturbinenregelung übernommen werden.

[0007] Aufgrund der erheblichen gegenseitigen Abhängigkeit der Einflussgrößen auf die Leistung des Zweitaktmotors mit Turbolader ist es auch kaum sinnvoll, einem Fahrer eines Fahrzeugs mit einem solchen Motor wie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren (z.B. Viertaktmotoren) direkte Einstellungen am Motor, wie z.B. Änderung de zugeführten Kraftstoffmenge über das Gaspedal, zu erlauben. Ein solcher direkter Eingriff würde bestenfalls dazu führen, dass der Zweitaktmotor mit Turbolader ineffizient (schlechte Verbrennung oder schlechter Wirkungsgrad) und/oder mit schlechten Abgaswerten (Emissionen, ungenutzte Restenergie im Abgas) betrieben werden würde. Im schlechtesten Fall würde ein solcher Motor überhaupt nicht betrieben werden können oder einfach absterben. Es ist somit eine Betriebsführung notwendig, die die Einstellung der wesentlichen Parameter, das sind Drehmoment (bzw. Kraftstoffmenge), Drehzahl, Ladedruck und Differenzspüldruck, in Abhängigkeit von einer momentanen Leistungsan- 2/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 forderung an den Motor übernimmt. Das kann aber nur dann sinnvoll funktionieren, wenn auch der vom Verbrennungsmotor angetriebene Verbraucher variabel verstellbar ist, da nur so eine bestimmte Drehzahl fein genug eingestellt werden kann. Unter variabel verstellbarem Verbraucher wird hier ein Verbraucher verstanden, mit dem die Drehzahl stufenlos bzw. sehr feinstufig einstellbar ist. Ein solcher variabler Verbraucher ist z.B. ein Propeller mit Blattverstellung bei einem Flugzeug oder Boot, ein Auto mit fein oder stufenlos verstellbarem Getriebe, oder ein Hybridfahrzeug mit einem solchen Motor und einem verstellbaren Generator (z.B. über Erregung, Umrichter, Spannungswandler, Stromregler). Ein herkömmliches Auto mit einem herkömmlichen Schaltgetriebe (manuell oder automatisch) wird jedoch nicht als variabel verstellbar angesehen, da die damit erreichbare Abstufung zu grob für die erfindungsgemäße Anwendung ist. Bei heute üblichen Fahrzeugmotoren wird Wert auf großen nutzbaren Drehzahlbereich gelegt, in dem günstiges Drehmoment vorhanden ist. Dieser Charakteristik entsprechend sind die Getriebe ausgelegt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren muss der Bereich des günstigem Drehmoments nicht groß sein, es kommt hauptsächlich darauf an, den Zweitaktmotor mit der feinen Abstufung oder Variabilität in einem optimalen Bereich (Verbrauch, Umweltschutz, Komfort) halten zu können.

[0008] Es gibt auch Steuersysteme für Verbrennungsmotoren, die es erlauben, den Verbrennungsmotor von 2-Takt-Betrieb auf 4-Takt-Betrieb, und umgekehrt, umzuschalten, um die Vorteile der jeweiligen Betriebsart ausnutzen zu können. Solche Systeme gehen z.B. aus der EP 397 521 A1 oder der JP 2007 321 684 A hervor. Ebenso ist es, z.B. aus der EP 212 988 A2, bekannt, eine elektrische Maschine vorzusehen, die einen Turbolader im Bereich niedriger Drehzahlen und hoher Last in Form eines Elektromotors unterstützt, um die Luftförderleistung zu erhöhen, und die im Bereich hoher Geschwindigkeit als Generator arbeitet, um z.B. eine Batterie zu laden. Die darin beschriebenen Verfahren und Systeme betreffen jedoch kein Verfahren zur Betriebsführung eines Zweitaktmotors zur Einstellung einer bestimmten Leistung des Motors. Vielmehr gehen diese vom herkömmlichen Betrieb eines Verbrennungsmotors aus, bei der sich die Drehzahl und das Drehmoment (und damit die Leistung) aus einer Betriebsvorgabe (z.B. die Stellung eines Gaspedals) ergibt und nicht eingestellt wird.

[0009] Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, eine Betriebsführung und eine Steuereinheit zur Betriebsführung anzugeben, die es ermöglicht, einen Zweitaktmotor mit einem Turbolader zur Luftförderung, wobei der Zweitaktmotor einen verstellbaren Verbraucher antreibt, so zu betreiben, dass eine bestimmte Leistung eingestellt wird.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem die geforderte Leistung als Produkt aus Drehmoment und Drehzahl eingestellt wird, das Drehmoment des Zweitaktmotors durch die einem Brennraum des Zweitaktmotors zugeführte Kraftstoffmasse eingestellt wird und die Drehzahl durch Verstellen des variabel verstellbaren Verbrauchers eingestellt wird, wobei die dem Zweitaktmotor zugeführte Gasmasse in Abhängigkeit von der zugeführten Kraftstoffmasse geregelt wird, indem ein Ladedruck eingestellt wird, der bei gleichzeitig geöffnetem Einlass und Auslass durch Rückstau von Abgas gegen die Luftförderung in den Brennraum einen für die benötigte Luftförderung notwendigen Differenzspüldruck zwischen Einlass und Auslass bewirkt. Dies ermöglicht, die Leistungsvorgabe, z.B. durch die Stellung eines Gaspedals, von der eigentlichen Ansteuerung des Zweitaktmotors mit Turbolader zu trennen, wodurch eine solche Anordnung überhaupt erst sinnvoll betrieben werden kann.

[0011] Vorteilhaft kann der Ladedruck durch Verstellungen am Turbolader eingestellt werden. Gängige Turbolader ermöglichen solchen Verstellungen, womit diese Möglichkeit in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden kann. Alternativ kann der Ladedruck durch Veränderung der effektiven Strömungsquerschnitte zwischen den beiden atmosphärischen Enden eingestellt werden, wofür nur einfache, aus der Strömungstechnik bekannte und einfach beherrschbare Bauteile, wie z.B. Drosseln, Klappen, Ventile, etc. benötigt werden.

[0012] Um den Zweitaktmotor auch in einem Betriebspunkt mit zuwenig Luftförderung durch den Turbolader betreiben zu können, wird die Luftförderung bevorzugt durch ein mittels eines Hilfsantriebs angetriebenen Zusatzgebläse unterstützt. Dies ermöglicht, den Zweitaktmotor in 3/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 einem möglichst breiten Betriebsbereich zu betreiben. Insbesondere beim Starten des Zweitaktmotors ist es vorteilhaft, ebenfalls dieses Zusatzgebläse zu verwenden. Weitere notwendige Einrichtungen zum Starten werden dadurch überflüssig. Besonders vorteilhaft ist es, das Zusatzgebläse durch einen Elektromotor anzutreiben, der von einer Hilfsenergiequelle gespeist wird. Das ermöglicht es, das Zusatzgebläse aus dem elektrischen Bordnetz zu betreiben, womit das Bordnetz bzw. der darin befindliche Akkumulator als Hilfsenergiequelle fungiert und weitere Energiequellen nicht mehr notwendig sind. Auch bei zuviel Luftförderung durch den Turbolader kann die zugeführte Gasmasse vorteilhaft durch Verändern der Strömungsquerschnitte oder durch Verstellung am Turbolader geregelt werden. Damit kann der gesamte Betriebsbereich einer solchen Anordnung aus Zweitaktmotor mit Turbolader ohne zusätzliche Maßnahmen abgedeckt werden.

[0013] Um den Zweitaktmotor mit Turbolader möglichst effektiv betreiben zu können, ist vorteilhaft vorgesehen, bei zuviel Luftförderung durch den Turbolader dem Gasstrom überschüssige Energie zu entziehen. Dies ermöglicht es zum Einen durch Beeinflussung des Differenzspüldruckes direkt die zugeführte Gasmasse einzustellen und andererseits kann die überschüssige Energie in eine andere Energieform, z.B. in elektrische Energie, umgewandelt und genutzt werden. Dazu kann es bevorzugt vorgesehen sein, durch den Gasstrom eine Strömungsmaschine anzutreiben, die wiederum einen elektrischen Generator antreibt.

[0014] Die erfindungsgemäße Betriebsführung ermöglicht es außerdem durch die Wahl des Drehmoments und der Drehzahl ein bestimmtes Optimum einzustellen. Damit können besonders günstige Betriebspunkte, wie z.B. niedriger Verbrauch oder geringe Emissionen oder auch ein Gesamtoptimum aus verschiedenen Parametern, eingestellt werden. Dazu kann die Betriebsführung bzw. die Steuereinheit unter Berücksichtigung des jeweiligen Anwendungsfalles (Typ des Fahrzeugs, Betriebsweise, etc.) entsprechend programmiert werden.

[0015] Wenn zumindest ein Bauteil in der Gasströmung so gewählt und/oder dimensioniert wird, dass die richtige Einstellung der Gasmasse, des Ladedruckes und/oder des Differenzspüldruckes durch den Arbeitspunkt des Bauteils entsteht, kann sich die Betriebsführung sehr vereinfachen, da sich dann bestimmte Betriebspunkte von selbst einstellen. Ebenso kann dazu vorgesehen sein, dass der variabel verstellbare Verbraucher durch seine Kennlinie eine günstige Kombination aus Drehmoment und Drehzahl am Zweitaktmotor einstellt.

[0016] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen, beispielhaften, nicht einschränkenden und vorteilhafte Ausgestaltungen zeigenden Figuren 1 bis 7 beschrieben. Dabei zeigt [0017] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zweitaktmotors mit einem Turbolader zum Antrieb eines Verbrauchers, [0018] Fig. 2 und 3 jeweils eine Darstellung einer solchen Anordnung mit einem Hilfsgebläse zur Unterstützung der Luftförderung, [0019] Fig. 4 ein Diagramm mit Drehmoment und Leistungskurven für einen Zweitaktmo tor, [0020] Fig. 5 ein Diagramm mit den Druckverhältnissen bei einem Zweitaktmotor mit einem Turbolader, [0021] Fig. 6 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Betriebsführung und [0022] Fig. 7 die Anordnung einer Steuereinheit zur erfindungsgemäßen Betriebsführung in einem Fahrzeug.

[0023] In Fig. 1 ist schematisch ein Zweitaktmotor 1 (Benzin, Diesel, Gas), der einen variabel verstellbaren Verbraucher 2 antreibt, mit einem Turbolader 3 dargestellt. Der Turbolader umfasst einen Verdichter 4, der Luft über eine Ansaugleitung 7 ansaugt und die verdichtete Luft dem Zweitaktmotor 1 über den Zylinder-Einlass zuführt, und eine Turbine 5, über die Abgas geleitet wird und die den Verdichter 4 antreibt. Das Abgas wird über den Zylinder-Auslass und eine Abgasleitung 8 (z.B. ein Auspuff) abgeführt. Fig. 2 zeigt eine solche Anordnung detaillierter 4/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 für einen Zylinder 10, wobei der Verbraucher 2 hier nicht mehr dargestellt ist. Ein Kolben 12 bewegt sich im Zylinder 10 durch den Verbrennungszyklus auf und ab. Über einen Einlass 13 wird Luft bzw. Luft-Kraftstoffgemisch in einen Brennraum 11 des Zylinders 10 zugeführt. Das Abgas wird über einen Auslass 14 aus dem Brennraum 11 abgeführt, wobei das Abgas durch die zugeführte Luft aus dem Brennraum 11 gespült wird. Die Strömung des Abgases wird durch die Pfeile angedeutet. Je nach Typ des Zweitaktmotors 1 können natürlich auch noch weitere Teile vorhanden bzw. notwendig sein, wie z.B. eine Zündkerze, Ventile samt Steuerung, Einspritzdüsen für Kraftstoff, etc., die hier jedoch nicht gezeigt sind, jedoch in ihrer Funktion und möglichen Anordnung hinlänglich bekannt sind. Eine solche Anordnung ist hinlänglich bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird.

[0024] Um den Zweitaktmotor 1 mit Turbolader 3 starten zu können bzw. den Zweitaktmotor 1 mit Turbolader 3 bei niedrigen Drehzahlen, bei denen die Abgasenergie noch nicht ausreicht, um ausreichend Luft zu fördern, ist ein Zusatzgebläse vorgesehen, das durch einen Hilfsantrieb angetrieben wird. Im in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Zusatzgebläse der Kompressor 4 des Turboladers 3 genutzt, der durch einen auf der Turboladerwelle 6 angeordneten Elektromotor 15 als Hilfsantrieb angetrieben wird. Der Elektromotor 15 kann bei ausreichender Abgasenergie als Generator für die Erzeugung elektrischer Energie, z.B. für die Speicherung im Bordnetz eines Fahrzeugs, verwendet werden. Als Zusatzgebläse 17 kann aber auch eine Zusatzturbine 16 verwendet werden, über die das Abgas aus der Turbolader-Turbine 5 geleitet wird, wie in Fig. 3 auspuffseitig gezeigt. Die Zusatzturbine 16 kann aber genauso vor der Turbine 5 des Turboladers 3 angeordnet sein. Die Zusatzturbine 16 kann bei zuwenig Abgasenergie durch einen Elektromotor 15 als Hilfsantrieb angetrieben werden, um mehr Luft über den Turbolader 3 zu fördern. Bei zuviel Abgasenergie kann die Zusatzturbine 16 wiederum den Elektromotor 15 antreiben, der als Generator wiederum elektrische Energie erzeugen kann.

[0025] Ein Problem bei der Verwendung eines solchen Zweitaktmotor in kleinen Fahrzeugen, wie z.B. ein Boot, ein Hybridfahrzeug, ein Kleinflugzeug, etc., liegt in der im Vergleich zur gesamten verfügbaren Energie für den Antrieb des Motors (im Wesentlichen der Tankinhalt) geringer Menge an verfügbarer Hilfsenergie für den Antrieb des Elektromotors für die hilfsweise Luftförderung. In solchen Fahrzeugen wird praktisch immer ein elektrisches Bordnetz verwendet, das ausreichende Energie zum Anstarten des Verbrennungsmotors liefert. Das Bordnetz wird während dem Betrieb des Verbrennungsmotors mit einem Generator gespeist, der die Verbraucher im Bordnetz versorgt. Die Batterie des Bordnetzes wird geladen, wenn die Generatorleistung ausreicht. Die Batterie wird entladen, wenn die Generatorleistung nicht ausreicht. Beim Hybridfahrzeug kommen noch der elektrische Fahrzeugantrieb und der elektrische Antrieb bestimmter Komponenten, wie z.B. Servobremsunterstützung, hinzu. Die Menge der verfügbaren Hilfsenergie für die hilfsweise Luftförderung kann anhand der Kapazität der Fahrzeugbatterie oder der Speicherbatterie des Hybridfahrzeuges abgeschätzt werden. Die Betriebsführung des Zweitaktmotors ist daher so auszulegen, dass der Motor nur kurz in einem Betriebsbereich betrieben wird, in dem Hilfsenergie für den Antrieb der Luftförderung benötigt wird. „Kurz" bedeutet dabei, dass die für den Betrieb der Luftförderung benötigte Energiemenge die Kapazität der Batterie nicht überschreiten darf bzw. eine minimale Ladekapazität nicht unterschritten wird. Der Bereich des Startens und der Unterstützung der Luftförderung durch die Hilfsenergiequelle sollte daher möglichst rasch durchfahren werden. Der elektrische Luftförderer wird zum Anstarten in Betrieb gesetzt und der Verbrennungsmotor wird angestartet. Der Luftförderer wird mit möglichst geringer Leistung betrieben wenn die Luftförderung durch Abgasbetrieb mittels des Turboladers noch zu gering ist. Der Verbrennungsmotor wird möglichst rasch in einen Zustand gebracht, bei dem die Luftförderung alleine durch Abgas erfolgt.

[0026] Im Nachfolgenden wird die Betriebsführung eines Zweitaktmotors 1 mit Turbolader 3 und variabel verstellbarem Verbraucher 2 erläutert. Bei jedem Verdrängungsmotor (z.B. Hubkolbenmotor im Zweitakt oder Viertaktverfahren) wird pro Zündung eine bestimmte Kraftstoffmenge mit einer bestimmten geeigneten Luftmenge verbrannt. Pro Zündung entsteht demnach eine Kraft abhängig von der Kraftstoffmenge. Das führt in Abhängigkeit von einer Drehzahl n zu einer Drehmoment T. Drehzahl n und Drehmoment T können in einem entsprechenden Dia- 5/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 gram als Drehmomentenkurve 20 aufgetragen werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Leistung P des Verbrennungsmotors ergibt sich aus dem Produkt von Drehmoment T mit Drehzahl n, was im Diagramm als Leistungskurve 21 aufgetragen werden kann. Abhängig von der Kraftstoffmenge pro Zündung ergeben sich natürlich eine Schar von Drehmomentenkurven 20, 22 und Leistungskurven 21, 23, wie in Fig. 4 angedeutet. Es können somit im Zweitaktmotor 1 nahezu beliebige Kombinationen aus Drehmoment T und Drehzahl n vorliegen.

[0027] Das Drehmoment T hängt somit von der zugeführten, für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmenge ab, von der wiederum die im Brennraum 11 vorhandenen bzw. notwendigen Gasmasse (Frischluft bzw. Frischluft-Abgasgemisch) abhängt. Die Gasmasse im Brennraum 11 hängt wiederum vom absoluten Ladedruck des Zweitaktmotors 1 ab. Von der Gasmasse ist zumindest ein Teil Frischluft, wobei der Frischluftanteil von der Wirksamkeit der Spülung abhängt, also auch vom Differenzspüldruck ps zwischen Einlass 13 und Auslass 14. Die Druckverhältnisse sind schematisch in Fig. 5 dargestellt. In der Ansaugleitung 7 herrscht im Wesentlichen der Atmosphärendruck pat, der auch in der Abgasleitung 8 anliegt. Am Einlass 13 liegt der Ladedruck pL an, der durch den Verdichter 4 des Turboladers 3 erzeugt wird. An der Turbine 5 des Turboladers 3 liegt zwischen Auslass 14 des Zylinders und dem Turbinenauslass der Turbinendifferenzdruck pT an. Die Differenz zwischen Ladedruck pL und Turbinendifferenzdruck pT ergibt dann den Differenzspüldruck ps. Die kleine Druckdifferenz zur Spülung gibt die Richtung des Gasstromes vor, wodurch die Frischluft das Abgas beim Auslass 14 hinausschiebt. Durch die Notwendigkeit des Aufrechterhaltens eines Differenzspüldruckes ps muss der Verdichter 4 mehr Druck aufbauen, als die Turbine 5 abarbeiten kann. Dies geht überhaupt nur deswegen, weil die Abgase heißer sind und mehr Volumen beanspruchen als die Frischluft.

[0028] Für die Regelung der Leistung des Zweitaktmotors 1 mit Turbolader 3 und verstellbarem Verbraucher 2 sind somit die Drehzahl n, die Kraftstoffmenge bzw. das sich daraus ergebende Drehmoment T, der Ladedruck pL und der Differenzspüldruck ps maßgeblich. Diese Parameter beeinflussen sich aber in erheblichem Maß gegenseitig. Erhöhung der Kraftstoffmenge wird zur Leistungssteigerung eingesetzt. Mehr verbrannter Kraftstoff bewirkt mehr Abgas, wodurch der Turbolader 3 auf mehr Drehzahl n kommen wird und sowohl Luftmenge als auch Ladedruck pL vergrößert wird. Aus diesen gegenseitigen Auswirkungen sieht man, dass diese Verbundmaschine, wäre sie ganz auf sich alleine gestellt, praktisch nicht nutzbar wäre. Wenn nur die Einspritzmenge vorgegeben würde, käme man damit bei kleiner Einspritzmenge wahrscheinlich auf keinen ausreichenden Differenzspüldruck ps oder der Zweitaktmotor 1 würde möglicherweise in die Selbstzerstörung wandern, da er bei genügend Differenzspüldruck ps immer mehr Drehzahl n entwickeln würde. Die deshalb notwendige, erfindungsgemäße Betriebsführung des Zweitaktmotors 1 mit Turbolader 3 und variabel verstellbarem Verbraucher 2 wird nachfolgend anhand einiger Beispiele erläutert.

[0029] Der Betriebsführung des Zweitaktmotors 1 wird eine Leistungsanforderung gestellt, z.B. durch Betätigen des Gashebels bei einem Flugzeug oder Auto bzw. eine Energieanforderung eines Hybridfahrzeugs. Die benötigte Leistung solcher Fahrzeuge wird in der Regel von außen vorgegeben, z.B. durch Energieversorgungen, Verkehrsflüssigkeit, Höchstgeschwindigkeiten, etc. Z.B. gibt es bei kleinen Flugzeugen Steigflüge mit längerem Vollgas, Landeanflüge mit wenig Gas, Sinkflüge mit wenig Gas, also nicht nur Nennzustand im Reiseflug. Bei Hybridfahrzeugen wird die Leistungswahl in weiten Bereichen vom Fahrer vorgegeben. Ein Betrieb des Verbrennungsmotors im Nennpunkt wäre theoretisch bei jeder Leistungswahl des Fahrers möglich (durch Ein- und Ausschalten des Verbrennungsmotors). Dies ist aber praktisch nicht wünschenswert, weil es unkomfortabel sein kann. Aber viel mehr wäre es im Sinne der Batterielebensdauer eine extrem schädliche Betriebsweise. Akkus haben immer eine Kenngröße „Zahl der Lade- und Entladezyklen“. Beim Hybridfahrzeug ist es wesentlich sinnvoller, wenn der Verbrennungsmotor notwendig wird, nur mit der benötigten Leistung zu fahren, als dauernd mit Nennleistung des Verbrennungsmotors die Batterie zu laden und gleich darauf wieder durch elektrische Fahrt die Batterie zu entladen.

[0030] Aus der Leistungsanforderung wird von der Betriebsführung nun eine Drehzahl n -Drehmomenten T - Kombination ermittelt, die der erwünschten Leistung P entspricht. Eine 6/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 höhere Leistung P könnte einfach z.B. erreicht werden, indem die Drehzahl n bei gleichbleibendem Drehmoment T durch den verstellbaren Verbraucher 2 erhöht wird, z.B. durch Verstellen der Erregung des Generators, der Blattstellung eines Propellers oder des stufenlosen Getriebes eines Autos. Dies erlaubt jedoch nachvollziehbar nur geringfügige Leistungsänderungen. In der Praxis wird eine Leistungsanforderung in der Regel immer eine Änderung aller Parameter Drehmoment T, Drehzahl n, Ladedruck pL und Differenzspüldruck ps nach sich ziehen.

[0031] Das Drehmoment T und die Drehzahl können nach unterschiedlichsten Kriterien gewählt werden. Z.B. könnte ein maximales Drehmoment T gewählt werden, zu dem dann über den verstellbaren Verbraucher 2 die passende Drehzahl n eingestellt wird. Es könnte aber auch ein bestimmtes Optimum, wie z.B. geringster Verbrauch, geringe Emissionen, eingestellt wird. Ebenfalls denkbar ist die Auswahl eines bestimmten Gesamtoptimums, wie z.B. ein Minimum aus Verbrauch, Geräusch und Verschleiß. Die Wahl des Drehmoments T und der Drehzahl n wird dabei auch sehr stark vom Typ des Fahrzeugs und vom jeweiligen momentanen Betriebszustand abhängen und kann im Wesentlichen beliebig vorgegeben werden, z.B. durch eine entsprechende Programmierung der Steuereinheit zur Betriebsführung. Entscheidend ist dabei allein das Erfüllen der Leistungsanforderung.

[0032] Eine Erhöhung der Leistung P wird nun beispielhaft anhand der Fig. 6 beschrieben, in der ausschnittsweise zwei Drehmomentkennlinien 320, 330 des Zweitaktmotors 1 aus einer unendlichen Schar dargestellt sind. Ausgehend von einem momentanen Betriebspunkt 323 wird eine Betriebsführung in einen Punkt höherer Leistung 333 durchgeführt, z.B. durch Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge und damit des Drehmoments T. In diesem neuen stationärer Zustand 333 werden alle Parameter neue Werte bekommen, d.h. es liegt eine neue Drehzahl n, neues Drehmoment T, neuer Ladedruck pL und neuer Differenzspüldruck ps vor. Das neue Drehmoment T in diesem Punkt 333 könnte z.B. ohne Verstellungen am Verbraucher 2 eingetreten sein, z.B. könnte der Generator des Hybridfahrzeuges dieses Moment bei unveränderter Generatoreinstellung (z.B. gleicher Erregung) abnehmen. Ebenso könnte es erwünscht sein, das Drehmomentenmaximum 331 anzufahren. Eine andere Betriebsführung soll den Punkt 332 erreichen, bei dem z.B. die Leistung, also das Produkt aus Drehzahl n und Drehmoment T am höchsten ist. Wiederum wird als Beispiel die Einspritzmenge erhöht. Damit man diesmal auf hohe Drehzahl n und hohes Drehmoment T kommt, muss die Last so eingestellt werden, dass sie dieses Drehmoment T bei dieser Drehzahl n entnimmt. Dazu wird z.B. der Generator verändert (z.B. Erregung, Spannungswandler, Umrichter, Stromstärke, etc.) oder z.B. die Propellerblattverstellung auf die erforderliche Steigung gebracht. Bei der Einstellung von Drehmoment T und Drehzahl n sind natürlich nur solche Werte zulässig, die auch tatsächlich erreichbar sind, z.B. gemäß der Kennlinie des Verbrauchers, der das Drehmoment T bei der Drehzahl entnehmen muss.

[0033] Angenommen man befindet sich in einem stationären Reisezustand. Nun könnte das Drehmoment steigen, z.B. weil das Hybridfahrzeug in eine Steigung einfährt oder der Pilot einen Steigflug einleitet. Bei normalen Verbrennungsmotoren müsste nicht notwendigerweise etwas verändert werden. Dieser Zweitaktmotor 1 mit Turbolader 3 und verstellbarem Verbraucher 2 reagiert aber äußerst sensibel auf Spüldruckdifferenzen ps. Es wäre als eine mögliche Auswirkung der Steigung, dass das Drehmoment T auf der Momentenkurve sogar sinkt (die Drehzahl n sinkt automatisch durch die Mehrbelastung). Damit ist die Leistung P gesunken. Bei weniger Verbrennungsmotorleistung wird (betriebspunktabhängig) z.B. weniger Turboladung entstehen. Ohne Betriebsführung würde in diesem Zustand das Ende der Lauffähigkeit des Zweitaktmotors 1 mit Turbolader 3 erreicht. Die Betriebsführung muss also hier einen Zustand höherer Leistung P durch Verstellungen (Generator, Blattverstellung, Einspritzmenge) einstellen, mit neuem Absolutladedruck pL und neuem Differenzspüldruck ps.

[0034] Ebenfalls ist von der Betriebsführung zu berücksichtigen, dass „plötzliches Gasgeben“ von der Betriebsführung nur so schnell umgesetzt wird, als die Luftförderung steigt. Als günstig kann sich erweisen, erst die Drehzahlen anzuheben und erst dann die verstellbare Last zu vergrößern. 7/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 [0035] Auch kann es von der Betriebsführung notwendig werden, den Zweitaktmotor aus den Bereichen hoher Luftförderung (z.B. Vollgas) geordnet in Bereiche kleinerer Luftförderung herunterzufahren. Das kann z.B. durch Verstellungen im Gasstrom erfolgen, z.B. durch Ableiten eines Teilstromes, oder durch geringe oder keine Kraftstoffmengen, um die Abgasmenge zu verringern und die Turbinendrehzahl zu senken.

[0036] Bisher wurde zur Veränderung des Betriebspunktes hauptsächlich die Einspritzmenge empfohlen, da die Kraftstoffmenge die eigentliche Ursache der Leistungsabgabe ist. Es kann nur jene mechanische Arbeit abgegeben werden, die der zugeführten Energiemenge im Kraftstoff bei einem bestimmten Wirkungsgrad entspricht. Wie oben beschrieben, gehen aber auch andere Parameter ein und ganz entscheidend der Differenzspüldruck ps, der schlussendlich sogar die erlaubte Kraftstoffmasse festlegt. Denn es darf nur soviel Kraftstoff verwendet werden, wie Gasmasse (Frischluft oder Frischluft-Abgasgemisch) zur Verbrennung verfügbar ist. Man könnte durchaus in einer vereinfachten Betriebsführung den Differenzspüldruck ps unbeachtet lassen. Wenn er durch große Luftförderung durch den Turbolader groß wird, erfolgt dann eben beste Frischluftzufuhr. Bei der Benzinausführung des Zweitaktmotors bedarf die Gasmasse aber einer genaueren Einstellung. Bei der Dieselvariante könnte man in der einfachen Betriebsführung eine zu große Gasmasse ignorieren, es würde einfach viel Frischluft bei der Spülung in den Auspuff geblasen. Eine sorgfältigere Betriebsführung würde das jedoch vermeiden, da in der sinnlos gepumpten Luft verschwendete Energie steckt. Hier kommt die Anordnung zum Tragen, bei der das Zusatzgebläse mit dem Turbolader gekoppelt ist. Die elektrische Maschine wird nun als Generator betrieben und die Energieentnahme aus dem Turbolader bewirkt Abgasrückstau, so dass über regelbare elektrische Energieentnahme regelbarer Rückstau eintritt und eine regelbare Gasmasse (Differenzspüldruck ps) eingestellt werden kann. Turbolader mit Elektromotor wären also ein geeignetes Mittel, um den Differenzspüldruck ps einzustellen.

[0037] Alternativ kann jeder andere Eingriff im Gasstrom zwischen den beiden atmosphärischen Enden (zwischen Filtereinlass und Auspuffaustritt), der den Gasdurchsatz verändert, vorgesehen werden, um die Spüldruckdifferenz einzustellen. Das wären im einfachen Fall Einrichtungen die die effektiven Strömungsquerschnitte zwischen den beiden atmosphärischen Enden verändern, wie z.B. Drosseln oder Klappen, Ventile, etc. für die Aufteilung der Strömung in Teilströme. Aber auch verstellbare Teile im Verdichter 4 oder der Turbine 5 des Turboladers 3, wie z.B. ein verstellbarer Leitapparat am Verdichter 4 oder an der Turbine 5 sind möglich.

[0038] Die Betriebsführung stellt, wie oben beschrieben, zuerst nach einem vorgegebenen bzw. vorgebbarem Kriterium bzw. zu erreichendem Optimierungsziel das Drehmoment T und die Drehzahl n ein und stellt dann den für die festgelegte Kraftstoffmenge benötigte Gasmasse bzw. Frischluftmenge über den Ladedruck pL und den Differenzspüldruck ps ein. Die Betriebsführung könnte aber ebenso mit der Einstellung der Drücke beginnen und anschließend ein geeignetes Drehmoment bzw. eine geeignete Drehzahl einstellen [geht das?]. Da das notwendige Drehmoment T von der Kraftstoffmenge abhängt und die Kraftstoffmenge von den vorliegenden Drücken abhängt, könnte die Betriebsführung auch zuerst das Drehmoment (bzw. die Kraftstoffmenge) und die Drücke einstellen und anschließend die Drehzahl anpassen. Die Betriebsführung könnte aber auch alle Parameter gleichzeitig verstellen, um auf den neuen gewünschten Betriebspunkt zu kommen. Z.B. könnte ein Betriebspunkt „Standgas", „Vollgas" oder „Reisegeschwindigkeit mit minimalen Verbrauch" vorgegebene Einstellungen haben, die sofort eingestellt werden können. Eventuell noch notwendige Feineinstellungen, z.B. bedingt durch unterschiedlichen Atmosphärendruck, könnten dann noch durchgeführt werden.

[0039] Die Betriebsführung kann aber auch durch geschickte Wahl der Kennlinie der Bauteile in der Gasströmung (z.B. durch entsprechende Dimensionierung der Bauteile), wie z.B. der Turbine oder des Kompressor des Turboladers oder der Einrichtungen zu Beeinflussung der wirksamen Strömungsquerschnitte bzw. Strömungswiderstände, unterstützt werden, indem die richtige Einstellung der Luftmenge, des Ladedruckes pL und des Differenzspüldruckes ps durch den Arbeitspunkt dieser Bauteile entsteht, also z.B. durch das Sättigungsverhalten, das einen weiteren Anstieg von Menge oder Druck vermindert. Ebenso kann der Verbraucher so gestaltet 8/14

Claims (19)

1. österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15 werden, dass er durch seine Kennlinie (Leistungsaufnahme und Drehzahl) günstige Kombinationen am Verbrennungsmotor einstellt und damit die Betriebsführung erleichtert. [0040] In Fig. 7 ist ein Fahrzeug 50, hier ein Flugzeug, gezeigt, mit einem Zweitaktmotor 1 mit Turbolader 3, z.B. in der Anordnung nach Fig. 2 oder 3, der einen variabel verstellbaren Verbraucher 2, hier der Propeller des Flugzeugs antreibt. Es ist eine Steuereinheit 40 vorgesehen, der über einen Drucksensor 41 der Ladedruck pL und über einen weiteren Drucksensor 42 der Turbinendruck pT zugeführt wird. Weiters kann auch der Atmosphärendruck p0Lrt mittels eines Drucksensors 43 gemessen und der Steuereinheit 40 zugeführt werden. Bei Annahme eines im Wesentlichen konstanten bzw. eines sich nur langsam ändernden Atmosphärendruckes P0ut, wie es bei Bodenfahrzeugen der Fall sein wird, kann auf diesen zusätzlichen Drucksensor 43 auch verzichtet werden. Auch andere Werte für diese Betriebsführung müssen nicht unbedingt direkt gemessen werden, da es ja übliche Praxis zur Kostensenkung ist, Messsensoren einzusparen und dafür Modellwerte oder ähnliche geeignete Werte zu verwenden. Aus diesen Drücken kann in der Steuereinheit 40 der Differenzspüldruck ps ermittelt werden (siehe z.B. Fig. 5). Weiters werden der Steuereinheit 40 auch die aktuellen Werte der Drehzahl n und des Drehmoments T des Zweitaktmotors 1 zugeführt. Geeignete Messeinrichtungen dafür und deren Anordnung bzw. geeignete Berechnungsmethoden aus anderen Messwerten sind hinlänglich bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird. Der Steuereinheit 40 wird weiters eine Leistungsanforderung P zugeführt, die z.B. vom Fahrer des Fahrzeugs 50 kommt. Es könnte auch die Stellung eines Gaspedals an die Steuereinheit 40 gesendet werden, die diese Stellung dann in eine Leistungsanforderung umlegt. In der Steuereinheit 40 ist programmiert, nach welchen Kriterien die Leistungsanforderung umgesetzt wird (siehe oben), z.B. Einhalten eines bestimmten Optimums (geringer Verbrauch, Emission, etc.). Die konkrete Umsetzung ist dabei stark vom Typ des Fahrzeugs 50 abhängig. Die Steuereinheit 40 ermittelt daraus ein Steuersignal 44 zur Einstellung des Drehmoments T, z.B. über die Vorgabe einer Kraftstoffmasse für die Verbrennung, das dem Zweitaktmotor 1 zugeführt wird. Weiters wird in der Steuereinheit 40 zur Einstellung der Drehzahl n ein Steuersignal 46 für die Verstellung des Verbrauchers 2 erzeugt und diesem zugeführt. Außerdem ermittelt die Steuereinheit 40 die notwendigen Einstellungen zur Verstellung des Gasstromes im Zweitaktmotor 1 und damit zur Einstellung von Ladedruck pL und Differenzspüldruck ps. Im in Fig. 7 gezeigten Beispiel erfolgt diese Verstellung über den Turbolader 3, z.B. durch Verstellen eines Leitapparats an der Turbine oder am Kompressor des Turboladers 3. Dazu erzeugt die Steuereinheit 40 ein entsprechendes Steuersignals 45 für den Turbolader 3. Auch Strömungsverstellungen können im Haupt oder Teilstrom vorgenommen werden, wie hier z.B. mit einer Klappe 47, die vom Steuersignal 48 verstellt wird. Patentansprüche 1. Verfahren zur Betriebsführung eines Zweitaktmotors (1) mit einem Turbolader (3) zur Luftförderung, wobei der Zweitaktmotor (1) einen variabel verstellbaren Verbraucher (2) antreibt und durch die Betriebsführung eine bestimmte Leistung (P) des Zweitaktmotors (1) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die geforderte Leistung (P) als Produkt aus Drehmoment (T) und Drehzahl (n) eingestellt wird, indem das Drehmoment (T) des Zweitaktmotors (1) durch die einem Brennraum des Zweitaktmotors (1) zugeführte Kraftstoffmasse eingestellt wird und die Drehzahl (n) durch Verstellen des variabel verstellbaren Verbrauchers (2) eingestellt wird und dass die dem Zweitaktmotor (1) zugeführte Gasmasse in Abhängigkeit von der zugeführten Kraftstoffmasse und/oder der Drehzahl (n) geregelt wird, indem ein Ladedruck (pL) eingestellt wird, der bei gleichzeitig geöffnetem Einlass (13) und Auslass (14) durch Rückstau von Abgas gegen die Luftförderung in den Brennraum (11) einen für die benötigte Luftförderung notwendigen Differenzspüldruck (ps) zwischen Einlass und Auslass bewirkt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruck (pL) durch Verstellungen am Turbolader (3) eingestellt wird. 9/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruck (pL) durch Veränderung der effektiven Strömungsquerschnitte zwischen den beiden atmosphärischen Enden eingestellt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebspunkt mit zuwenig Luftförderung durch den Turbolader (3) die Luftförderung durch ein mittels eines Hilfsantriebs angetriebenen Zusatzgebläse (17) unterstützt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten des Zweitaktmotors (1) das Zusatzgebläse (17) durch den Hilfsantrieb angetrieben wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzgebläse (17) durch einen Elektromotor (15) angetrieben wird, der von einer Hilfsenergiequelle gespeist wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebspunkt mit zuviel Luftförderung durch den Turbolader (3) die zugeführte Gasmasse durch Verändern der Strömungsquerschnitte oder durch Verstellung am Turbolader (3) geregelt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei zuviel Luftförderung dem Gasstrom überschüssige Energie entzogen wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Gasstrom eine Strömungsmaschine (16) angetrieben wird, die einen elektrischen Generator (15) antreibt.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wahl des Drehmoments (T) und der Drehzahl (n) ein bestimmtes Optimum eingestellt wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteil in der Gasströmung so gewählt und/oder dimensioniert wird, dass die richtige Einstellung der Gasmasse, des Ladedruckes (pL) und/oder des Differenzspüldruckes (ps) durch den Arbeitspunkt des Bauteils entsteht.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der variabel verstellbare Verbraucher (2) durch seine Kennlinie eine günstige Kombination aus Drehmoment (T) und Drehzahl (n) am Zweitaktmotor (1) einstellt.
13. 13. Steuereinheit zur Betriebsführung eines Zweitaktmotors (1) mit einem Turbolader (3) zur Luftförderung, wobei ein variabel verstellbarer, vom Zeitaktmotor (1) angetriebener Verbraucher (2) vorgesehen ist und durch die Steuereinheit (40) eine bestimmte Leistung (P) des Zweitaktmotors (1) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) zum Erreichen der geforderten Leistung (P) als Produkt aus Drehmoment (T) und Drehzahl (n) für die Erzeugung eines ersten Steuersignals (44) für die Einstellung eines Drehmoments (T) durch Vorgabe einer einem Brennraum des Zweitaktmotors (1) zugeführten Kraftstoffmasse vorgesehen ist und die Steuereinheit (40) weiters für die Erzeugung eines zweiten Steuersignals (46) für die Einstellung einer Drehzahl (n) am variablen Verbraucher (2) vorgesehen ist und dass die Steuereinheit (40) für die Erzeugung eines dritten Steuersignals (45, 48) für die Einstellung einer dem Zweitaktmotor (1) zugeführten Gasmasse in Abhängigkeit von der zugeführten Kraftstoffmasse und/oder der Drehzahl (n) vorgesehen ist, indem durch eine Einrichtung, die den Gasstrom zwischen den beiden atmosphärischen Enden des Zweitaktmotors (1) mit Turbolader (3) ändert, ein Ladedruck (pL) einstellbar ist, der bei gleichzeitig geöffnetem Einlass (13) und Auslass (14) durch Rückstau von Abgas gegen die Luftförderung in den Brennraum (11) einen für die benötigte Luftförderung notwendigen Differenzspüldruck (ps) zwischen Einlass (13) und Auslass (14) bewirkt.
14. 14. Steuereinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Verstellen des Turboladers (3) vorgesehen ist. 10/14 österreichisches Patentamt AT507 464B1 2011-01-15
15. 15. Steuereinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (47) zum Verändern der effektiven Strömungsquerschnitte zwischen den beiden atmosphärischen Enden vorgesehen ist.
16. 16. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzgebläse (17) vorgesehen ist, das durch einen Hilfsantrieb angetrieben ist und das in einem Betriebspunkt mit zuwenig Luftförderung die Luftförderung durch den Turbolader (3) unterstützt.
17. 17. Steuereinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsantrieb ein Elektromotor (15) vorgesehen ist, der mit einer Hilfsenergiequelle verbunden ist.
18. 18. Steuereinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Gasstrom angetriebene Strömungsmaschine (16) vorgesehen ist, die einen elektrischen Generator antreibt.
19. 19. Steuereinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungsmaschine (16) die Turbine (5) des Turboladers (3) und als elektrischer Generator der Elektromotor (15) vorgesehen ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 11/14