AT516731A4 - Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader - Google Patents

Abstract

Es wird eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader (12) und mit wenigstens einem einen Verbrennungsraum eines Zylinders (1) von einem Kurbelgehäuseraum (17) trennenden Kolben (2) beschrieben. Um die Abgasenergie vorteilhaft nützen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Abgasturbolader (12) druckseitig eine über eine Schalteinrichtung (15) an den Kurbelgehäuseraum (17) angeschlossene Zweigleitung (14) umfasst und dass die Schalteinrichtung (15) in Abhängigkeit von einem Ladeluftüberschuss und der Kolbenbewegung ansteuerbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader und mit wenigstens einem einen Verbrennungsraum eines Zylinders von einem Kurbelgehäuseraum trennenden Kolben.

Um die Leistung von Verbrennungskraftmaschinen zu erhöhen, ist es bekannt, die den Zylindern zuzuführende Verbrennungsluft zu verdichten und den Verdichter mithilfe einer durch die Abgase beaufschlagten Turbine anzutreiben. Da im Hochleistungsbereich die durch die Abgasbeaufschlagung zur Verfügung stehende Turbinenleistung die für die Verdichtung der Verbrennungsluft erforderliche Antriebsleistung für den Verdichter übersteigt, wird die Turbine in Abhängigkeit vom Ladedruck nur mit einem Teilstrom der Abgase beaufschlagt und der überschüssige Abgasstrom über einen Bypass an der Turbine vorbeigeleitet. Die Energie des abgeleiteten Abgasstroms geht damit allerdings verloren.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bei höheren Motorleistungen nicht für die Verdichtung der Verbrennungsluft benötigte Abgasenergie zur Leistungssteigerung einer Verbrennungskraftmaschine zu nützen, und zwar mit vergleichsweise einfachen Konstruktionsmitteln.

Ausgehend von einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Abgasturbolader druckseitig eine über eine Schalteinrichtung an den Kurbelgehäuseraum angeschlossene Zweigleitung umfasst und dass die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einem Ladeluftüberschuss und der Kolbenbewegung ansteuerbar ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Kurbelwelle nicht nur über den Arbeitshub der Kolben, sondern auch bei einer entsprechenden Beaufschlagung der Unterseite des Kolbenbodens während einer gegensinnigen Kolbenbewegung mit einem Drehmoment im Antriebssinn beaufschlagt werden kann. Zu diesem Zweck wird der nicht für die Ladung benötigte Anteil der verdichteten Verbrennungsluft über eine Zweigleitung in das Kurbelgehäuse eingeleitet, sodass die durch diesen Ladeluftüberschuss bedingte Beaufschlagung der Unterseite des Kolbenbodens eine Leistungssteigerung ermöglicht, und zwar mit vergleichsweise einfachen konstruktiven Mitteln, weil die Zweigleitung lediglich mit einer Schalteinrichtung versehen werden muss, die beim Auftreten eines Ladeluftüberschusses die Zweigleitung zur Beaufschlagung des Kolbens über das Kurbelgehäuse freigibt und dafür sorgt, dass zur Vermeidung eines Gegendrucks bei der anschließenden Kolbenbewegung vom oberen zum unteren Totpunkt das Kurbelgehäuse entlüftet wird.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können sowohl bei einem Viertakt-Verbrennungsmotor als auch bei einem Zweitakt-Verbrennungsmotor vorgesehen werden, bei einem Zweitakt-Verbrennungsmotor allerdings nur dann wenn er mithilfe von Ventilen gesteuert wird.

Besonders einfache Konstruktionsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Schalteinrichtung ein in Abhängigkeit vom Ladeluftüberschuss betätigbares Schaltventil und ein in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung betätigbares Steuerventil aufweist, weil in diesem Fall die vom Ladeluftüberschuss und die von der Kolbenbewegung abhängigen Steuerungen voneinander getrennt durchgeführt werden können. Dies bedeutet insbesondere, dass es möglich wird, das in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung betätigbare Steuerventil als synchron mit der Kurbelwelle antreibbaren Drehschieber auszubilden, der einerseits die Zweigleitung mit dem Kurbelgehäuseraum verbindet und anderseits den Kurbelgehäuseraum entlüftet.

Da bei einer Mehrzylinderanordnung die Kolben Winkel versetzt an der Kurbelwelle angreifen, kann das Kurbelgehäuse nicht für alle Kolben gemeinsam mit dem Über schussanteil der Ladeluft beaufschlagt werden. Bei einer Mehrzylinderanordnung ist vielmehr das Kurbelgehäuse zylinderweise in voneinander getrennte Kurbelgehäuseräume zu unterteilen, die je für sich über ein in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung ansteuerbares Steuerventil an die Zweigleitung angeschlossen werden, damit jeder Kolben während seiner Bewegung von seinem unteren zu seinem oberen Totpunkt mit einem entsprechenden Überschussanteil der Ladeluft beaufschlagt werden kann.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wir eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt.

Die schematisch angedeutete Verbrennungskraftmaschine weist einen Zylinder 1 mit einem Kolben 2 auf, der über ein Pleuel 3 mit einer in einem Kurbelgehäuse 4 gelagerten Kurbelwelle 5 verbunden ist. Im Zylinderkopf 6 ist ein Einlass 7 für ein Luft- Brennstoffgemisch und ein Auslass 8 für die Verbrennungsgase mit den zugehörigen Ein- und Auslassventilen 9 und 10 angedeutet. Das Luftansaugsystem 11 ist an einem Abgasturbolader 12 angeschlossen, dessen Abgasturbine über den Auslass 8 mit Abgas beaufschlagt wird, das aus der Abgasturbine in die Auspuffanlage 13 strömt. Die über eine nicht dargestellte Ansaugleitung durch den Verdichter des Abgasturboladers 12 angesaugte Verbrennungsluft wird entsprechend verdichtet dem Luftansaugsystem 11 der Verbrennungskraftmaschine zugeführt.

Um im Hochleistungsbereich die für die Verdichtung der Ladeluft nicht benötigte Abgasenergie in einfacher Weise zur Steigerung der Motorleistung nützen zu können, ist der Verdichter des Abgasturboladers 12 auf seiner Druckseite über eine Zweigleitung 14 mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden, und zwar über eine Schalteinrichtung 15, die die Zweigleitung 14 einerseits beim Auftreten eines Ladeluftüberschusses an die Ladeluftdruckleitung 16 des Abgasturboladers 12 anschließt und anderseits die Beaufschlagung des Kurbelgehäuseraums 17 mit der überschüssigen Ladeluft freigibt, wenn sich der Kolben 2 vom unteren zum oberen Totpunkt bewegt, sodass der Kolben 3 auf der Unterseite des Kolbenbodens beauf schlagt und auf die Kurbelwelle 5 ein Drehmoment im Antriebssinn ausgeübt wird. Damit die Abwärtsbewegung des Kolbens 2 vom oberen zum unteren Totpunkt nicht durch die Ladeluft im Kurbelgehäuseraum 17 behindert wird, wird durch die Schalteinrichtung 15 das Kurbelgehäuse 4 während der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 entlüftet. Die Ansteuerung des Kurbelgehäuseraums 17 durch den Ladeluftüberschuss kann vorteilhaft durch ein Steuerventil 18 in Form eines Drehschiebers gesteuert werden, der synchron mit der Kurbelwelle 5 angetrieben wird, sodass über den Drehschieber die Zweigleitung 14 während des Kolbenhubs vom unteren zum oberen Totpunkt an den Kurbelgehäuseraum 17 angeschlossen, bei der gegensinnigen Kolbenbewegung aber unter gleichzeitiger Entlüftung des Kurbelgehäuseraums 17 gesperrt wird, und zwar unabhängig davon, ob die Zweigleitung 14 mit der Ladeluftdruckleitung 16 verbunden ist. Die Verbindung der Zweigleitung 14 mit der Ladeluftdruckleitung 16 wird über ein Schaltventil 19 in Abhängigkeit vom Auftreten eines Ladeluftüberschusses gesteuert, sodass die Schalteinrichtung 15 vorzugsweise ein Steuerventil 18 und ein davon gesondertes Schaltventil 19 einerseits für die Beaufschlagung und Entlüftung des Kurbelgehäuseraums 17 und anderseits für den Anschluss der Zweigleitung 14 an die Ladeluftdruckleitung 16 des Abgasturboladers 12 umfasst, was einfache Konstruktionsbedingungen sicherstellt.

Claims (4)

1. Patentansprüche

   1. Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader (12) und mit wenigstens einem einen Verbrennungsraum eines Zylinders (1) von einem Kurbelgehäuseraum (17) trennenden Kolben (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (12) druckseitig eine über eine Schalteinrichtung (15) an den Kurbelgehäuseraum (17) angeschlossene Zweigleitung (14) umfasst und dass die Schalteinrichtung (15) in Abhängigkeit von einem Ladeluftüberschuss und der Kolbenbewegung ansteuerbar ist.
2. 2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (15) ein in Abhängigkeit vom Ladeluftüberschuss betätigbares Schaltventil (19) und ein in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung betätigbares Steuerventil (18) aufweist.
3. 3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung betätigbare Steuerventil (18) als synchron mit der Kurbelwelle (5) antreibbarer Drehschieber ausgebildet ist, der einerseits die Zweigleitung (14) mit dem Kurbelgehäuseraum (17) verbindet und anderseits den Kurbelgehäuseraum (17) entlüftet.
4. 4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzylinderanordnung das Kurbelgehäuse (4) zylinderweise in voneinander getrennte Kurbelgehäuseräume (17) unterteilt ist, die je für sich über ein in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung ansteuerbares Steuerventil (18) an die Zweigleitung (14) angeschlossen sind.