Mit vorverdichteter Ladung arbeitende Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit vorverdichteter Ladung arbei tende Brennkraftmaschine und besteht darin, dass als Aunadepumpe eine Kolbenmaschine verwendet wird, in deren Arbeitsräumen ab wechselnd Ladung für die Verbrennungs zylinder vorverdichtet wird und Auspuff gase zwecks Ausnützung ihrer Energie ex pandieren, und eine besondere Spül- und Ladepumpe die Arbeitsräume der Kolben maschine beim Übergang von der Expansion der Auspuffgase zur Vorverdichtung der Ladung ausspült und mit der letzteren füllt.
Als Aufladepumpe kann eine Kolbenmaschine mit hin- und hergehenden Kolben, oder eine rotierende, mit Schieberkolben versehene Kolbenmaschine verwendet werden. Die zum Ausblasen der Auspuffgase aus der Auflade pumpe und zum Laden dieser Pumpe vor gesehene Spül- und Ladepumpe ist am besten als Ventilator oder Turbogebläse ausgebildet und wird zweckmässigerweise von der Brenn- kraftma.schine oder von der Aufladepumpe aus angetrieben. Die Laufräder dieser Ge- bläse können auf die Welle der Auflade pumpe selbst aufgekeilt sein, oder um die selbe mit grösserer Geschwindigkeit rotieren.
Als Spül- und Ladepumpe kann vor der Auf ladepumpe ein ein- oder mehrstufiger Druck ventilator öder auch hinter derselben ein ein- oder mehrstufiger Saugventilator oder beide Ventilatoren miteinander vorgesehen sein.
Die von den Abgasen getriebene Auf ladepumpe kann nur von diesen getrieben sein, oder dieselbe kann ausserdem vom Motor aus angetrieben werden. Für den Fall, dass die Aufladepumpe nur von den Abgasen an getrieben wird, ist es zweckmässig, damit auch bei langsamer Drehzahl und kleiner Belastung der Brennkraftmaschine genügend Ladung in die Verbrennungszylinder beför dert wird, insbesondere bei im Viertakt ar beitenden Brennkraftmaschinen,
in der Druck leitung zwischen Aufladepumpe und Brenn kraftmaschine mindestens ein bei Unterdruck sich selbsttätig öffnendes Einströmorgan an zubringen. In den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes schematisch dargestellt und auch Diagramme, die die Wirkungsweise zur Dar stellung bringen.
In Fig. 1 und 12 ist ein vertikaler, drei- zylindriger Einspritzviertaktmotor in einem senkrechten Schnitt und in einem Grundriss dargestellt.
Die Zylinder 2, 3 und 4 der Brennkrait- maschine 1, welche der Einfachheit halber ohne Kühlmäntel dargestellt sind, besitzen je zwei Einlassventile 13 und zwei Auslass- ventile 11. 5 ist die Kurbelwelle; 6 sind die Arbeitskolben, 7 die Schubstangen. S ist die Steuerwelle der Maschine mit den Steuer nocken und 9 sind die die beiden Auslassvzntile 11 eines Zylinders betätigenden Ventilhebel, welche ihren Antrieb durch die Stossstangen 10 erhalten.
Die Einlassventile 13 können ebenfalls von Nocken auf der Steuerwelle 8 mittelst Stossstangen und Ventilhebeln 12 gesteuert werden (wie beim Zylinder 2 ge zeichnet)\ oder sie können. selbsttätig wirken (wie bei den Zylindern 3 und 4 gezeichnet).
14 ist die als Verdichtungs- und Expansions maschine dienende Aufladepumpe. Diese ist als rotierende Kolbenmaschine mit mehreren Schieberkolben 15 ausgebildet, welche einen sichelförmigen Raum zwischen dem Gehäuse 16 und dem Rotor 17 unterteilen. Der Ro tor 17 rotiert in Fig. 1 entgegengesetzt dem Sinne des Uhrzeigers. Die rechte Seite der Kolbenmaschine 14 dient zur Verdichtung der Ladung, die linke Seite zur Expansion der Auspuffgase.
Die verdichtete Ladung tritt aus dem Gehäuse 16. über Rückschlag klappen 2;8 in. die Leitung 18 mit der Klappe 27, welche bei Unterdruck in der Leitung 18 der Aussenluft den Zutritt frei gibt. Die Leitung 18 führt zu den Einlassventilen 13 der Brennkraftmaschine. Die Auspuffgase der Brennkraftmaschine treten durch die Lei tung 19 in den linken Teil der rotierenden Aufladepumpe 14.
Die Auspuffgase gelangen damit in die sich bei der Drehung des Ro tors 17 vergrössernden, von den Kolbenschie bern gebildeten Arbeitsräume und dehnen sich deshalb aus. Sie treten unten dann durch die Leitung 20 wieder aus. Die Lei tung 20 kann die Auspuffgase direkt oder durch einen Geräuschdämpfer oder Abgas- verwerter in .die Atmosphäre führen. Ein Ventilator, dessen Laufrad 21 auf der Welle der Aufladepumpe 14 sitzt, saugt frische Luft an und führt sie durch eine Öffnung 22 auf einer Stirnseite des Gehäuses 16 in die Auf ladepumpe ein.
Diese Ladeluft bläst die in den Arbeitsräumen noch verbliebenen Aus puffgase hinaus und dieselben gelangen durch eine der Öffnung 22 gegenüberliegende öff- nung 23 des Gehäuses 16 in die Leitung 2s. Dort =erden diese Auspuffgase durch einen weiteren Ventilator 25 abgesaugt und durch die Leitung 26 in die Auspuffleitung 20 übergeführt. Das Laufrad des Ventilators 25 sitzt ebenfalls auf der Welle der Ladepumpe.
Die Aufladepumpe wird noch von der Brennkraftmaschine mittelst eines Riemens 29 angetrieben.
Damit jeweils gegen Ende des Auspuffes die Leitung 19 von den Auspuffgasen weit gehend entleert wird, ist eine Leitung 30 an geordnet, durch welche die in der Leitung 19 befindlichen Auspuffgase über die Leitung 26 direkt in die Auspuffleitung 20, gelangen können. Der Zutritt von der Leitung 19 zur Leitung :<B>30</B> wird durch ein Organ 31 beherrscht, welches mittelst des Gestänges 32 und eines Nockens 3',3 von der Steuerwelle 8 aus jeweils am Ende des Auspuff- und zu Beginn des Ladevorganges der Verbrennungs zylinder geöffnet wird. Ein solches Ventil könnte für jeden Zylinder oder für eine Gruppe von Zylindern angeordnet sein.
Die Umleitung 30 ermöglicht, dass Ladeluft durch die Zylinder der Brennkraftmaschine hin durchgeblasen werden kann. Ein Teil dieser Ladeluft geht über die Leitungen 19, 30, 26 in die Auspuffleitung 20, ein anderer Teil passiert die Expansionszellen der Auflade pumpe und kühlt sie.
Weil die Aufladepumpe mit Auspuff gasen beaufschlagt ist, wird sie gekühlt. Durch die Leitung 34 tritt das Kühlmittel in den Rotor ein und verlässt denselben durch die Leitung 35. Der Mantel 36 des Gehäuses ist ebenfalls mit einem Kühlmittel gekühlt, desgleichen seine Stirnwände 3,7.
In Fig. 5 sind Arbeitsdiagramme der .@ufladepumpe gemäss den Fig. 1 und 2 dargestellt. a- b stellt den Druckverlauf bei der Verdiehtung der Ladung auf der Ver dichtungsseite der Auflagepumpe dar; b-c das Hinüberschieben der Ladung in die Brennkraftmaschine. c-d-e bezw. c--d'-e', c-d"-e" stellen den Druckverlauf auf der Expansionsseite der Auflagepumpe dar.
c-d, c-d', c-d" zeigen das Füllen der einzelnen Zellen zwischen den Kolbenschie bern mit Auspuffgasen; d-e, d'-e', d"-e" stellen die Expansion dieser Gase bei der Drehung des Rotors auf der Expansionsseite der Auflagepumpe dar. Bei e, e', e" erfolgt die öfnung der Zellen in die Auspuffleitung 20.
Nachdem der Druck im Punkt<I>f, f', f"</I> ungefähr auf die Atmosphäre gesunken ist, beginnt der Eintritt der durch das Spül gebläse gelieferten Spülluft, wodurch die Auspuffgase weiter bis zum Punkt g in die Leitung 20 angetrieben bezw. dorthin abge saugt werden. Von den Punkten h-h'-h" ab ist jeweils in den Zellen der Auflagepumpe der Druck der Auspuffgase unter dem Druek der Ladeluft. Vom Punkt g an werden die Zellen bei geschlossener Auspuffleitung 20 vollständig mit Frischluft geladen.
Dies dauert bis zum Punkt a, wo die Verdichtung der neuen Ladung im Verdichtungsteil der Auflagepumpe beginnt. Da die Leitung 19 jeweils am Ende des Auspuffvorganges in den Verbrennungszylindern durch die Lei tung 30 direkt mit der Auspuffleitung 20 der Brennkraftmaschine verbunden wird, können die Auspuffgase mit der durch die Maschine durchgeblasenen Spülluft unter Umgehung der Auflagepumpe in die Aus puffleitung 20 abströmen. Dies erfolgt dann bei einem tieferen Druck, zum Beispiel ent sprechend der punktierten Kurve c--d"-e". Ist der Druck in der Leitung 19 bereits un ter den Auflagedruck b-c gefallen, so wird auch Spülluft durch den Ausdehnungsteil der Auflagepumpe gehen.
Von den Ventilatoren 21 und 25 kann der eine oder andere weggelassen werden. Der eine oder andere oder beide können auch mehrstufig gebaut sein. Ebenso kann die Auflagepumpe 14 ausschliesslich von den Auspuffgasen angetrieben sein, der Antrieb 2.9 also fehlen. In diesem Falle öffnet bei kleiner Belastung der Brennkraftmaschine, wo nicht genügend frische Luft gefördert wird. das Organ 27 '. und lässt den Kolben durch die Einlassleitung 18 direkt frische Luft ansaugen.
In Fig. 3 und 4 ist eine Achtzylinder maschine 1 im Auf- und Grundriss dargestellt. Für je zwei Zylinder ist eine besondere Auf lagepumpe 14 vorgesehen. Alle Auflagepum pen sind auf einer Achse 39 angeordnet und werden durch das Getriebe 29 von der Kurbel welle 5 der Brennkraftmaschine aus angetrie ben. Die den Auspuff führenden Leitungen 20, sowie die die ausgespülten Gase führenden Leitungen 26 werden in eine gemeinsame Lei tung 38 übergeführt.
Bei jedem Zylinder ist ein Organ 31 vor gesehen, durch das am Ende des Auspuff vorganges die in der Druckleitung 19 ent haltenen Auspuffgase, sowie die Spülluft unter Umgehung des Expansionsteils der Auflagepumpe durch eine Leitung 30 in die Abgasleitung 38 entleert werden. Diese Or gane werden. durch die Steuerung der Aus puffventile betätigt.
Die Erfindung kann sowohl bei Vier wie Zweitaktmotoren zur Anwendung ge langen. Die Auflagepumpen können hori zontal oder vertikal angeordnet sein.
Um eine gute Ausnützung der in den Abgasen enthaltenen Auspuffenergie zu er halten, und um vor allem die verschieden grossen Volumen von Abgasen und Ladeluft in ein und derselben Abgasmaschine mit grösstem Wirkungsgrad umsetzen zu können, kann der Ausdehnungsweg länger gewählt werden als der Verdichtungsweg der Auflage maschine.
Als Brennkraftmaschine kann eine Brenn- kraftmaschine, die nach dem Diesel- oder ähnlichen Verfahren arbeitet, oder auch eine Explosionskraftmaschine, wie Benzin- oder Gasmaschine, Verwendung finden. Bei dieser wird es zweckmässig sein, um Explosionen der Gemischladung in der Aufladepumpe zu vermeiden, nur die Luft zu verdichten und den Brennstoff zwischen Aufladepumpe und Verbrennungszylinder oder erst in diesem selbst einzuführen.