CH314435A - Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

  Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftmaschine    Die Erfindung bezieht sich auf eine auf  geladene Zweitakt-Brennkraftmaschine mit  Abgasturbine, sowie mit einer vorverdichten  den ersten und einer weiterverdichtenden  zweiten Luderstufe, wobei die eine der Luder  stufen mittels fester     Wellenkupplung    mit der  Abgasturbine zu einem Turbolader vereinigt  ist und die andere Luderstufe     einerseits    mit  diesem durch eine lösbare Wellenkupplung zu  einem Aufladeaggregat vereinigt werden kann  und anderseits mittels einer weiteren lösbaren  Wellenkupplung mit der Brennkraftmaschine  verbunden werden kann.  



  Das Anlassen und der Betrieb bei Teillast  von Zweitaktmotoren, welche keine fest mit  dem Motor verbundenen Spülpumpen haben,  sondern durch vom Motor getrennte Turbo  lader gespült und aufgeladen werden, ist er  schwert. Es sind daher Vorrichtungen vor  geschlagen worden, welche dieses Anfahren  und den Teillastbetrieb ermöglichen sollen.  



  So ist unter anderem bekannt, dass, bei  Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Turbo  aufladung durch hintereinander geschaltete  zwei Luderstufen, die zweite Luderstufe stän  dig vom Motor angetrieben wird und, dass  nur die erste Luderstufe mit der frei drehen  den Turbine verbunden ist.  



  L m bei zunehmender Motorbelastung die  durch die dabei ebenfalls zunehmende Abgas  energie verfügbare grössere Turboladerleistung  auszunutzen, sind weiterhin Vorschläge be  kannt, nach denen in diesem Falle der Ab-         gasturbolader    durch eine lösbare Kupplung  mit der Brennkraftmaschine verbunden wer  den kann, um an diese und damit auch an die  zweite Luderstufe seinen Überschuss an Ener  gie abzugeben.  



  Diese bekannt gewordenen Vorschläge  ermöglichen es aber anderseits nicht, mit der  gleichen Einrichtung sowohl das gesamte     aus     der Abgasturbine und den beiden Laden  stufen bestehende Aufladeaggregat unabhän  gig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine  frei drehen zu lassen, als auch nur den Turbo  lader frei drehen zu lassen und die andere  Luderstufe von der     Brennkraftmaschine    aus  anzutreiben.  



  Die bekannt gewordenen Vorschläge  gehen     hiermit    an einer Erkenntnis vorbei,  welche sich als wichtig erweist.  



  Nicht nur in einem der genannten Fälle,  sondern in beiden erweist sich nämlich eine  feste Kupplung mit der     Brennkraftmaschine     als nachteilig, weil hierbei nur in einem     ein--          zigen    ausgelegten Betriebspunkt optimale     Be=          triebswerte    erreichbar sind, während wegen  der unterschiedlichen Charakteristiken von  Turbomaschine     und    Kolbenmaschine in allen  von diesem     Auslegungspunkt    abweichenden  Betriebspunkten für den     Wirkungsgrad    der       Abgasenergie-Aimutzung    ungünstigere Werte  zu     erwarten    sind.  



  Bei Zweitakt. -     Brennkraftmaschinen    ist  zudem wegen des höheren     Spüllufta.ifwandes     und der dadurch tieferen Abgastemperatur      ein Überschuss der Abgasturbinenleistung  über die für Spülung und Ladung erforder  liche Leistung nur in den Fällen höherer Be  lastungen zu erwarten, während zumeist ein  Teil der Spülpumpenarbeit von der     Brenn-          kraftmasehine    selbst aufgebracht werden muss  und nur in günstigen Fällen Gleichgewicht  zwischen Turbinenleistung und erforderlicher  Laderleistung besteht. Nutzleistungsabgabe  der Turbine an die Kurbelwelle ist daher nur  in seltenen Fällen möglich.  



  Die Erfindung bezweckt eine Verbesse  rung des Betriebes solcher aufgeladenen  Zweitakt-Brennkraftmasehinen. Sie besteht  darin, dass die andere, nicht mit der Abgas  turbine zu einem Turbolader vereinigte, Laden  stufe von einem Wellenstrang angetrieben  wird, welcher zwischen den beiden lösbaren  Kupplungen liegt. Hierdurch wird erzielt, dass  diese andere Ladenstufe nunmehr wahlweise  entweder mit der Brennkraftmasehine oder  mit dem Turbolader oder mit allen beiden       gekuppelt    werden kann, dass es also nunmehr  ermöglicht wird, sowohl das gesamte aus der  Abgasturbine und den beiden Ladenstufen be  stehende Aufladeaggregat frei drehen zu lassen,  als auch mit der gleichen Einrichtung nur den  Turbolader frei drehen zu lassen und die  andere Ladenstufe von der Brennkraftmasehine  anzutreiben.

   Und gleichwohl bleibt die Mög  lichkeit erhalten, falls zum Beispiel eine  plötzliche Zunahme der Belastung oder Dreh  zahl eine plötzliche Beschleunigung des gesam  ten aus der Turbine und den beiden Lader  stufen bestehenden Aufladeaggregats erforder  lich macht, diese Beschleunigung durch Kupp  lung des Aggregates mit der     Brennkraft-          masehine    zu bewirken. Und ebenfalls bleibt  die Möglichkeit erhalten, unter Umständen  einen Leistungsüberschuss des Aggregates auf  die Kurbelwelle der Brennkraftmasehine über  tragen zu können.  



  Hierbei kann die zweite Ladenstufe die  jenige sein, die vom Wellenstrang angetrie  ben wird, welche zwischen den beiden lösbaren  Kupplungen liegt. Beim Anlassen der     Brenn-          kraftmasehine    wird dann gegebenenfalls nur  diese zweite Ladenstufe mit der Brennkraft-    masehine gekuppelt und liefert für letztere  durch die zunächst noch stillstehende erste  Laderstufe hindurchsaugend, die allererste  Luft. Hat sieh alsdann der aus der Turbine  und in diesem Falle der ersten Laderstufe  bestehende Turbolader beschleunigt, so beginnt  auch die erste Laderstufe zur Drucksteigerung  beizutragen.

   Der frei drehende trurbolader     ver-          nia-    sieh unabhängig von der Drehzahl der       Brennkraftmasehine    auf den der Leistung der  letzteren     entsprechenden    optimalen Drehzahl  bereich von selber einzustellen.

   Bei ausreichend  hoher Leistung ermöglicht. darüber hinaus die  Kupplung der zweiten     Laderstufe    mit dem  Turbolader nach Lösung ihres Antriebes von  der     Brennkraftmasehine    dem dann auch wei  terhin frei drehenden gesamten, aus der Tur  bine und den beiden Ladenstufen bestehenden,       Aufladeaggregat    ein Arbeiten in dem für die  jeweilige Leistung optimalen Drehzahlbereich  und ergibt. damit eine Entlastung der Brenn  kraftmaschine und kleineren Brennstoffver  brauch.

   Hierbei     bewirkt.    eine etwaige Über  schussleistung des     Aufladeaggregat.es    von sel  ber eine     Beschleunigung    des Aggregates und  damit. eine Vergrösserung des Luftdurchsatzes  und des     Aufladedruek    es. Diese sind, falls sie  nicht zu einer weiteren     Steigerung    der Lei  stung ausgenutzt werden, mit einer Herab  setzung der Temperaturen in der     Brennkraft-          maschine    verbunden. Durch die dabei sich ein  stellende niedrigere Abgastemperatur erfolgt  automatisch die Einstellung des Gleichgewichts  zwischen der Turbinen- und der     Ladenleistung.     



  Die beiden lösbaren Kupplungen können  unabhängig voneinander lösbar     Lind        einrücl,:-          bar    sein. In diesem Falle kann somit     durch     gleichzeitiges Einrücken beider Kupplungen  auch das gesamte     Aufladeaggregat    mit. der       Brennkra.ftmaschine    gekuppelt werden.  



  Es empfiehlt. sich jedoch, von dieser Mass  nahme nur dann Gebrauch     zti    machen, wenn  die     Brennkraftmasehine    dazu bestimmt. ist, be  sonders starke Belastungsstösse aufzunehmen,  welche zwecks plötzlicher Steigerung des     Auf-          la.dedruckeseine    plötzliche Beschleunigung des       Aufladeaggregates    notwendig machen können.  Auch dann empfiehlt es sieh, diese Massnahme      nur zeitweilig anzuwenden, da sie sonst den  mittleren Brennstoffverbrauch erhöhen würde.  



  Aus diesem Grunde kann es sich daher  empfehlen, sogar eine Einrichtung vorzusehen,  durch welche beim Einrücken einer der beiden  lösbaren Kupplungen die jeweils andere lös  bare Kupplung gelöst wird, so dass das     gleieh-          zeitige    Einrücken der beiden Kupplungen  überhaupt nicht möglich ist.  



  Die Zeichnung zeigt in schematischer Dar  stellung ein Ausführungsbeispiel der aufge  ladenen Zweitakt-Brennkraftmaschine nach  der Erfindung.  



  Mit der Kurbelwelle 1 der     Brennkraft-          masehine    M ist über eine lösbare hvdraulisehe  Kupplung K1 die zweite Laderstufe V2 ver  bunden. Dieser strömt die Luft über den Zwi  schenkühler 3 und die erste Laderstufe V1  durch die Leitung 4 aus der Umgebung zu.  Die erste Laderstufe V1 ist mit der Abgas  turbine T ständig gekuppelt. Letztere wird  vom Motor M durch die Leitung 5 mit Abgas  beaufschlagt. Der Turbolader T V1 kann über  die ebenfalls lösbare hydraulische Kupplung  K2 mit der zweiten Laderstufe V2 verbunden  werden, wobei hier die Schaltung der Kupp  lungen so vorgesehen ist, dass nie beide Kupp  lungen gleichzeitig eingerückt sind.

   Hierzu  dient der Steuerkolben 7, der, wenn er wie  gezeichnet, nach links verschoben ist, ein Fül  len der Kupplung K1 und ein Entleeren der  Kupplung K2 bewirkt, und umgekehrt.  



  In den die zweite Laderstufe V2 mit dem.  Motor M verbindenden Kanal ist ein Wärme  tauseher 8 eingeschaltet, der einen doppelten  Zweck erfüllt: Während des Betriebes wird  er mit kühlem Wasser beschickt und dient  somit als Kühler für die Spül- und Ladeluft.  Zum Erleichtern des Anlassens der     Brenn-          kraftmaschine    insbesondere bei kalter Witte  rung, sowie bei schwacher Belastung der  Brennkraftmaschine kann er aber auch mit  heissem Wasser oder mit Dampf besehiekt  werden und dient dann zum Anheizen der  Spül- und Ladeluft.  



  Dem Umgehen der ersten Laderstufe V1  und des Zwischenkühlers 3 dient das Absperr  organ 2 und dem Umgehen der Abgasturbine    T dient das Absperrorgan 6. Die Absperr  organe 2 und 6 stehen untereinander sowie  mit dem Steuerkolben 7 durch das Ge  stänge 9 in Verbindung und dieses seiner  seits durch die Stange 10 mit einem nicht  gezeichneten Regulierorgan des Motors M,  z. B. dem von Hand betätigbaren Hebel zum  Einstellen der Brennstoffzufuhr dem     Ge-          schwindigkeits-    oder dem Leistungsregler. In  dem in der     Zeichnung    dargestellten Zustand  befindet sieh das Gestänge 9 in der Anlass  stellung. Die Absperrorgane 2 und 6 sind  geöffnet. Die Kupplung K1 ist gefüllt und die  Kupplung K2 ist entleert.

   Beim Starten des  Motors M wird also die zweite Laderstufe V2  von ihm angetrieben werden und wird, über  das offene Absperrorgan 2 unmittelbar aus  der Atmosphäre saugend, dem Motor M die  erste Luft. liefern. Hierbei kann der Wärme  ta.useher 8 mit heissem     Wasser    oder Dampf       besehickt    sein und so zum Anheizen der Luft  zwecks     Erleichterns    des     Anspringens    des Mo  tors M dienen. Ist der Motor angesprungen,  so können zunächst die Absperrorgane 2 und  6 geschlossen werden, während die Kupplung       K1    noch gefüllt und die Kupplung     K2    noch  entleert bleibt und der Turbolader T     V,    frei  zu drehen beginnt.

   Mit dem Steigen der Be  lastung wird dann auch der Wärmetauscher 8,  wie schon der Zwischenkühler 3, mit kühlem  Wasser     beschiekt    und schliesslich, bei hoher  Belastung, wird durch     Rechtsverschieben    des       Steuerkolbens    7 die Kupplung     K2    gefüllt und  die Kupplung     K1    entleert, so dass dann das  gesamte     Aufladeaggregat        V2   <I>T</I>     V1    frei läuft.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Abgasturbine sowie mit einer vorverdich tenden ersten und einer weiterverdichtenden zweiten Laderstlüe, wobei die eine der Lader stufen mittels fester Wellenkupplung mit der Abgasturbine zu einem Turbolader vereinigt ist und die andere Laderstufe einerseits mit diesem durch eine lösbare Wellenkupplung zu einem Aiüladeaggregat vereinigt.

   werden kann und anderseits mittels einer weiteren lösbaren Wellenkupplung mit der Brennkrafimasehine verbunden werden kann, dadurch gekennzeich net, dass die andere Laderstufe von einem Wellenstrang angetrieben wird, welcher zwi- sehen den beiden lösbaren Kupplungen liegt. UNTERANSPRÜCHE 1. Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftma- sehine nach Patentansprueh, dadurch gekenn zeichnet, dass die zweite Laderstufe von einem Wellenstrang angetrieben wird, welcher zwi schen den beiden lösbaren Kupplungen liegt. 2.

   Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftma- schine nach Patentansprueh, dadurch gekenn zeichnet, dass die beiden lösbaren Kupplungen unabhängig voneinander lösbar und einrück bar sind. 3. Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftma- sehine nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche beim Einrücken einer der bei den lösbaren Kupplungen die jeweils andere lösbare Kupplung gelöst wird. 4.

   Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftma- schine nach Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass am Verbindungskanal der beiden Laderstufen eine durch ein Absperr organ verschliessbare, den Verbindungskanal mit der Atmosphäre unter Umgehung der ersten Laderstufe verbindende Öffnung vor gesehen ist. 5. Aufgeladene Zweitakt-Brennkräftma- schine nach Unteranspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass an dem die Brennkraftmaschine mit der Abgasturbine verbindenden Kanal eine durch ein Absperrorgan verschliessbare, den Kanal mit der Atmosphäre unter Um gehung der Abgasturbine verbindende Öff nung vorgesehen ist. 6.

   Aufgeladene Zweitakt-Brennkraftma- schine nach Unteransprüehen 3), .1 und 5, da durch gekennzeichnet, dass die Einriehtung zum Lösen und Einrücken der Kupplungen, sowie die Einrichtung zum Öffnen und Schlie ssen der dem Umgehen der ersten Laderstufe und der Abgasturbine dienenden Absperr organe mit einem Regulierorgan der Brenn kraftmasehine verbunden sind und durch dieses betätigt. werden.