DE1526457B1 - Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einer Turboladegruppe und einem direkt unter Ausschluß eines Übersetzungsgetriebes an die Welle der Turboladegruppe gekuppelten hydraulischen volumetrischen Motor, dessen Antriebsmittel das Schmieröl der Brennkraftmaschine ist.

Turboladegruppen von Kolbenbrennkraftmaschinen haben unter Umständen in bestimmten Arbeitsbereichen, wie z. B. bei Teillast oder stoßweiser Belastung der Maschine einen Mangel an Luft. Es ist daher in diesen Fällen vorteilhaft, wenn den Turboladegruppen zusätzliche Antriebsenergie zugeführt werden kann.

Bei der genannten Kolbenbrennkraftmaschine, die aus der USA.-Patentschrift 2 968 914 oder aus der britischen Patentschrift 488 396 bekannt ist, wurde vorgeschlagen, für diesen Antrieb eine Turbine, und zwar eine Freistrahlturbine, zu verwenden. Ein derartiger Antrieb hat sich jedoch nicht bewährt, da das zum Antrieb der Turbine verwendete Öl rasch zum Schäumen kommt. Auch die bisher für diese Antriebe in Betracht gezogenen Kolbenmotoren, die in der britischen Patentschrift erwähnt sind, waren nicht imstande, mit den erforderlichen hohen Drehzahlen zu laufen.

Andererseits ist es aus der britischen Patentschrift 623 615 bekannt, für den Zusatzantrieb einer Turboladegruppe eine Schmierpumpe des Schraubentyps zu verwenden, die als hydraulischer Motor wirken kann. In diesem Falle hat man jedoch ein Getriebe zwischen der als Motor dienenden Pumpe und dem Rotor der Turboladegruppe vorgesehen. Derartige Getriebe sind jedoch kostspielig und bilden in der Regel bei den erforderlichen hohen Drehzahlen eine unerwünschte Geräuschquelle, was der Grund ist, daß sich diese Anordnung ebenfalls nicht durchsetzen konnte.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Zusatzantriebes der Turboladegruppe bei einer aufgeladenen Kolbenbrennkraftmaschine zum Ziel, welcher die erwähnten Nachteile nicht aufweist, einfach ist, dauernd mit der Welle der Turboladegruppe gekoppelt sein kann, so daß die bei lösbaren Kupplungen bei den hohen Drehzahlen entstehenden Schwierigkeiten entfallen.

Die erfindungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Motor eine Schraubenmaschine mit mehreren parallelen Läufern ist.

Es hat sich nämlich überraschenderweise erwiesen, daß hydraulische Kolbenmaschinen des Schraubentyps, die bisher überwiegend als Pumpen verwendet wurden, fähig sind, mit den hohen Drehzahlen der Turboladegruppen zu arbeiten bzw. mitzulaufen. Es ist bei diesen Maschinen möglich, auf ein Übersetzungsgetriebe zwischen dem hydraulischen Motor und der Welle der Turboladegruppe vollständig zu verzichten und diese fest miteinander zu verbinden.

Die Erfindung wird an Hand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema einer erfindungsgemäßen Kolbenbrennkraftmaschine mit Turbolader und Zusatzantrieb,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus der F i g. 1 mit einer gegenüber der F i g. 1 abgeänderten Ausführung.

In der F i g. 1 der Zeichnung ist ein längsgespülter Zweitaktmotor 1 mit einer Turboladegruppe 2 versehen. Die Turboladegruppe enthält eine Abgasturbine 3, die an eine Abgasleitung 4 des Motors angeschlossen ist. Die Abgasturbine 3 treibt über eine S Welle 5 einen Turbokompressor 6 an, welcher Luft durch eine Luftleitung 7 in einen Luftaufnehmer 8 am Motor fördert. Die Welle 5 der Turboladergruppe ist über eine Kupplung 10 mit einer hydraulischen volumetrischen Maschine 11 verbunden, die in diesem

ίο Fall eine Schraubenmaschine nach der Art der Schraubenpumpen mit parallelen schraubenförmigen Läufern 12,13 ist, welche in einem Gehäuse 14 untergebracht sind. Die Schraubenmaschine 11 ist über eine Druckleitung 15 an eine Hochdruckpumpe 16 angeschlossen, die vom gleichen Typ sein kann wie die Maschine 11. Die Pumpe 16 wird im vorliegenden Fall über ein Getriebe 9 von der Kurbelwelle des Motors 1 angetrieben. Der Antrieb der Pumpe 16 kann jedoch auch von einem besonderen Motor erfolgen. Das Gehäuse 14 der Schraubenmaschine 11 ist über eine Abströmleitung 17 mit einem Behälter 18 eines hydraulischen Mediums verbunden, welches in diesem Fall das Schmieröl der Kolbenbrennkraftmaschine ist. Dem Behälter 18 wird das Öl durch eine Zubringerpumpe 20 entnommen, an deren Druckleitung 21 die Hochdruckpumpe 16 angeschlossen ist.

Die Druckleitung 15 ist mit der Abströmleitung 17 durch eine Umgehungsleitung 22 mit einem Ventil 23 verbunden. Das Ventil 23 wird von einem Servomotor 24 betätigt, und zwar in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Kolbenbrennkraftmaschine oder der Turboladegruppe. In der Zeichnung ist beispielsweise eine Signalleitung 25 dargestellt, welche einer Betätigung des Ventils 23 in Abhängigkeit vom Druck im Luftbehälter 8 der Maschine dient.

In der Abströmleitung 17 ist ein federbelastetes Druckhalteventil 28 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 16 ist mit einer Umgehungsleitung 30, die ein Rückschlagventil 31 enthält, versehen. Die Leitungen 15,17 sind durch ein Überdruckventil 26 verbunden, welches so eingestellt ist, daß es einen gefährlichen Anstieg des Druckes in der Leitung 15 verhindert. Wenn die Kolbenbrennkraftmaschine mehrere Turboladegruppen enthält, so können die diesen zugeordneten hydraulischen Schraubenmaschinen an abzweigende Leitungen 15', 17' angeschlossen sein.

Im Betrieb fördert die Zubringepumpe 20 öl aus dem Behälter 18 in die Leitung 21. Die Hochdruckpumpe 16 entnimmt ihrerseits das Öl dieser Druckleitung und fördert es über die Druckleitung 15 in die Schraubenmaschine 11. Die Schraubenmaschine 11 arbeitet als Motor und führt die mechanische Energie über die Kupplung 10 der Welle 5 zu. Das abströmende Öl gelangt über das Druckhalteventil 28 in den Behälter 18 zurück. Da durch das Gegendruckventil 28 im ganzen System ein Überdruck gegenüber der Atmosphäre gehalten wird, wird dadurch ein Schäumen des Öles im System bzw. eine Kavitation in der Schraubenmaschine verhindert oder erschwert. Das Ventil 28 kann jedoch auch weggelassen werden, wenn keine derartige Gefahr besteht. Dadurch wird der zum Überwinden des Widerstandes des Ventils 28 erforderliche Energieaufwand vermieden.

Wenn bei höherer Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine ein Zusatzantrieb der Turboladegruppe nicht mehr benötigt wird, da z. B. der Luftdruck im

Luftaufnehmer 8 ausreichend hoch ist, kann durch ein Signal der Signalleitung 25 das Ventil 23 mehr oder weniger geöffnet werden. In diesem Fall wird die Umführungsleitung 22 der Schraubenmaschine 11 geöffnet und das von der Hochdruckpumpe 16 ge förderte Öl strömt durch diese Leitung und die Leitung 17 in den Behälter zurück. Wenn andererseits die ölmenge, welche die Schraubenmaschine 11 durchströmt, größer ist als die von der Hochdruckpumpe 16 geförderte Menge, so arbeitet die Schraubenmaschine 11 als Pumpe und saugt zusätzliches Öl durch die Leitung 30 und das Rückschlagventil 31 an.

Je nach der Auslegung und Dimensionierung der Hochdruckpumpe 16 und des hydraulischen Motors 11 sind somit verschiedene Arbeitsweisen der erfindungsgemäßen Anordnung möglich. So kann z. B. bei genügend großer Pumpe 16 die Zufuhr des Öles zum hydraulischen Motor 11 dauernd erfolgen, d. h. es braucht keine zusätzliche Strömung durch die Lei- zo tung30 und auch keine Umführung durch die Leitung 22 und das Ventil 23 zu erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, wie bereits erwähnt, die Pumpe 16 nur für einen niedrigeren Drehzahlbereich auszulegen und bei höheren Drehzahlen der Turboladegruppen den hydraulischen Motor 11 selbst Öl ansaugen zu lassen.

Dabei kann die Hochdruckpumpe 16 ihren Antrieb entweder von der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine erhalten, oder es kann für den Antrieb dieser Pumpe ein besonderer Motor, z. B. ein Elektromotor, vorgesehen sein. Der Motor kann mit konstanter oder mit veränderlicher Drehzahl laufen.

Auch ist es möglich, anstatt einer festen Kupplung 10 eine im Betrieb lösbare Kupplung vorzusehen. Die Kupplung kann z. B. eine Uberholkupplung sein, welche eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Schraubenmaschine und der Welle 5 der Turboladegruppe unterbricht, sobald die Turboladegruppe eine höhere Drehzahl erreicht als die Schraubenmaschine. Die Schraubenmaschine kann sich nach der Unterbrechung der Verbindung zwischen beiden Wellen weiter frei drehen, oder sie kann z. B. durch Ausschalten des Antriebs der Pumpe 16 oder durch Öffnen des Ventils 23 zum Stillstand bzw. in den Zustand eines stark verlangsamten Leerlaufes gebracht werden. Die lösbare Kupplung kann jedoch z. B. eine an sich bekannte elektromagnetische Kupplung sein, die in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Kolbenbrennkraftmaschine oder der Turboladegruppe betätigt wird. So kann z. B. die Kupplung beim Erreichen eines bestimmten Druckes im Luftbehälter 8 der Kolbenbrennkraftmaschine oder beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl der Kolbenbrennkraftmaschine oder des Turboladers ausgeschaltet werden. Wie bereits erwähnt, kann bei ausgeschalteter Kupplung der hydraulische Motor 11 zum Stillstand gebracht werden oder mit voller bzw. verminderter Drehzahl weiterlaufen. Die Kupplung 10 kann jedoch auch eine mechanisch betätigte Reibungskupplung sein, deren Betätigung in Abhängigkeit von den erwähnten Größen erfolgen kann. Schließlich kann die Kupplung auch eine hydraulische Kupplung sein, z. B. eine Strömungskupplung, welche nach Bedarf gefüllt oder entleert wird.

In der F i g. 2, die einen Ausschnitt aus der F i g. 1 bildet, ist eine abgeänderte Schaltung des hydraulischen Kreislaufs der Pumpe 16 und der Schraubenmaschine 11 dargestellt. Bei dieser Anordnung wird als Zubringerpumpe die normale Schmierpumpe 40 der Kolbenbrennkraftmaschine verwendet, welche das öl einem Schmierölbehälter 41 der Kolbenbrennkraftmaschine 1 entnimmt. Die Hochdruckpumpe 16 ist in diesem Fall an die Schmierleitung 42 der Kolbenbrennkraftmaschine angeschlossen, welcher sie das Öl unter dem normalen Schmierdruck, d. h. einem Druck von 3 bis 6 atü, entnimmt. Von den Schmierstellen der Brennkraftmaschine strömt das Öl durch eine Leitung 43 in den Behälter 41 zurück. Die Abströmleitung 17 mündet in diesem Fall ebenfalls in die Schmierleitung 42. Bei dieser Anordnung erübrigt sich ein Gegendruckventil 28, da der Gegendruck durch den Schmierdruck gebildet wird. Das Druckniveau des durch die Schraubenmaschine führenden hydraulischen Kreislaufs ist um den Förderdruck der Pumpe 20 erhöht, was für die Funktion der Anlage vorteilhaft ist. Dabei entfallen die mit der Drosselung in einem Gegendruckventil verbundenen Verluste. Es ist jedoch auch möglich, bei der Anordnung nach der Fig. 1 eine Zubringepumpe vorzusehen, welche die hydraulische Flüssigkeit in den Behälter 18 fördert und diesen unter Überdruck gegenüber der Atmosphäre hält. Der Behälter 18 muß in diesem Fall ein Druckbehälter sein. Andererseits kann auch bei der Anordnung nach der Fig. 1 als Zubringepumpe 20 die normale Schmierpumpe der Kolbenbrennkraftmaschine dienen. In diesem Fall würden dann die Schmierstellen der Brennkraftmaschine an eine Leitung 21' angeschlossen sein.

In den Zeichnungen wurde aus Gründen der Einfachheit jeweils eine Anordnung mit einer Pumpe 16 und einem hydraulischen Motor 11 dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß bei einer Kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Turboladegruppen eine Pumpe 16 auch mehrere, den einzelnen Turboladegruppen zugeordnete hydraulische Motoren 11 mit Drucköl beliefern kann, wie dies in der F i g. 1 durch die Leitungen 15' und 17' angedeutet ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einer Turboladegruppe und einem direkt unter Ausschluß eines Übersetzungsgetriebes an die Welle der Turboladegruppe gekuppelten hydraulischen volumetrischen Motor, dessen Antriebsmittel das Schmieröl der Brennkraftmaschine ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor eine Schraubenmaschine mit mehreren parallelen Läufern ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmittelausgang der Schraubenmaschine direkt, der Eingang über eine Hochdruckpumpe an die Förderleitung einer Schmierpumpe der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen GOPY