CH172818A - Verfahren und Einrichtung zum dynamischen Aufladen von Kolbenmaschinen, die ein gasförmiges Medium ansaugen. - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zum dynamischen Aufladen von Kolbenmaschinen,  die ein gasförmiges     Hedium    ansaugen.    Die maximale Nutzleistung einer Kolben  masebine, die ein gasförmiges Medium an  saugt, zum Beispiel eines Kolbenverbrennungs  motors oder eines     Kolbenkompressors    hängt  unter anderem von der Menge des im Ma  schinenzylinder am Anfang der Kompression  eingeschlossenen Gasmediums ab, weswegen  durch das sogenannte Aufladen eine höhere  Leistung solcher Maschinen erzielbar ist. Es  sind nun bereits Verfahren zum Aufladen der  Zylinder von Verbrennungsmotoren und Kom  pressoren bekannt geworden, sowohl solche,  bei denen das Aufladen     zwangläufig,    als auch  solche, bei denen es auf dynamischem Wege  erfolgt.  



  Zu den bekannten Einrichtungen zur       zwangläufigen        Aufladung    von Verbrennungs  motoren gehören zum Beispiel die, bei wel  chen die Motorauspuffgase eine Turbine  antreiben, die ihrerseits einen Ventilator an-    treibt, der Luft in den     Motorzylinder    drückt.  Bei andern Einrichtungen dieser Art wird  der Ventilator entweder durch den Motor  selbst oder durch einen besonderen Elektro  motor angetrieben. Alle diese     Einrichtungen     sind sehr kostspielig und ergeben nur bei  Motoren von grosser Leistung (über mehrere  hundert PS.) günstige Ergebnisse.  



  Zu der an zweiter Stelle genannten dy  namischen     Aufladung    gehören alle Versuche,  die durch entsprechende Verlängerung des       Saugrohres    den Liefergrad sowohl bei Motoren,  als auch bei Kompressoren verbessern wollen.  Diese - Verfahren beruhen auf der Aus  nutzung der Trägheit der sich im Saugrohr  bewegenden Gase zum Aufladen. Solche  Versuche wurden bisher nur selten ausgeführt,  und die mit ihnen erzielten Resultate waren  gering. Dies ist auf die kleinen Gasge  schwindigkeiten in der Saugleitung (30 bis      50     m/Sek.)    zurückzuführen, die mit Rück  sicht auf die befürchteten Saugwiderstände  bis jetzt immer angewandt wurden.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung wird  während des Ansaugens im Zylinder zur  energischen Beschleunigung der Gassäule in  der- Saugleitung ein Unterdruck erzeugt. Die  Geschwindigkeit des Gases in der Sauglei  tung nähert sich zweckmässig der Schallge  schwindigkeit, das heisst sie wird vorteilhaft  mehr als 100     m/Sek.    betragen. Dann wird  die kinetische Energie der in der entsprechend  langen Saugleitung bewegten Gase als pneu  matischer Widder (Gaswidder) wirken, was  eine starke     Aufladewirkung    gewährleistet.  



  Die Zeichnung zeigt beispielsweise     Indi-          katordiagramme    von Kolbenmaschinen, die  nach dem Verfahren gemäss der Erfindung  aufgeladen werden. Anhand dieser Diagramme  werden im folgenden Verfahren und Ein  richtung gemäss der Erfindung beispielsweise  beschrieben.         Fig.    1 zeigt einen Teil eines Indikator  diagrammes von einem Viertaktmotor und  gibt den Druckverlauf während eines Saug  hubes wieder.  



  Im Punkte 1 beginnt die Expansion der  im Motorzylinder am Ende des Auspuffhubes  zurückgebliebenen Verbrennungsgase bei ge  schlossener     Einlasssteuerung.    Der Einlass  wird erst im Punkte 2 geöffnet. Der im  Zylinder dadurch hervorgerufene, durch die  Abszisse 2-2' dargestellte Unterdruck be  wirkt eine grosse Gasgeschwindigkeit in der  Saugleitung. Während der     weitei#en    Kolben  bewegung auf dem Wege von 2' bis 5 ver  ringert sich der Unterdruck im Zylinder in  folge des Eintrittes der zuströmenden Gase.

    Nachdem der Druck im Zylinder dem At  mosphärendruck (im Punkts) gleich geworden  ist, verwandelt sich die kinetische Energie  der noch im Saugrohr strömenden Gase in  die durch die     Diagrammfläche    5-4-3 dar  gestellte     Aufladearbeit.    Das     Einlasssteuerorgan     schliesst im Augenblick 3, wo der höchste  Rufladedruck 3 erreicht ist und die Kom  pressionsperiode beginnt.    Der in     Fig.    1 dargestellte Verlauf ist jedoch  nicht vorteilhaft, da gemäss den auf Grund  theoretischer Überlegungen durchgeführten  Versuchen beim Ansaugen aus der Atmosphäre  bei Unterdrücken, die grösser als. 0,5     Atm.     sind, die     Aufladedrücke    mit dem Unterdruck  nicht mehr anwachsen.

   Diese Erscheinung  ist dadurch erklärlich, dass die Gasgeschwin  digkeiten im Saugrohr die Schallgeschwindig  keit nicht übersteigen können.  



  Mit Rücksicht hierauf ist das     Diagramm     nach     Fig.    2 vorteilhafter. In demselben  werden am Anfang des Saughubes durch die       Einlasssteuerung    in dein Zylinder so grosse  Gasmengen eingeführt (Hubteil 6-7) dass  die Expansion im Augenblick des erneuten       Öffnens    des Einlasses (Punkt 8) einen Unter  druck ergibt, welcher nicht grösser als etwa  0,5     Atm.    ist.

   Da nach     Fig.    2 der Einlass im  Punkte 6     öffnen    und im Punkte 7 schliessen  muss, um dann im Punkte 8 wieder geöffnet  und im Punkte 9 geschlossen zu werden,  und die Konstruktion einer solchen     Steuerung     Schwierigkeiten bereiten dürfte, so kann der  Einlass auch so gesteuert verwendet werden,  dass der Druckverlauf während des Saug  hubes etwa der gestrichelten Linie 6-8 ent  spricht.  



  Der durch die Punkte 6-7-8--9 in       Fig.    2 gezeichnete Druckverlauf kann bei  grossen Motoren mit Leichtigkeit verwirk  licht werden, indem das Ansaugen (6-7)  durch im Zylinderdeckel angeordnete Ventile,  und das Einlassen, sowie das Aufladen (8-9)  durch besondere auf der     Zylindermantelfläche     angeordnete     Einlassschlitze    erfolgt, die durch  den Kolben am Ende des Saughubes frei  gelegt werden.  



  In     Fig.    3 ist das     Indikatordiagramm    eines  mit der     erfingungsgemäss    dynamischen Ruf  ladung arbeitenden Kompressors dargestellt.  Der durch die     Diagrammfläche    10-11-14  dargestellte Unterdruck ruft im Saugrohr  eine Strömung der Gase hervor, welche sich  ihrerseits in die durch die     Diagrammfläche     12-13-14 dargestellte     Aufladeärbeit    ver  wandelt. Der Einlass kann durch am Ende  des Saughubes entblösste     Schlitze    oder durch      ein gesteuertes Ventil erfolgen.

   Unter Kom  pressoren werden hierbei allgemein alle     Luft-          und        Gasverdichtungsvorrichtungen    verstanden,  also auch zum Beispiel Gebläse, Spülpumpen  für Verbrennungsmotoren.  



  Das Gas kann entweder der Atmosphäre  oder aber einem Raume entnommen werden,  in welchem ein vom Atmosphärendruck ver  schiedener Druck herrscht, zum Beispiel bei  vielstufigen Kompressoren. In diesem Falle  wird unter     "Unterdruck"    der Unterschied der  Drücke verstanden, welche einerseits im Zy  linder, anderseits im Speiseraume herrschen.  Ebenso ist der     Begriff        "Unterdruck"    beim  Aufladen von Motoren zu verstehen.  



  Sowohl beim Aufladen von Motoren, als  auch von Kompressoren ist der     Saugleitungs-          durchrnesser    zweckmässig so gering, dass die  Geschwindigkeiten in der Saugleitung über  100     m/Sek.    ansteigen.  



  Die Länge der     Saugleitung    ist von der       Öffnungszeit    der Steuerung und der Charak  teristik ihres     Offnens,    sowie auch vom Ver  hältnis des Querschnittes der Leitung zum  Hubvolumen des Zylinders abhängig. Unter  suchungen theoretischer und praktischer Art  haben ergeben, dass das     Saugleitungsvolumen     zweckmässig grösser als 0,4 des Zylinderhub  volumens ist. Unter     Saugleitungsvolumen     wird dabei das Volumen der Saugleitung  zwischen ihrer Einmündung und dem den  Einlass nach dem Zylinder steuernden Organe       verstanden.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zum dynamischen Aufladen von Kolbenmaschinen, die ein gasförmiges Medium ansaugen, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ansaugens im Zylinder zur energischen Beschleunigung der Gassäule in der Saugleitung ein Unterdruck erzeugt wird. UNTERANSPRUCH: Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeighnet, dass im Maschinenzylinder ein Unterdruck während des Ansaugens gegen über dem das Gas liefernden Raume erzeugt wird, welcher höher als 0,15 % des Ansaug druckes ist, so dass die Gasgeschwindigkeiten in der Saugleitung mehr als 100 in/Sek. be tragen.

   PATENTANSPRUCH II: Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gasgeschwindigkeit in der Saugleitung auf über 100 in/Sek. ansteigt und das Volumen der Saugleitung mehr als 0,4 des Zylinderhubvolumens beträgt..