DE1526458B1 - Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Kolben- trieb von einem Antriebsmotor 20, ζ. Β. einem brennkraftmaschine mit mindestens einer Turbolade- Elektromotor, der unabhängig von der Drehzahl der gruppe und einem an die Welle der Turboladegruppe Brennkraftmaschine mit konstanter Drehzahl läuft, gekuppelten hydraulischen volumetrischen Motor, der Es kann jedoch auch ein Antrieb der Pumpe von der direkt, unter Ausschluß eines Übersetzungsgetriebes 5 Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, über eine feste Kupplung an die Welle der Turbo- Die hydraulischen Leitungen 14, 15 sind durch ein ladegruppe gekuppelt ist und an eine hydraulische Überdruckventil 21 verbunden, welches einen überDruckleitung anschließbar ist. mäßigen Anstieg des Druckes in der Leitung 14 ver-

Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Zusatz- hindert. Außerdem ist erfindungsgemäß ein Überantrieb für eine Turboladegruppe einer aufgeladenen io druckventil 22 vorgesehen, welches die Luftleitung 6 Kolbenbrennkraftmaschine auf die Weise auszufüh- mit der Druckleitung 14 verbindet,
ren, daß die Welle der Turboladegruppe über eine Wenn sich die Kolbenbrennkraftmaschine 1 im feste, d. h. im Betrieb nicht lösbare Kupplung mit Betrieb befindet, so fördert die Pumpe 13 Öl aus dem einem hydraulischen volumetrischen Motor verbun- Behälter 17 in die Druckleitung 14. Aus der Druckden wird. Als hydraulischer volumetrischer Motor is leitung 14 gelangt das öl in den volumetrischen Mofindet dabei vorzugsweise eine hydraulische Schrau- tor 10 und strömt durch die Abströmleitung 15 ab. benmaschine mit mehreren parallelen Läufern Ver- Der volumetrische Motor gibt die ihm zugeführte Wendung. Auf diese Weise ist eine einfache Ausbil- Leistung über die Kupplung 8 an die Welle 4 der dung des Zusatzantriebes ohne Verwendung von Ladegruppe ab.

teuren Übersetzungsgetrieben möglich. Wenn bei die- 20 Bei kleinerer Leistung der Kolbenbrennkraftser Art des Antriebes jedoch die hydraulische Ma- maschine, ζ. B. im Teillastbereich, wird in vielen schine bei verschiedenen Betriebszuständen, wie z. B. Fällen der Turbine 9 weniger Energie durch die Abbei Vollast, nicht vom hydraulischen Druckmittel, gase zugeführt, als sie für einen einwandfreien Besondern von der Turbine der Turboladegruppe ange- trieb und eine ausreichende Luftlieferung benötigen trieben wird, so wirkt sie als Pumpe und saugt dabei 25 würde. Durch entsprechende Dimensionierung der das hydraulische Mittel an, wobei sie Energie ver- Pumpe 13 und des Motors 10 kann erreicht werden, braucht und um diese die dem Ladegebläse züge- daß in diesem Falle die Welle 4 der Turboladegruppe führte Leistung vermindert. Dabei besteht die Gefahr zusätzliche Energie vom Motor 10 erhält. Im Vollastvon Kavitation, die zu einer Beschädigung der Ma- betrieb erhält jedoch die Abgasturbine 9 genügend schine führen kann. 3° Energie aus den Abgasen, so daß sich eine weitere

Die Erfindung hat eine Beseitigung dieser Nach- Zufuhr von Energie durch den Motor 10 erübrigt,

teile zum Ziel und die Schaffung einer Anordnung, Die Turboladegruppe 2 läuft in diesem Falle mit

beiwelcherbeiallenBetriebszuständen der Anlage eine einer höheren Drehzahl als vorher. Durch entspre-

Kavitation im volumetrischen Motor verhindert wird chende Dimensionierung der Pumpe 13 kann er-

und das Ladegebläse bei allen Betriebszuständen prak- 35 reicht werden, daß in diesem Falle wegen der hohen

tisch mindestens die volle Turbinenleistung erhält. Drehzahl der Turboladegruppe 2 und des Motors 10

Das wird dadurch erreicht, daß der volumetrische die von der Pumpe 13 zugeführte ölmenge nicht

Motor wahlweise an eine hydraulische Druckleitung mehr zum Antrieb des Motors 10 ausreicht und daß

und/oder eine Luftleitung anschließbar ist. dieser von der Abgasturbine 9 angetrieben wird und

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung 40 als Pumpe arbeitet,

dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. In einem solchen Betriebszustand sinkt der Druck

Die F i g. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführun- in der hydraulischen Leitung 14. Der aus der Luftgen der erfindungsgemäßen Anordnung. leitung 6 wirkende Überdruck bewirkt eine Öffnung

Entsprechend der Fig. 1 ist eine aufgeladene des Überdruckventils22 und eine Einströmung der Dieselbrennkraftmaschine 1 des Zweitaktsystems mit 45 unter höherem als atmosphärischem Druck stehenden Längsspülung mit einer Turboladegruppe 2 versehen. Luft aus der Leitung 6 in die Leitung 14. Da gleich-Die Turboladegruppe 2 enthält eine Abgasturbine 9, zeitig jedoch die Pumpe 13 fördert, erhält nunmehr die über eine Auspuffleitung 3 die Abgase der Brenn- der hydraulische Motor 10 ein Gemisch von Luft kraftmaschine erhält. Die Abgasturbine 9 ist über und Öl. Auf diese Weise wird die Entstehung einer eine Welle 4 mit einem Ladegebläse 5 verbunden, 50 Kavitation im Motor 10 verhindert, wobei gleichweiches Luft auf den Ladedruck komprimiert und zeitig dessen Kühlung und Schmierung gewährleistet diese durch eine Luftleitung 6 in einen Luftbehälter 7 ist. Der Motor 10 läuft mit der Welle 4 mit, wobei der Brennkraftmaschine fördert. An die Welle 4 der sein Energieverbrauch minimal ist. Sobald jedoch Turboladegruppe 2 ist über eine feste Kupplung 8, infolge Leistungsabnahme der Kolbenbrennkraftd. h. eine Kupplung, die im Betrieb nicht lösbar ist, 55 maschine die Drehzahl der Welle 4 sinkt, vermindert jedoch z. B. elastisch nachgiebig sein kann, ein hy- sich der Ladedruck in der Leitung 6, und es steigt draulischer volumetrischer Motor 10 gekuppelt. Der der Druck in der Leitung 14. Das Ventil 22 wird Motor 10 ist in diesem Falle durch eine hydraulische geschlossen, und der Motor 10 nimmt seine treibende Schraubenmaschine mit parallelen Läufern 11, 12 Funktion wieder auf.

nach der Art der bekannten Schraubenpumpen ge- 60 Die F i g. 2 zeigt eine gegenüber der F i g. 1 abbildet. Der hydraulische Motor 10 erhält hydrau- geänderte Ausführung, bei welcher in Betriebslisches Druckmittel von einer Pumpe 13 über eine bereichen, wo ein Antrieb durch den hydraulischen Druckleitung 14. Das aus dem hydraulischen Motor Motor nicht erforderlich ist, die Zufuhr von hydrau-10 ausströmende hydraulische Druckmittel wird lischem Druckmittel zum Motor 10 abgeschaltet wird durch eine Abströmleitung 15 in einen Ölbehälter 17 65 und der Motor ausschließlich an eine Luftleitung zurückgeführt, aus welchem die Pumpe 13 das Öl angeschlossen ist. Die der Fig. 1 entsprechenden durch eine Saugleitung 18 entnimmt. Die Pumpe 13 Teile sind in der F i g. 2 mit gleichen Bezugszeichen erhält bei der vorliegenden Ausführung ihren An- bezeichnet.

In der F i g. 2 ist der Pumpe 13 eine Zubringepumpe 30 vorgeschaltet. Der Antrieb der Pumpe 13 erfolgt über ein Getriebe 29 von der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine aus. Die Zubringepumpe kann in diesem Falle die normale Schmierpumpe der Brennkraftmaschine 1 sein, welche aus dem Behälter 17 Schmieröl in eine Druckleitung 31 fördert, die zu den Schmierstellen der Brennkraftmaschine führt. Von den Schmierstellen fließt das Öl durch eine Leitung 35 in den Behälter 17 zurück. Die Pumpe 13 ist mit einer Umgehungsleitung 32 mit einem Rückschlagorgan 33 versehen, welche in die Leitung 31 mündet. Zwischen den Leitungen 14 und 15 ist eine Verbindungsleitung 36 mit einem Steuerventil 34 vorgesehen. Die Betätigung des Steuerventils 34 erfolgt durch einen Servomotor 37 in Abhängigkeit von einem Meßsignal einer Signalleitung 38, welche ein Signal führt, das von einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine oder der Turboladegruppe abhängig ist. Im dargestellten Beispiel führt die Signalleitung 38 direkt die Druckluft aus dem Luftaufnehmer 7.

fc Weiter ist die Anordnung nach der F i g. 2 mit einem Steuerschieber 40 versehen, der ebenfalls an die Signalleitung 38 angeschlossen ist. Die Luft aus dem Luftaufnehmer 7 wirkt mit ihrem Druck auf die Stirnfläche des Schieberkörpers 41 und verstellt diesen gegen die Wirkung einer Feder 42. Der Schieber, welcher in der dargestellten Stellung eine Verbindung aus der Leitung 14 zum hydraulischen Motor 10 und in die Leitung 15 vermittelt, erzeugt in seiner verschobenen Lage, d. h. oberhalb eines bestimmten Ladedruckes im Aufnehmer 7 eine Verbindung zwischen einer zum Motor 10 führenden Leitung 44 und einer Leitung 43. Die Leitung 43 ist eine Luftleitung, welche aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zum Motor 10 führt.

Bei hydraulischem Betrieb des Motors 10, d. h., wenn eine Zufuhr zusätzlicher hydraulischer Energie erwünscht ist, wird der Motor 10 durch Drucköl aus der Leitung 14 angetrieben. Das Drucköl gelangt durch die Leitung 15 in den Behälter 17 zurück. Dabei kann durch das Steuerventil eine Steuerung der »vom Motor 10 abgegebenen Leistung erfolgen, indem z. B. bei niedrigerem Druck im Behälter 7 das Ventil 34 mehr, bei höherem weniger gedrosselt wird. Sobald jedoch ein Zusatzantrieb des Turboladers durch den hydraulischen Motor nicht mehr erforderlich ist, d. h., wenn im dargestellten Falle der Luftdruck im Luftaufnehmer 7 über einen bestimmten Grenzwert steigt, wird der Motor 10 von der Ölleitung 14 abgeschaltet und an die Luftleitungen 43, 44 angeschlossen. Der Motor 10 wirkt nun als Pumpe bzw. als Gebläse und saugt Luft aus der Leitung 43 an und fördert sie in die Leitung 44. Die Luft bewirkt dabei eine Kühlung der Rotoren des Motors 10 und eine Ableitung der durch Reibung entstehenden Wärme. Die Leitung 43 ist dabei an das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 aus dem Grunde angeschlossen, da die Luft im Kurbelgehäuse immer Öldämpfe enthält, die eine Schmierung der nunmehr in Luft umlaufenden Rotoren bewirkt. Im Prinzip könnte auch andere Luft verwendet werden, wenn durch eine besondere Schmiervorrichtung dafür gesorgt wird, daß entweder der Luft, ζ. B. durch Zerstäuben, oder dem Motor 10 selbst, ähnlich wie bei der Ausführung nach der F i g. 1 bzw. durch eine besondere Schmiervorrichtung, die erforderliche Menge an Schmieröl zugeführt wird. Da die den Motor 10 durchströmende Luft ölhaltig ist, wird sie gemäß der F i g. 2 vorzugsweise durch die Leitung 15 in den Behälter 17 abgeleitet, wo in der Luft enthaltene öldämpfe bzw. Öltropfen abgeschieden werden können.

Es versteht sich, daß bei der Ausführung nach der Fig. 2 die Betätigung des Schiebers 40 und des Steuerventils 34 nicht, wie dargestellt, in Abhängigkeit vom Luftdruck der Ladeluft zu erfolgen braucht. Zur selbsttätigen Betätigung dieser Organe können auch andere Betriebsgrößen der Kolbenbrennkraftmaschine, wie z. B. die Drehzahl der Kurbelwelle, die Drehzahl des Turboladers oder auch z. B. der Druck in der Leitung 14, herangezogen werden. Außerdem braucht der Antrieb der Pumpe 13 nicht, wie dargestellt, von der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine zu erfolgen. Für den Antrieb dieser Pumpe kann ein besonderer Motor, z. B. ein Elektromotor, vorgesehen sein.

Nach der F i g. 3, die im übrigen der F i g. 2 entspricht, ist ein Schieber 50 vorgesehen, welcher nicht nur, wie der Schieber 40 der F i g. 2, die Zufuhr von Luft oder öl zum Motor 10 steuert, sondern auch den Abfluß dieser Medien aus dem Motor 10. Je nach der Stellung des Schieberkörpers 51 wird entweder das den Motor 10 durchströmende Öl in eine Leitung 52 geführt oder die durch den Motor 10 geführte Luft in eine Leitung 53. Die Leitung 52 mündet in die Druckleitung der Pumpe 30, die Leitung 53, ähnlich wie die Leitung 15 in den F i g. 1 und 2, in den Behälter 17. Bei dieser Ausführung ist beim Ölbetrieb des Motors 10 das Druckniveau dessen hydraulischen Kreises um den Druck der Schmierpumpe gehoben, was z. B. zur Vermeidung von Kavitation und Schäumen des Öls vorteilhaft ist.

Es versteht sich, daß auch bei dieser Ausführung der Antrieb der Pumpe 13 von einem besonderen Motor erfolgen kann. Die Leitung 53 kann ins Kurbelgehäuse der Kolbenbrennkraftmaschine 1 zurück oder z. B. in einen Kamin führen. Der Steuerschieber 50 braucht schließlich nicht durch Luftdruck betätigt zu sein. Es kann an dessen Stelle auch ein elektromagnetisch betätigter Schieber oder ein ähnliches Steuerorgan verwendet werden.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einer Turboladegruppe und einem an die Welle der Turboladegruppe gekuppelten hydraulischen volumetrischen Motor, der direkt, unter Ausschluß eines Übersetzungsgetriebes, über eine feste Kupplung an die Welle der Turbo-Iadegruppe gekuppelt ist und an eine hydraulische Druckleitung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der volumetrische Motor (10) wahlweise an die hydraulische Druckleitung (14) und/oder eine Luftleitung (6, 13) anschließbar ist.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung (6) Luft mit Überdruck gegenüber der Atmosphäre enthält.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in der Luftleitung (43) öl enthält.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische volumetrische Motor (10) eine hydraulische Schraubenmaschine mit mehreren parallelen Läufern ist.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung des hydraulischen Motors (10) von der hydraulischen Druckleitung (14) auf die Luftleitung (6, 43) selbsttätig in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsgröße der Anlage erfolgt.

6. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung in Abhängigkeit vom Druck der Ladeluft (7) erfolgt.

7. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung in Abhängigkeit vom Druck in der hydraulischen Druckleitung (14) erfolgt.

8. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuschaltung der Luftleitung an den hydraulischen Motor selbsttätig in Abhängigkeit vom Verhältnis der Drücke in der hydraulischen Druckleitung (14) und im Luftbehälter (7) der Maschine (1) erfolgt.

9. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung eine den volumetrischen Motor mit dem Kurbelgehäuse der Kolbenbrennkraftmaschine verbindende Leitung (43) ist.

10. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung (6) mit dem Behälter der Ladeluft (7) verbunden ist.

11. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltorgan (50, 51) vorgesehen ist, welches gleichzeitig mit der Umschaltung der hydraulischen Druckleitung (14) und der Luftleitung (43) am Eintritt des hydraulischen Motors (10) auch der Umschaltung einer Abflußleitung (52) für das hydraulische Mittel und einer Luftleitung (53) am Austritt des hydraulischen Motors (10) dient.

12. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Druckleitung (14) über eine Pumpe (13) an eine den Schmierdruck aufweisende Schmierleitung (31) der Kolbenbrennkraftmaschine (1) angeschlossen ist und daß die Abflußleitung (52) in diese Schmierleitung (31) mündet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen