Brennkraftmaschine mit mindestens einem als Auf Ladegruppe wirkenden Drucktransformer Es ist üblich, Brennkraftmaschinen mit Hilfe von Turboladern aufzuladen, d. h. ihren Zylindern Lade luft mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck er höhten Druck zuzuführen. Unter einem Turbolader ist dabei eine Maschinengruppe zu verstehen, welche einen Kreiselverdichter und eine Gasturbine in sich vereinigt und deren Verdichter den Maschinenzylin dern Luft zuführt, während deren Turbine von den Abgasen der Kraftmaschine selbst angetrieben wird.
Mit Turboladern werden sowohl Viertaktmaschi- nen wie auch Zweitaktmaschinen aufgeladen. Wäh rend aber bei den erstgenannten die Abgase von den Kolben aus den Zylindern geschoben werden, müssen die Zweitaktmaschinen mit der Aufladeluft gespült werden.
Es bietet einige Schwierigkeiten, rechtzeitig genügend Spül- und Ladeluft mit Turboladern zu be schaffen, hauptsächlich bei der Aufladung verhältnis mässig kleiner und rasch laufender Zweitaktmaschinen sowie insbesondere auch bei niedriger Belastung der selben, weil die in den Auspuffgasen enthaltene Ener gie oft nicht ausreicht, um die ganze für die Spülung und Aufladung benötigte Verdichterleistung aufzu bringen. In solchen Fällen sind dann oft zusätzliche Spülpumpen verwendet worden, wie z. B. Kolben pumpen, die von der Kraftmaschine selbst angetrieben wurden.
Es ist ferner bekannt, dass die Abgase der Kraft maschine entweder für den sogenannten Gleich druckbetrieb in einem verhältnismässig grossen Be hälter gesammelt werden können, bevor sie der Lader turbine zugeführt werden, oder dass sie im Stoss betrieb in möglichst kurzen Abgasleitungen mit ge ringem Rauminhalt zur Laderturbine geleitet werden, derart, dass beim Antrieb derselben die Druckstösse der einzelnen Maschinenzylinder ausgenutzt werden. Bei mehrzylindrigen Kraftmaschinen ist im letzt genannten Fall darauf zu achten, dass die Druckstösse verschiedener Zylinder sich nicht gegenseitig stören, weshalb die Abgasleitungen einzelner Zylinder oder Zylinderguppen in besonderen Strängen verlegt wer den müssen.
Die Vor- und Nachteile der beiden Be triebsarten sind allgemein bekannt.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die als Drucktauscher bekannte Maschine als Auflade gruppe für Brennkraftmaschinen zu verwenden. Eine verbesserte Maschine dieser Art, der Drucktrans former , kann selbstverständlich für diesen Zweck mit noch grösserem Vorteil verwendet werden. Beide Maschinen nehmen ein kompressibles Betriebsmittel auf einer unteren Druckstufe auf und verdichten die ses auf einen höheren Druck, während sie gleichzeitig ein anderes solches Betriebsmittel auf einer höheren Druckstufe aufnehmen und dieses auf einen tieferen Druck entspannen.
Die Verdichtung bzw. Entspan nung der beiden Betriebsmittel geschieht mit Hilfe von Druckwellen, die z. B. in länglichen, auf einem Läufer umlaufenden und an ihren Enden durch Steuerorgane gesteuerten Zellen entstehen. Das Wesen und die Wirkungsweise dieser Zellenmaschinen sind z. B. in den Schweiz. Patentschriften Nrn. 225426 und 315430 ausführlich beschrieben.
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem als Aufladegruppe wirkenden Drucktransformer und ist gekennzeichnet durch Ab gasleitungen und Luftleitungen, die zwischen der Brennkraftmaschine und dem Drucktransformer so angeordnet und bemessen sind, dass die in den Ab gasleitungen auftretenden Druckstösse im Druck transformer auf die Ladeluft übertragen werden, so dass diese zur Erhöhung des Spül- und Ladeluftdruk- kes ausgenützt werden.
Bei der beschriebenen Brennkraftmaschine ist wesentlich, dass nicht nur die Abgasleitungen, sondern auch die Luftleitungen für Stossbetrieb angeordnet und bemessen sind. Der Stossbetrieb wurde unter Ver wendung der üblichen Turbolader bisher nur zur Be- aufschlagung der Laderturbine angewendet, wäh rend die Luft den Maschinenzylindern im Gleich druckbetrieb zugeführt werden musste.
Die Verwen dung eines Drucktransformers als Aufladegruppe bie tet nun die Möglichkeit, die in den Abgasleitungen auftretenden Druckstösse unmittelbar auf die Lade luft zu übertragen, weil in den Zellen dieser Maschine die Gas- und Luftsäulen ohne Zwischenwand mitein ander in Verbindung stehen. Die Vorteile, die der allein gasseitige Stossbetrieb mit Turboladern bei der Aufladung von Zweitaktmaschinen bietet, werden ver mehrt durch den ebenfalls luftseitigen Stossbetrieb.
Es wird eine verbesserte Spülwirkung durch vorteilhafte zeitliche Spüldruckerhöhungen erzielt, weil der Drucktransformer sozusagen keine Trägheit hat und die Druckstösse im Abgas rasch, mit einer für die Spülung günstigen kleinen Verzögerung, auf die Luft überträgt. Dies ist von besonderer Bedeutung bei niedriger Belastung der Kraftmaschine, weil die vor handene Stossenergie bei Teillast verhältnismässig grö sser ist als bei Vollast. Die Trägheitslosigkeit des Drucktransformers ergibt also die Möglichkeit einer raschen Beschleunigung und Belastung der Kraft maschine.
Bei Viertaktmaschinen mit oder ohne über lappung der Ventilöffnungszeiten wird eine bessere Spülung der Zylinder bzw. eine nachfolgende höhere Füllung erreicht. Bei Zweitaktmaschinen ist die best mögliche Ausnutzung der verfügbaren Stossenergie zur Unterstützung der Spülung, vor allem bei Teil lasten, besonders wichtig, weil bei solchen die Spii- lung unerlässlich ist. Damit kann in vielen Fällen die Verwendung einer zusätzlichen Spülpumpe umgangen werden.
Der Drucktransformer kann mit Vorteil bei allen Brennkraftkolbenmaschinen als Aufladegruppe verwendet werden, besonders bei kleinen, rasch lau fenden Maschinen, aber vor allem auch bei Gas- oder Benzinmotoren, die üblicherweise eine hohe Abgas temperatur haben, bei welcher Laderturbinen der Kühlung bedürfen. Der Läufer eines Drucktransfor- mers wird abwechselnd von kalter Luft und heissen Gasen durchflossen, erreicht also nie die Temperatur der Abgase, so dass sich Kühlvorrichtungen erübri gen.
Auch bei Freikolbenmaschinen werden Druck transformer mit gas- und luftseitigem Stossbetrieb mit Vorteil verwendet.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 4 Beispiele verschiedener Ausführungsformen der erfindungsge mässen Brennkraftmaschine, wobei in allen Figuren gleiche Teile in gleicher Weise bezeichnet sind. Fig. la zeigt einen Schnitt nach<B><I>A -A</I></B> in Fig. 1 senkrecht zur Achse durch das Gehäuse und den Läufer des in Fig. 1 in einer Abwicklung des Zylinderschnittes mit dem Durchmesser<I>Dm</I> dargestellten Drucktransfor- mers.
In Fig. 1 ist 1 ein Zylinder einer Viertaktkraft- maschine und 2 ein Kolben derselben. Bei 3 ist ein Abgasventil und bei 4 ein Lufteinlassventil gezeigt. Die Abgasleitung 5 führt die Abgase der Kraft- maschine zum Gaseinlass 2v des Drucktransformers, während die Luftleitung 6 die verdichtete Luft aus dem Luftaustritt 2n desselben zur Maschine führt.
Der Läufer 7 des Drucktransformers trägt die Zel len 8, deren Einlass- und Auslassenden von den steuernden Kanten der Einlass- und Auslassöffnungen in den Seitenteilen 9 des Transformergehäuses ge steuert werden.
In Fig. 1 a sind gleiche Teile des Drucktransfor.- mers in gleicher Weise wie in Fig. 1 bezeichnet. Der Drucktransformer kann bekanntlich so ge baut werden, dass die Luft an einem und demselben Ende in die Zellen 8 ein und aus denselben austritt und das Gas am entgegengesetzten Ende; aber auch so, dass diese Betriebsmittel je an entgegengesetzten Zellenenden ein- bzw. austreten. In Fig. 1 ist der erst genannte Fall dargestellt. Die punktierten Linien zei gen das Fortschreiten der Gasfront in den Zellen.
Eine Brennkraftmaschine mit nur einem Zylinder kann nach Fig. 1 durch je eine Abgasleitung 5 und eine Luftleitung 6 mit einem Drucktransformer ver bunden sein. Besitzt aber die Maschine mehr als drei Zylinder, so ist es, wie bei der Verwendung von Turboladern, vorteilhaft, nach Fig. 2 mehrere Abgas leitungen 5 und mehrere Luftleitungen 6 zwischen mehreren Zylindern a,. <I>b, c bzw. d, e, f</I> der Brenn- kraftmaschine und einem Drucktransformer anzu ordnen.
Dabei muss der Drucktransformer in an sich bekannter Weise so gebaut sein, dass bei jeder Um drehung des Läufers 7 in dessen Zellen 8 mehrere Arbeitsspiele ablaufen. Die Fig. 2 zeigt einen solchen Drucktransformer, der für zwei Arbeitsspiele pro Umdrehung gebaut ist und der demgemäss je zwei Steueröffnungen 1v, 1n, 2v und 2n im einen bzw. im anderen der beidseitig des Läufers angeordneten Steuerorgane 9 aufweist.
Anstatt eines für mehrere Arbeitsspiele pro Läu ferumdrehung gebauten Drucktransformers können nach Fig. 3 auch mehrere solche mit je nur einem Arbeitsspiel pro Umdrehung den verschiedenen Zy lindergruppen<I>a, b,</I> c bzw. <I>d, e, f</I> zugeordnet sein, wobei also mehrere Abgasleitungen 5 und mehrere Luftleitungen 6 zwischen mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine und mehreren Drucktransfor- mern angeordnet sind.
Werden mehrere Drucktransformer mit einer Brennkraftmaschine gebraucht, so können nach Fig.4 solche mit mehreren intern verbundenen Arbeitsspiel kreisläufen verwendet werden. Bei jedem Druck transformer sind nach dieser Figur je zwei Gasein lässe 2v und je zwei Luftauslässe 2n miteinander verbunden. überdies können die Abgasleitungen 5 je zwischen mehreren Zylindern <I>a, b</I> bzw.
c, d der Brennkraftmaschine und einem von mehreren Druck transformern angeordnet sein, während die Luftlei tungen 6 je zwischen einem anderen Drucktransfor- mer und mehreren anderen Zylindern e, d bzw. <I>a, b</I> angeordnet sind. Die Auspuffgase aus bestimmten Zylindern können somit einen Drucktransformer oder einen Arbeitsspielkreislauf eines solchen speisen, wel- eher Luft zu anderen Zylindern fördert.
Nach Fig. 4 erhält der links gezeigte Drucktransformer Auspuff gase aus den Zylindern c und d, während er Luft zu den Zylindern<I>a</I> und<I>b</I> fördert, wobei der rechts ge zeigte Drucktransformer infolge der sich überkreu zenden Abgasleitungen aus den'Zylindern <I>a</I> und<I>b</I> mit Gas versehen wird und Luft an die Zylinder c und d liefert. Mit einer solchen Anordnung können die in den Luftleitungen entstehenden Druckstösse zeitlich so zu den Maschinenzylindern geführt werden, dass beste Spülung bzw. Füllung erreicht wird.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen prinzipiell wichtige Aus führungsformen der beschriebenen Brennkraftma- schine. Eine oder mehrere Aufladegruppen können aber auch noch in anderer Weise gebaut und der Kraftmaschine zugeordnet werden. So wird man z. B. für hohe Zylinderzahlen mehrere Aufladegruppen mit mehreren separaten Arbeitsspielkreisläufen verwen den. Die Wahl der Anzahl der Kreisläufe wird in jedem einzelnen Fall sorgfältig abgewogen.
In Ver bindung mit der sorgfältigen Abstimmung der Längen und Durchmesser, d. h. des Rauminhaltes, sowohl der Luftleitungen wie auch der Abgasleitungen, kann so bei allen Kolbenmaschinen für optimale Verhält nisse bezüglich Spülung und Aufladung gesorgt wer den.