DE1526459C - Aufgeladene Zweitakt Kolbenbrennkraft maschine mit freilaufender Turboladegruppe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Zweitakt- Aus dem Abgasaufnehmer 8 werden die Abgase einer Kolbenbrennkraftmaschine mit freilaufender Turbo- Abgasturbine 10 zugeführt. Die Abgasturbine treibt ladegruppe, welcher für jeden Zylinder eine Kolben- ein Ladegebläse 11 an, welches Luft durch einen pumpe nachgeschaltet ist, wobei parallel zu den Luftfilter 12 ansaugt und diese über einen Kolbenpumpen ein allen Zylindern gemeinsames 5 Luftkühler 13 in einen gemeinsamen Luftaufnehmer Zusatzgebläse geschaltet ist und in den Förderleitun- 14 fördert. Der Luftaufnehmer 14 ist über Rückgen der Kolbenpumpen wie auch des Zusatzgebläses schlagklappen 15 mit einem Pumpenraum 16 verbun-Rückschlagorgane angeordnet sind. den, der in diesem Falle, da es sich um eine Kreuz-

Eine aufgeladene Zweitakt-Kqlbenbrennkraft- köpfmaschine handelt, jeweils durch die Kolbenuntermaschine dieser Art ist z. B. aus der schweizerischen io seite des betreffenden Zylinders gebildet wird. Der Patentschrift 369 621 bekannt Pumpenraum 16 ist seinerseits über Rückschlag-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwick- klappen 17 mit einer Luftkammer 18 verbunden, die lung dieser bekannten Ausführung und hat die Schaf- bei einer mehrzylindrigen Maschine für jeden Zylinfung einer Brennkraftmaschine zum Ziel, welche mit der getrennt ausgebildet ist Aus der Luftkammer 18 minimalem mechanischem Aufwand einerseits einen 15 besteht eine Verbindung zu den Spülschlitzen 5 der hohen Wirkungsgrad aufweist und andererseits im Maschine und über diese in den Zylinder 1, wobei die Teillastbetrieb genügend Luft zur Verfügung hat, so Luftströmung durch die Schlitze in den Zylinder in daß sie ein gutes Beschleunigungsvermögen aufweist bekannter Weise durch den Kolben 2 gesteuert wird, und in allen Arbeitsbereichen ohne Rauchbildung Das Volumen der einzelnen Luftkammern 18 ist zuarbeitet. 20 sammen mit dem Volumen des Pumpenraumes 16

Die erfindungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine, relativ zum Hubvolumen des Kolbens 2 so gewählt, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch ge- daß beim Förderhub der Pumpe, d. h. in diesem Falle, /T"\i kennzeichnet, daß jede Kolbenpumpe in eine getrennte wenn sich der Kolben 2 nach unten bewegt, kurz vor ^⁵A Luftkammer fördert, aus welcher Spülschlitze in den der Öffnung der Spülschlitze 5 durch die Oberkante betreffenden Zylinder führen und deren Volumen so 25 des Kolbens 2 in der betreffenden Luftkammer 18 J

bemessen ist, daß beim Förderhub der Pumpe ein und im mit dieser verbundenen Pumpenraum 16 ein Druckanstieg mit einer Spitze von 1,1- bis l,3facher Druckanstieg mit einer Spitze von 1,1- bis l,3facher Größe des absoluten Ladedruckes entsteht, und daß Größe des absoluten Ladedruckes entsteht. Der das Zusatzgebläse mit den einzelnen Luftkammern Pumpenraum 16 selbst ist dabei möglichst klein, daüber je ein jeder der Luftkammern zugeordnetes 30 mit ein guter volumetrischer Wirkungsgrad der Rückschlagorgan verbunden ist. Kolbenpumpe erzielt wird, wobei jedoch ausreichende

Eine Kolbenbrennkraftmaschine mit freilaufender Strömungsquerschnitte für die Luft vorgesehen sein Turboladegruppe, welcher für jeden Zylinder eine müssen.

Kolbenpumpe nachgeschaltet ist, die jeweils in eine Parallel zum gemeinsamen Luftaufnehmer 14 ist

getrennte Luftkammer fördert, aus welcher Spül- 35 ein ebenfalls für alle Zylinder der Maschine gemeinschlitze in den betreffenden Zylinder führen, ist z. B. samer Zusatzluftraum 20 vorgesehen, welcher über aus »Schiff und Hafen«, 1961, Heft 2, S. 121, be- Rückschlagklappen 21 mit den einzelnen Luftkamkannt. Diese an sich bewährte Ausführung, welche mern 18 verbunden ist. Der Zusatzluftraum 20 ist mit eine direkte Entwicklungsvorstufe der erfindungs- dem Luftaufnehmer 14 über ein Zusatzgebläse 22 vergemäßen Kolbenbrennkraftmaschine bildet und an 4° bunden, welches Luft aus dem Luftaufnehmer 14 in sich bewährt ist, arbeitet jedoch nach dem Stoß- den Zusatzluftraum 20 fördert und im Zusatzluftprinzip, welches einen einwandfreien Betrieb im Teil- raum 20 einen geringen Überdruck über dem Luftlastbereich gestattet, andererseits jedoch nicht zur Er- druck im Luftaufnehmer 14 bildet. Wie aus der zielung der höchsten Wirkungsgrade bei der Luft- Zeichnung an Hand der eingezeichneten Pfeile er- -' beschaffung für die Maschine geeignet ist. 45 sichtlich ist, lassen die Rückschlagklappen 15 eine

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeich- Strömung vom Luftaufnehmer 14 in den Pumpennung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. raum 16 zu und verhindern eine Öffnung in entgegen-Es zeigt gesetzter Richtung.

Fig. 1 den oberen Teil einer erfindungsgemäßen Die Klappen21 ermöglichen eine Strömung aus

Kolbenbrennkraftmaschine mit Kreuzkopf im Schnitt, 50 dem Zusatzluftraum 20 in die betreffende Luftkamwobei die zum Verständnis der Erfindung überflüssi- mer 18 und die Klappen 17 eine Strömung aus dem gen Teile der Maschine weggelassen bzw. vereinfacht Pumpenraum 16 ebenfalls in die Luftkammer 18. In dargestellt wurden, beiden Fällen wird eine entgegengesetzte Strömung

Fig. 2 ein Diagramm der Druckverläufe in den durch die Klappen verhindert.

einzelnen Teilen der Maschine während einer Um- 55 Die Anordnung für eine mehrzylindrige Maschine drehung der Maschine und bei verschiedenen Lasten ist aus dem Schaltschema in der Fig. 3 ersichtlich, und in welcher für die gleichen Teile die gleichen Bezugs-

Fig. 3 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen zeichen wie in der Fig. 1 verwendet wurden: Man Kolbenbrennkraftmaschme mit vier Zylindern. sieht daraus, daß jeder Zylinder! mit einem ihm

Die in der F i g. 1 im Schnitt dargestellte Maschine 60 zugeordneten Pumpenraum 16 versehen ist. Die enthält einen Zylinder 1, in welchem ein Kolben 2 Pumpenräume 16 sind über die Rückschlagorgane· 15 mit einer Kolbenstange 3 beweglich ist, die zu einem an den gemeinsamen Luftaufnehmer 14 aneeschlos-

— Pumpen-

nut Auslaßschlitzen 6 versehen, an die sich Auslaß- räumen 16 parallel geschaltet und fördert Luft aus kanäle 7 anschließen, die in einen für alle Zylinder dem gemeinsamen Luftaufnehmer 14 über den gedes Motors gemeinsamen Abgasaufnehmer 8 führen. meinsamen Zusatzluftraum 20 und über Rückschlag-

organe 21 in die einzelnen Luftkammern 18, aus.wel- stände in den Rückschlagklappen 15 und 17 eine weichen diese dann in den betreffenden Zylinder 1 ge- tere Drucksenkung bewirken, würde bei der nun einlangt. Das Gebläse erhält seinen Antrieb von einem setzenden Strömung aus dem Luftaufnehmer 14 der Elektromotor 30, welcher vorzugsweise unabhängig Druck im Raum d ungefähr auf die Höhe des Druckes von der Drehzahl der Brennkraftmaschine mit an- 5 im Abgasaufnehmer 8 sinken. Das bedeutet, daß wähgenähert konstanter Drehzahl läuft. Die Auspuffgase rend ungefähr der halben Öffnungsdauer der Spülwerden aus dem Zylinder in den Abgasaufnehmer 8 organe keine Luftströmung durch den Zylinder gegeführt und gelangen aus diesem in die Abgasturbine währleistet wäre. Bei der erfindungsgemäßen Anord-10. Das mit der Abgasturbine gekuppelte Ladegebläse nung wird jedoch eine Senkung des Druckes in den 11 fördert dann Luft aus der Atmosphäre über den io Luftkammern 18 (Kurve d) unter den Wert des Kühler 13 in den Luftaufnehmer 14. , ' Druckes im Zusatzluftraum b verhindert, von einer

Die Druckverläufe im Luftaufnehmer 14, im Zu- geringfügigen Drucksenkung, die durch Drosselung satzluftraum 20, im Pumpenraum 16, in den Luft- in den Rückschlagorganen 21 verursacht ist, abkammern 18 und im Zylinder 1 sind in der F i g. 2 gesehen. Das wird dadurch verhindert, daß zusätzdargestellt. In dieser Figur sind die einzelnen Kurven 15 liehe Luft aus dem Zusatzluftraum 20 in die Luftder Druckverläufe mit Buchstaben α bis e bezeichnet, kammer 18 strömt. Der Druck in der Luftkammer 18 wobei die gleichen Buchstaben auch zum besseren sinkt somit nur wenig unter den durch die Linie b Verständnis in den Fig. 1 und 3 in den einzelnen dargestellten Wert, auch wenn der Druck in der Räumen eingetragen sind, auf welche sich der betref- Pumpenkammer 16 in der durch die Kurve c darfende Druckverlauf bezieht. Die Kurven sind dabei 20 gestellten Weise sinkt. Im Diagramm wurde in beiden für zwei verschiedene Leistungsbereiche gezeichnet, Fällen, d. h. für Vollast und für Teillast, der Wider- und zwar für Vollast, d. h. 100 % Last und eine Teil- stand der Rückschlagorgane 17 dadurch berücksichlast von 25 °/o der Vollast. Die Linie α stellt dabei den tigt, daß die Kurve d im über der Linie α bzw. b be-Druck im Luftaufnehmer 14 dar. Der mittlere Druck findlichen Teil um ein geringes Maß unterhalb der der Auspuffgase im Abgasaufnehmer 8, der aus Grün- 25 Kurve c gezeichnet wurde.

den der Anschaulichkeit im Diagramm in der F i g. 2 Außerdem ist im Diagramm noch die Kurve e einnicht dargestellt wurde, liegt in beiden Fällen etwas gezeichnet, welche den Druckverlauf im Zylinder 1 unter der Linie a. Die im Teillastbereich über der darstellt. Die zwischen den Kurven d und e liegenden Linie α gezeichnete Linie b entspricht dem annähernd schraffierten Flächen geben einen Hinweis auf die konstanten Druck im Zusatzluftraum 20, der mit 30 Intensität der Spülung des Zylinders, indem sie den Hilfe des Zusatzgebläses 22 über den Druck α erhöht Verlauf des Druckgefälles während des Zeitraumes ist. Eine der Linie b entsprechende Linie fehlt im der Öffnung der Spülschlitze angeben. Man sieht, daß Vollastbereich, da dort das Gebläse 22 nicht im Be- ohne die erfindungsgemäße Maßnahme bei 25 % Teiltrieb ist. last die Spülung bereits im unteren Totpunkt beendet

Die Kurve c zeigt den Druckverlauf im Pumpen- 35 wäre, und zwar ungefähr im Schnittpunkt der Kurraum 16. Die Luft im Pumpenraum 16 wird bei einer ven c und e. Die über diesem Schnittpunkt und rechts Bewegung des Kolbens 2 nach unten komprimiert von diesem befindliche Fläche, die eine bedeutende und teilweise in die Luftkammer 18 (Kurve d) aus- Verbesserung der Spülung bedeutet, ist dem Zusatzgeschoben. Im Augenblick der Öffnung der Spül- gebläse zu verdanken.

schlitze 5, welche in der F i g. 2 durch die linke Linie 40 Wie aus dem Beispiel folgt, wird erfindungsgemäß des Öffnungsbereiches »S« dargestellt ist, erfolgt eine durch die Verwendung eines kleinen Zusatzgebläses rasche Senkung des Druckes in den Räumen 16 und 22, dessen Förderdruck, d. h. die geleistete Druck-18 (Kurven c und d), da eine durchgehende Verbin- erhöhung bei z. B. 25% Teillast, nicht über 0,15 atü dung über den Zylinder 1 zwischen der Luftkammer zu liegen braucht, ein einwandfreier Betrieb der 18 und dem Abgasaufnehmer 8 besteht. Bei einer 45 Brennkraftmaschine auch im Teillastbereich gewährrichtig dimensionierten Spülanordnung der Brenn- leistet. Dabei ist das Gebläse 22 in Lastbereichen, die kraftmaschine, d. h. im vorliegenden Falle bei sich über einem bestimmten Teillastbereich befinden, einer richtigen Bemessung der Volumina der Räume überflüssig und kann ausgeschaltet werden. Die Steue-16 und 18 im Verhältnis zum Querschnitt der Spül- rung des Zusatzgebläses 22 kann auf die Weise erfolschlitze, sinkt der Druck, welchen die Kurve c dar- 5° gen, daß im Luftaufnehmer 14 ein Druck-Meßorgan stellt, derart, daß die Kurve c bei Vollast im Augen- angeordnet sein kann, welches in Abhängigkeit vom blick, wo die Spülschlitze durch den Kolben geschlos- Luftdruck im Luftaufnehmer 14 den Antriebsmotor sen werden (rechte Linie des Bereiches »5« in der des Gebläses 22 ein- bzw. ausschaltet. Eine derartige Fig. 2), die Kurve α schneidet. Das heißt, daß in die- Anordnung ist in der Fig. 3 dargestellt. In dieser sem Augenblick die Druckerhöhung, die durch die 55 Figur wird der Motor 30 des Zusatzgebläses 22 durch Spülpumpe verursacht wird, ausgeschöpft ist und nur ein Steuersignal eines Druck-Meßorganes 31 betätigt, der normale, vom Ladegebläse gelieferte, im Luft- Zur Verminderung der Strömungsverluste während aufnehmer 14 wirkende Druck (Linie »α«), wirkt. Im des Spülvorganges können Rückschlagorgane 32 vorweiteren Verlauf der Kolbenbewegung sinkt dann zu- gesehen sein, welche eine direkte Strömung aus dem folge der Widerstände beim Saughub, insbesondere in 60 Luftaufnehmer 14 in die einzelnen Luftkammern 18 den Klappen 15, der Druck im Pumpenraum 16 ermöglichen. Durch diese Rückschlagorgane wird in (Kurve c) unter den Druck im Luftaufnehmer 14 Betriebsbereichen mit größerer Last nach dem Ab-(Linie a). klingen der Druckspitze in den miteinander verbiin-

Wie aus einem Vergleich der Kurven für Vollast denen Räumen 16 und 18 eine direkte Strömung aus

und für Teillast folgt, sinkt der Druck'im Pumpen- 65 dem Luftaufnehmer 14 in die betreff ende Luftkammer raum 16 (Kurve c) bei der angenommenen Teillast 18 ermöglicht. Die Luft, die in diesem Falle aus dem

bereits im Bereich des unteren Totpunktes unter den Luftaufnehmer in die betreffende Luftkammer 18 und

Druck im Luftaufnehmer 14. Da die Strömungswider- in den Zylinder 1 getrieben wird, braucht nicht nach-

einander die Rückschlagorgane 15 und 17 zu durchströmen, so daß die damit verbundenen Druckverluste entfallen.

. Es versteht sich, daß das erfindungsgemäß vorgesehene Zusatzgebläse 22 auch für andere Zwecke verwendet werden kann. So ist beim Ausfall der Turboladegruppe 10,11 ein Betrieb des Motors mit dem zusätzlichen Gebläse 22 möglich. Es entsteht in diesem Falle eine Parallelschaltung der Spülpumpen 16 mit dem Gebläse 22. Es ist auch bei einer Anordnung mehrerer Turboladegruppen möglich, bei einem Ausfall einer Turboladegruppe z. B. einen Teil der Maschine mit der übriggebliebenen Turboladegruppe mit voller Leistung zu betreiben und den restlichen Teil nur mit den Spülpumpen und dem zusätzlichen Gebläse 22. In diesem Falle ist jedoch die Anordnung einer Trennwand im Luftaufnehmer 14 an einer geeigneten Stelle erforderlich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Aufgeladene Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit freilaufender Turboladegruppe, welcher für jeden Zylinder eine Kolbenpumpe nachgeschaltet ist, wobei parallel zu den Kolbenpumpen ein allen Zylindern gemeinsames Zusatzgebläse geschaltet ist und in den Förderleitungen der Kolbenpumpen wie auch des Zusatzgebläses Rückschlagorgane angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kolbenpumpe (16) in eine getrennte Luftkammer (18) fördert, aus welcher Spülschlitze (S) in den betreffenden Zylinder (1) führen und deren Volumen so bemessen ist, daß beim Förderhub der Pumpe ein Druckanstieg (c, d) mit einer Spitze von 1,1- bis l,3facher Größe des absoluten Ladedruckes (a) entsteht, und daß das Zusatzgebläse mit den einzelnen Luftkammern über je ein jeder der Luftkammern zugeordnetes Rückschlagorgan verbunden ist.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit Entnahme der Zusatzgebläseluft aus einem gemeinsamen Luftaufnehmer und Förderung in einen allen Zylindern gemeinsamen Aufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer (20) mittels Rückschlagorgan an die Luftkammern (18) angeschlossen ist.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Luftaufnehmer (14) und den einzelnen Luftkammern (18) eine Verbindung über zusätzliche Rückschlagorgane (32) besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen