CH443784A - Verbrennungsmotor mit mindestens einem Arbeitszylinder und einem Luftkompressor - Google Patents

Description

      Verbrennungsmotor    mit     mindestens        einem        Arbeitszylinder    und     einem    Luftkompressor    Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungs  motor mit mindestens einem Arbeitszylinder und einem  Luftkompressor, welcher Luftkompressor Luft auf ei  nen Druck     komprimiert,    der dem     Maximalverbren-          nungsdruck,    welcher in dem oder jedem Arbeitszylinder  auftritt, gleich ist oder nur wenig niedriger, wobei diese  Luft als zusätzliche Luftmenge in bezug auf die im       Arbeitszylinder    selbst komprimierte Luft diesem Zylinder       zugeführt    wird,

   derart dass eine zusätzlich grosse Fül  lung entsteht.  



  Ein derartiger Motor ist bekannt. Dabei wird die       zusätzliche    Luft     in    einem von der Motorwelle getrie  benen Kompressor komprimiert und mit     Oeldampf    ge  mischt und dem Arbeitszylinder zugeführt, nachdem  darin eine Verbrennung von     Brennstoff        stattgefunden     hat, der am Anfang des Arbeitshubes eingespritzt wird.  Man erhält dadurch eine grössere     Zylinderfüllung    und  demzufolge eine grössere Motorleistung. Es geht aber  bei normalem     Hub/Durchmesser-Verhältnis    des Arbeits  zylinders infolge der grösseren Zylinderfüllung eine  grosse Menge Druckenergie in den Abgasen verloren.

    Auch wird, da     die        Brennstoffeinspritzung    am Anfang  des Arbeitshubes stattfindet, der     Maximalverbrennungs-          druck    im Zylinder hoch sein.  



  Die Erfindung bezweckt das Vergrössern der Motor  leistung pro Zylinder durch die Anwendung einer     grös-          seren        Zylinderfüllung,    ohne den obengenannten, gros  sen Druckverlust der Expansionsgase und mit einem  in bezug auf den mittleren     Kolbendruck        verhältnis-          mässig    niedrigen     Maximalverbrennungsdruck.    Der mitt  lere     Kolbendruck    kann im     erfindungsgemässen    Motor  zweimal so     gross    sein als bisher in der Praxis erhalten  wird.  



  Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass  die     zusätzliche    Luft während des ersten Teiles des  Arbeitshubes und     Brennstoff    während oder am Ende  der     zusätzlichen    Luftzufuhr zugeführt wird, wobei der    infolgedessen auftretende, hohe     Druck    der Abgase in  einer von diesen Abgasen getriebenen Turbine benutzt       wird,    welche den Luftkompressor antreibt.  



  Bemerkt wird, dass die Anwendung einer Abgas  turbine, die einen Luftkompressor antreibt, bei einem  Motor an sich allgemein bekannt ist. Es betrifft dabei  aber stets     Nachaufladung,    oder     Voraufladung,    in wel  chem letzten Falle die Spülluft des Motors als vom  Kompressor auf einen grösseren als atmosphärischen  Druck komprimierte Luft     zugeführt    wird. In keinem  dieser beiden     Fälle    ist der     mittlere    Kolbendruck so hoch  wie nach der Erfindung.  



  Ferner ist ein Verbrennungsmotor bekannt, bei  welchem Druckluft am Anfang des Arbeitshubes     in     den     Arbeitszylinder    eingelassen wird. Der Brennstoff  wird aber vor dem Ende des Kompressionshubes ein  gespritzt, so dass dadurch der     Verbrennungsdruck    im  Zylinder beim Ende des Kompressionshubes bereits  stark gestiegen ist. Die danach zugeführte     Druckluft     muss einen Druck haben der grösser als der Maximal  verbrennungsdruck ist, während durch die Tatsache,  dass diese Luft ebenso wie der Brennstoff etwa in der       Totpunktstellung    des Kolbens eingelassen wird., der Zy  linderdruck noch mehr steigt.

   Man erhält in diesem  bekannten Motor keine zusätzlich grosse Zylinderfül  lung, da im     Arbeitszylinder    selbst keine vorhergehende  Kompression von Luft erfolgt.  



  Da erfindungsgemäss durch     Zwischenauflage    eine  zusätzliche Luftmenge zugeführt ist, ist die     Füllung     bei verhältnismässig niedrigem Druck gross.  



  Da beim Motor gemäss der Erfindung die Verbren  nungsgase mit grossem Druck und hoher Temperatur  aus dem     Zylinder    gelassen werden,     könnte    diese Tem  peratur bei hoher Motorbelastung für die Schaufeln der  Abgasturbine schädlich sein.  



  Eine vorteilhafte     Ausführungsform    des erfindungs-      gemässen Motors ist deshalb mit einer     Umlaufleitung     zwischen dem     Kompressorauslass    und dem Einlass der  Abgasturbine versehen, in welcher Leitung ein regel  bares Ventil aufgenommen ist, das abhängig von der  Temperatur der Abgase am Turbineneinlass geregelt  werden kann.  



  Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeich  nung näher erläutert, in der     beispielsweise    zwei Aus  führungsformen eines Zweitaktmotors nach der Erfin  dung dargestellt sind.    Es zeigen:       Fig.    1 schematisch einen derartigen Motor in einer  ersten Ausführungsform;       Fig.    2 ein Schema einer zweiten Ausführungsform  mit einem Sammelgefäss für die Abgase.  



  Der in     Fig.    1 dargestellte Motor weist eine Anzahl  Zylinder 1 auf, deren     Auslassöffnungen    an einer gemein  samen     Auslassleitung    2 angeschlossen sind, die zu einer  durch die Abgase     antreibbaren    Turbine 3 führt. Diese  Turbine ist mit einem mehrstufigen Luftkompressor 4  gekuppelt, von dem ein     Auslasstutzen    am Ende der  ersten Stufe über eine Leitung 5 mit einem Windkessel  6 verbunden ist. Dieser Windkessel 6 dient als Spül  luftbehälter und ist über Leitungen 7 mit den Spülöff  nungen der verschiedenen Zylinder 1 verbunden.

   Ein       Auslasstutzen    am Ende der letzten Stufe des     Kompres-          sors    4 ist über eine Leitung 8 mit einem Behälter 9 für  die     Zwischenaufladeluft    verbunden. Von diesem Behälter  9 führt eine Leitung 10 mit Abzweigungen zu den ver  schiedenen Zylindern. In jedem Zylinderkopf ist in  einem Verbindungskanal zwischen dem Ende der Ab  zweigung zur Leitung 10 und dem Zylinderraum ein ge  steuertes Einlassventil 11 vorgesehen.  



  Der Motor nach     Fig.    1 wirkt wie     folgt:     Wenn der Motor mittels eines     Anlassluftgefässes     angelassen ist, wird die Brennstoffzufuhr eingeschaltet,  wonach der Brennstoff zündet und der Motor auf eigene  Kraft weiterdreht. Die Abgase treiben die Turbine 3  und diese ihrerseits den Kompressor 4. Dieser Kompres  sor liefert die Spülluft für die Zylinder, so dass bei  dem herabgehenden Kolbenhub, wenn der Kolben die  Spülöffnungen öffnet, diese Spülluft aus dem Behälter  6 in den     Zylinder    strömt und die Gase zur Leitung 2  abgeführt werden.

   Beim zurückgehenden Kolbenhub  werden zuerst die     Auslassöffnungen    und sodann die  Spülöffnungen im Zylinder geschlossen, wonach ein  Rest Spülluft komprimiert wird. Beim Anfang des  herabgehenden Kolbenhubes oder kurz danach wird das  Einlassventil 11     geöffnet    wodurch     hochkomprimierte     Luft,     herrührend    vom Behälter 9 mit     Zwischenauf-          ladeluft,    in den Zylinder strömt. Nachdem das Ventil  11 wieder geschlossen ist, findet Brennstoffzufuhr bzw.  Zündung statt.

   Da sich der Kolben inzwischen bereits       mit    ziemlich grosser Geschwindigkeit nach unten bewegt,       steigt    der Druck im Zylinder nur wenig oberhalb des  Druckes, der nach dem Zulassen der     Zwischenauflade-          luft    im     Zylinder    herrscht. Man erhält dadurch eine     gros-          se    Zylinderfüllung und demzufolge einen grossen, mitt  leren Kolbendruck, ohne dass ein hoher     Maximalver-          brennungsdruck    auftritt.  



  Um zu verhindern, dass die Schaufeln der Turbine  3 durch eine zu hohe Temperatur der Abgase beschä  digt werden, ist eine     Umlaufleitung    12 zwischen dem       Kompressorauslass    und dem Turbineneinlass angeord  net. In dieser Leitung 12 ist ein Ventil 13 aufgenom-         men,    das abhängig von der Temperatur der Gase beim  Turbineneinlass gesteuert wird und sich bei zu hoher  Temperatur dieser Gase öffnet, wodurch eine Menge  komprimierte Luft zum Turbineneinlass strömt und sich  mit den     heissen    Gasen     vermischt,    so dass diese gekühlt  werden.  



  Bei der zweiten Ausführungsform des     erfindungs-          gemässen    Motors nach     Fig.    2 ist zwischen der Leitung  2 und den verschiedenen     Zylinderauslassöffnungen    ein  gemeinsames Sammelgefäss 14 angeordnet, um den  Druck der Abgase in der Leitung 2 gleichmässiger zu  machen. Der Vorteil davon ist, dass dann für die Ab  gasturbine 3 eine     Gleichdruckturbine    angewandt wer  den kann.     Ferner    ist bei dieser Ausführungsform die  günstigere Längsspülung der Zylinder angewandt, im  Gegensatz zu der nach     Fig.    1 angewandten Umkehr  spülung. Dazu ist in jedem Zylinderkopf ein gesteuer  tes Auslassventil 15 angeordnet.

   Es ist mit diesem Ven  til auch möglich, den Motor kompressionslos arbeiten  zu lassen und die     ganze    Füllung mittels des Ventils 11       stattfinden    zu lassen.  



  Es ist klar, dass die     Erfindung    nicht auf die oben  beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Aus  führungsformen beschränkt ist, sondern dass     im    Rah  men der     Erfindung    noch verschiedene     Änderungen    an  gebracht werden können.  



  Statt Auslass- und     Spülöffnungen    können z. B. Ven  tile angewandt werden. Dies ist insbesondere vorteil  haft, wenn statt des     Stossystems    für das Speisen des       Aufladers    ein     Gleichdrucksystem    unter Zwischenschal  tung eines Pufferbehälters gebraucht wird. Dabei ist  es wegen des hohen Nennwertes des     Pufferdruckes    er  wünscht das Auslassventil erst zu     schliessen,    wenn  (abgesehen von einer     Möglichkeit    zu     Voraufladung)     der Kolben die Stellung erreicht hat, wobei der gleiche  Druck ohne irgendeine     Aufladung    erhalten sein würde.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verbrennungsmotor mit mindestens einem Arbeits zylinder und einem Luftkompressor, welcher Luftkom pressor Luft auf einen Druck komprimiert, der dem Maximalverbrennungsdruck, welcher in dem oder je dem Arbeitszylinder auftritt, gleich ist oder nur wenig niedriger, wobei diese Luft als zusätzliche Luftmenge in bezug auf die im Arbeitszylinder selbst komprimierte Luft diesem Zylinder zugeführt wird, derart, dass eine zusätzlich grosse Füllung entsteht, dadurch gekenn zeichnet,

   dass die zusätzliche Luft während des ersten Teiles des Arbeitshubes und Brennstoff während oder am Ende der zusätzlichen Luftzufuhr zugeführt wird, wobei der infolgedessen auftretende, hohe Druck der Abgase in einer von diesen Abgasen getriebenen Tur bine benutzt wird, welche den Luftkompressor antreibt. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Motor nach Patentanspruch mit separatem, vom Motor angetriebenem Luftkompressor, welcher Luft kompressor einen Endkompressionsdruck liefern kann, der dem in dem oder jedem Arbeitszylinder des Motors auftretenden Maximalverbrennungsdruck gleich oder nahezu gleich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkompressor ein durch die Abgase des Motors an- treibbarer Turbokompressor ist. 2.

   Motor nach Unteranspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass er mit einer Umlaufleitung zwischen dem Kompressorauslass und dem Einlass der Abgasturbine versehen ist, in welcher Leitung ein regelbares Ventil aufgenommen ist, das abhängig von der Temperatur der Abgase am Turbineneinlass geregelt werden kann.