DE2245732A1

DE2245732A1 - Verbrennungskolbenmotor mit abgasturboaufladung

Info

Publication number: DE2245732A1
Application number: DE2245732A
Authority: DE
Inventors: Imre Dipl Ing Annus; Gyula Dipl Ing Cser; Sandor Dipl Ing Florian; Gyoergy Dr Dipl Ing Horvath
Original assignee: AUTOIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST; CSEPEL AUTOGYAR SZIGETHALOM; Autoipari Kutato Intezet; Csepel Autogyar
Current assignee: Autoipari Kutato es Fejleszto Vallalat
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1972-09-18
Publication date: 1973-04-12
Also published as: TR17674A; IT967941B; BE789389A; BR7206702D0; CA963272A; DE2245732C2; SU539541A4; CS161062B2; FR2155327A5; CH558875A; JPS572892B2; FI53238C; JPS4872509A; SE392149B; US3796048A; US3796048B1; AT330506B; FI53238B; ATA837471A; NL7212890A

Description

München, den 5* Okt. I972

Γ ßL/-

Autoipari Eutato Intezet Csepel Aut&gyar

Budapest / Szigethaiom (Ungarn)

VERBRENNUNGSKOLBENMOTOR MIT ABGASTURBOAUFLADUNG

Die Erfindung betrifft ein Verbrennungskolbenmotor mit Abgasturboaufladung bei dem die Abgasturboaufladung iilit Hilfe einer dynamischen Aufladung ergänzt wird,

Die nützliche Leistung eines Verbrennungskolbenmotors hängt in grossem Masse von der vom Motor eingesaugten Luftmenge, die zu der Verbrennung benützt wird. Die von den periodisch funktionierenden Kolbenmotoren, eingesaugte Luftmenge bzw. das Luft-Brennstoffgemisch ist aber beschränkt. Die Beschränkung kommt aus den Strömungswiderständen, die während dem Saugeffekt entstehen.

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Die Auffüllung des Zylinders kann mit Hilfe verschiedener Vorrichtungen un.¹ Verfahren verbessert werden. Durch diese Vorrichtungen und Verfahren kann sogar eine grössere Luftmenge in den Zylinder eingeführt werden, als dieselbe bei einen idealen, ohne Strömungsverlust funktionierenden Zylinder.

Eine Auffüllungsmöglichkeit der Verbrennungsmotors bedeutet die Ausnützungder periodischen Saugwirkung der Kolben. Während der Saugwirkung entsteht niimlich eine instazionäre Gasströmung in dem Saugrohrsystem bzw. eine Gasschwingung. Die Schwingungsenergie wird dann zu dem Auffüllen der Zylinder benützt. Diese ?lethode ist in der Praxis als dynamische Aufladung bekannt.

In stärkerem Masse als vorstehend beschrieben kann die durch den Motor angesaugte Luft- oder Kraftstoff- -Luft-Gemischmenge erhöht Werden, wenn der Motor die Luft nicht unmittelbar aus der umgehenden Atmosphäre ansaugt, sondern wenn die Auffüllung seiner Zylinder durch eine besondere Vorrichtung, den sog. Auflader erfolgt. Letzterer ist bekanntlich ein mechanischer oder nach einem anderen System arbeitender Kompressor, der die Umgebun'Tsluft verdichtet und sie mit entsprechend jrossem Druck in den Zylinder des Motors hereindrückt. Hit einer derartigen Hilfseinrichtung, de:n Auflader, versehene Verbrennungsmotoren werden als Motoren mit Aufladung bezeichnet.

Die zum Antrieb der Aufladung erforderliche Leistung muss der Motor bereitstellen, und deshalb treten in den letzten Jahren hauptsächlich aus Wirtschaftlichkeitsgründen immer mehr die durch eine von den Motorauspuffgasen angetriebene Gasturbine betätigte Auflader, die sog. Turbo-Lader oder gemäss der älteren Benennung Turbo-Auflader in den Vordergrand.

Eine derartige Einrichtung entnimmt die zum Antrieb erforderliche und bedeutende Leistung nicht der an

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Oar Kurbelwelle des Motors auftretenden nützlichen Leistung, sondern der andernfalls hauptsächlich in Verlust gehenden liner jie der Auspuffgase des Motors. Die Turbo- -Lader bestehen bekanntlich konstruktionsmüssig aus zwei lTauptteilen, von denen der eine die durch die Abgase des Motors angetriebene Gasturbine, der andere der mit ersterer auf einer gemeinsamen Welle angeordnete Kompressor ist, der die eigentliche Forderung der Luft bzw. des Kraft-Luft-Gemisches vornimmt. Die Verbrennungsmotoren, die im Interesse einer grösseren Zylinderauffüllung mit einem Turbolader versehen sind, nennt man Motoren mit Turboaufladung. Je nach der Grosse des Motors, der Zahl seiner Zylinder, seiner Bestimmung, in Abhängigkeit von sonstigen Faktoren, können die einzelnen Verbrennungsmotoren mit Turboaufladung mit einem oder mit mehreren Turboladern versehen werden.

Bei den Verbrennungsmotoren-mit Turboaufladung saugt der Kompressor des Turboladers die Luft aus der umgehenden Atmosphäre evtl. durch ein Luftfilter an, und befördert sie dann unter einem hohen Druck evtl. bereits mit dem Kraftstoff zusammen durch das Einlass■/Saugrohr/ System des Motors und das Einlassventil oder dem Einlassschlitz in den Zylinder des Motors.

Die Menge der im Verlaufe der Ansaugperiode den Zylindern des Motors zugeführten Luft oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist neben .den Abmessungen und Kennwerten des Motors in erster Linie von den Abmessungen und der Ausbildung des Turboladers und der Energie der die Turbine des Turboladers antreibenden' Abgase abhängig. Aus diesem Grunde ist ein Verbrennungsmotor mit Turboaufladung mit dem Turbolader sorgfältig abzustimmen, damit die dem Motor zugeführte und mengenmässig erhöhte Luft- oder Kraftstoff-Luft-Gemischzufuhr den Betriebsverhältnissen' des Motors entspricht. Die gegenseitige Abstimmung des Ίοΐη-PG und des Turboladers ist in einzelnen Fällen, z.B.

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bei stationärem oder Schiffsbetrieb, bei deinen der Motor für lange Zeit mit konstanter Belastung und Drehzahl l#uft, eine verhältnismässig einfache und gut erfüllbare Aufgabe.

Ein wesentlich ungünstigeres Anwendungebeispiel bedeutet bei Motoren mit Turboaufladung der Strassenfahrzeugbetrieb. In letzterem Fall verändern sich nämlich Belastung und Drehzahl des Motors zwischen ziemlich weiten Grenzen, wozu noch die durch den Betrieb der Strapsenfahrzeuge hervorgerufenen häufig sehr schnellen Änderungen der Belastung und Drehzahl hinzukommen. Da der Verbrennungskolbenmotor und der Turbolader nach zwei vollständig unterschiedlichen Prinzipien arbeitende Maschinen sin-"! - die eine eine volumetrische, die durch Verwirklichung des Verdrängungsprinzips, die andere" eine Rota<" tionsmashcine, die durch Verwirklichung des Turboprinzips arbeitet - konnten Motor und Turbolader auf Grund unse<rer bisherigen Erkenntnisse auf gleichzeitig mehrere voneinander wesentlich unterschiedliche BetriebsssustSnde und deren schnelle Änderungen nicht mehr günstig abgestimmt werden.

Das allgemeine Merkmal dieser Erscheinung liegt darin, dass der Turbolader bei Erhöhung der Motordrehzahl eine immer prössere Aufladung liefert und sich nicht an die durch den Motor erreichbare und durch das Fahrzeug bedingte Forderung nach einem elastischen Drehmoment anpasst. So kann z.iJ. ein Turbolader , der den Verbrennungsmotor im Bereich seiner Fenndrehzahl, d.h. seiner Höchstbetriebsdrehzahl günstig auffüllt, bei den dem Höchstdrehmoment des Motors entsprechenden oder diese unterschreitenden Drehzahlen, i.-ie dins aus der Praxis bekannt ist, nunmehr eine unausreicheride Wirkung ausüben, so dass sich darauf ein unelastischer, ein geringes Drehmoment und eine unp.'instige Dynamik aufweisender Motor er-■;ibt. /.'ir I hiiv^o^on der Turbolader so ausgelegt, dass ?r

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eben bei den letzteren, niedrigeren Motordrehzahlen die entsprechende Auf ladung bietet, so treten bei den HochstbetriebsdrehzaHLen des Motors übertriebene Beanspruchungen auf, die sowhol für den Motor, als auch den Turbolader schadhaft sind und diese evtl. auch zerstören können.

Bei den bisher bekannten Turboaufladunbsverfahren zeigten die Verbrennungsmotoren, in erster Linie die Dieselmotoren mit Turboaufladung, auch weitere nachteilige Eigenschaften. Bei diesen Motoren wird der Kraftstoff durcn eine Dosier- bzw. Einspritzpumpe in den Zylinder des Motors befördert, die vom Fahrer mittels eines Fusspedals oder eines Handhebels gesteuert wird. 3ei einer plötzlichen Belastungsänderung - hauptsächlich bei einer Beschleunigung - erhöht sich die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge plötzlich, wobei der durch die Abgase angetriebene Turbolader -infolge seiner Trägheit - nur wesentlich später die Förderung der zum Verbrennen des Kräftstoffüberschusses erforderlichen grösseren Luftmenge beginnt. Demzufolge verbrennt bei plötzlichen Beschleunigungen oder bei Gangschaltungen der Kraftstoff in den bisher bekannten Motoren mit Turboaufladung stets bei Luftmangel, was neben einer schäldichen Beanspruchung des Motors und der Unwirtschaftlichkeit des Vorganges auch eine gesundhextsschädlxche und den Verkehr gefährdende Rauchbildung zur Folge hat. Obwohl man in der Praxis bestrebt war, die vorgenannten Mangel durch verschiedene Vorrichtungen, Reglerventile , usw. zu mindern, war bis jetzt keine Lösung bekannt, die diese Nachteile ganz oder in bedeutendem Masse behoben hätte.

Zum Beispiel ist ein Turboaufladungsνerfahren bekannt, bei dem die durch die Einspritzpumpe des Dieselmotors zugefahrte maximale Kraftstoffmenge durhh eine besondere Vorrichtung in. Abhängigkeit von der Höhe des im Ansaugrohr des Motors hinter dem Turboauflader aufgebau-

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ten Druckes begrenzt wird. In sämtlichen Fällen - z.B. plötzliche Beschleunigung oder Gaszugabe oder niedrige Motordrehzahl - wenn der Turbolader verhältnisraässig wenig Luft fördert und ein ungenügender Druck im Saugrohr des (Motors entsteht - begrenzt die Vorrichtung die Menge des in den Motor einspritzbar "2η Kraftstoffes. Diese Lösung beseitigt die bereits erwähnte schädliche Rauchbildung sowie die Überlastung des Motors» jedoch wird dadurch die Dynamik des Motors wesentlich beeinträchtigt» da letzterer in jedem Ubergangsbetriebszustand nur unter Teillast laufen und dementsprechend nur einen Teil seines Menndrehmomentes liefern kann.

Als weiteres Beispiel kann das bekannte Turboaufladungsverfahren erwähnt werden, bei dem die Abgase aus dem Auspuffrohr vor dem Turbolader mit Hilfe von Umlenkventilen herausgelassen werden, wodurch man den bei hoher Motordrehzahl auftretenden zu starken Druckanstieg herabzusetzen beabsichtigt. In diesem Fall hält nur ein Teil der Abgase das treibende Turbinenrad des Turboladers und zwar offensichtlich mit einer wesentlich niedrigeren Drehzahl im Umlauf. Der Turbolader fördert mit der niedrigeren Drehzahl weniger Luft, und deshalb vermindert sich auch der Füllungsdruck. Mit diesem Verfahren kann der günstige Betrieb des Turboladers mit den niedrigeren Motordrehzahlen abgestimmt und der bei den höheren Drehzahlen auftretende zu starker Anstieg des Aufladungsdruckes durch Betätigung des Reglerventils vermieden werden.

Obwohl das beschriebene System theoretisch unzweifelhaft Vorteile aufweist, hat es sich in der Praxis nicht bewährt, da jeder Fehler des in das Auspuffrohr eingebauten ausserordentlich hohen Wärmebeanspruchungen ausgesetzten Regelventile einen sprungartigen Aufstieg des Aufladungsdruckes und damit verbunden einen Bruch das Motors zur Folge hat.

i!an könnte auch vieitere Beispiele aufzählen

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- wie z.B. das Verfahren, dass ein Hintereinander schalten vnßzwei oder mehreren Turboladern vorschlägt usw. jedoch bestätigt auch eine Untersuchung der bisher ausführlich beschriebenen Verfahren, dass die Behebung der bestehenden Mängel der bekannten Turboaufladung in der Praxis durch verschiedene Turboaufladungsverfahren versucht wurde, jedoch bis jetzt keine tatsächlich .günstige und die Forderungen der Praxis erfüllende Lösung gefunden v/erden konnte.

Ziel der Erfindung ist eben deshalb die Beseitigung der bei der Arbeitsweise der Motoren mit Turboaufladung bisher auftretenden und erwähnten Mangel durch Erhöhung der Wirksamkeit der Turboaufladung, wodurch das Ausiiiass der ZylideraufiuLlung wesentlich erhöht, sowie die Leistung und Elastizität des Drehmomentes der Motoren verbessert, weiterhin die bei der Beschleunigung auftretende Rauchbildung auf einen Midestwert herabgesetzt sowie ein derartiges bisher vollkommen unbekanntes Aufladungsverfahren verwirklicht werden kann, bei dem der Drehzahlbereich des Höchsidrehmomentes des Motors bedeutend erweitert wird ohne den Relastungswert des Motors beider Nenndrehzahl zu erhöhen.

Die Erfindung betrifft also Verbrennungskolbenmotor mit Abgasturboaufladung bei dem die Abgasturboaufladung mit Hilfe einer dynamischen Aufladung ergänzt wird j die in dem von den Zylindern bis zu dem Abgasturbolader bzw. Abgasturboladern ausgebildeten Saugleitungssystem infolge der durch die periodischen Saugwirkungen des Motorzylinders auftretenden Geschwingungen entsteht.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Einlassventile oder Einlasschlitzen von'einer Gruppe von mindestens eineir., höchstens aber vier Zylinder eines Motors, deren Saugperioden sich gegenseitig nicht bzw. nur unbedeutend aberdecken, durch Einlasskanäle unmittelbar¹, od^r durch-α ohr lurse aber nicht langer als L = 1500/n

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- wo "L" die Länge des Saugrohres in Meter gemessen und "η" die Henndrehzahl des Motors pro Minute bedeutet Saugrohre in je einen separaten Resonatorbehälter münden und zu dem Resonatorbeh*!lter, oder Behältern Resonanzrohre, zweckmässig an jedem Resönatorbehiilter je ein Resonanzrohr angeschlossen und unmittelbar bzw. durch Ausgleichbehälter und Verbindungsrohre mit der Druckseite des Turboladers oder der Turbolader verbunden, sind.

Der grösste dynamische Aufladungseffekt kann erfindungsgemäss dann erreicht werdet!, wenn der Volumeninhalt je eines Resonanzbehälters grosser ist, als die Hälfte des Hubvolumens der Zylinder» die zu dem Resonanzbehälter angeordnet sind, aber kleiner, als das Zehnfache des Hubvolumens, und die Länge der Mittellinie des Resonanzrohres grosser ist, als das Achtfache des Innendurchmessers des Rohres, wo unter Innendurchmesser bei den nicht mit kreisförmigem Querschnitt versehenen Rohren der Durchmesser eines denselben Querschnitt gebenden Kreises zu verstehen ist.

Bei den Verbrennungsmotoren mit einer auf Grund des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgenden Aufladung ist in dem die Zylinder des Motors mit dem Turbolader verbindenden Suagrohrsystem eine bedeutende Luft- oder Kraftstoff-Luft-Gemischmenge aufgespeichert. In diesem Fall beschleunigt jeder Kolben des Motors zu Beginn der Ansaugperiode die im Resonanzrohr des Saugrohrsystems befindliche Luft bzw. das dort befindliche Kraftstoff-Luft- -Genisch und bewirkt so eine bedeutende Erhöhung der kinetischen Energie. Diese periodische Erhöhung der kinetischen Energie erzeugt Schwingungen bei der in Saugrohrsyster¹ befindlichen und eine ausreichend presse Tr/'gheit aufweisen::^ Luft- oder Kraftstoff-Luft-^Gmischmenra_} in -leren Ergebnis vor dGir.Iinlassventil oder den Einlassschlitz, des eben ansaugenden Zylinders in einlasskanal in Jer zvtiten ""lfte. der Ansaufipe^iouc in 3<ί·Λ Res<">-

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BAP ORiGINAL

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iianzbehalt ein grosser Oberdruck aufgebaut wird. Infolge des Oberdruckes wird in den gegebenen Zylinder die frische Luft oder das Rraftstoff-Luftgemisch in erhöhtem Masse eingepresst, wodurch auch die Menge bedeutend ansteigt. Dies hat zur Folge, dass der .Auffüllungsgrad /die Wirksamkeit der Aufladung/ ohne eine wesentlichere Beanspruchung des Turboladers unter Einwirkung der schwingungsbedingten augenblicklichen Überdrücke im Vergleich zu den bisher bekannten Motoren .mit Turboaufladung um 10 - 30 ?; ansteigt. - - "

Bei den in Strassenfahrzeugen gebräuchlichen Motoren mit Turboaufladung ist es zweckmassig den die grössta dynamische Aufladungswirkung gewährleistenden Motordrehzahlbereich so auszuwählen, dass dieser nahe zum Höchstdrehmoment des Motors oder etwas darunter liegt.. In diesem Fall verbessert sich die Wirksamkeit der Aufladung bei einem das erfindungsgemässe Verfahren verwirklichen?- den Motor eben in dem Drehzahlbereich sprunghaft, in dem früher der Turbolader noch ziemlich wirkungslos war. Infolge der Erhöhung der Zylinderauffüllung steigt auch das Höchsdrehmoment des Motors, und die zugehörige Drehzahl vermindert sich. AucKist eine Verminderung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, der Temperatur der Abgase und der Rauchbildung bei dem Motor feststellbar. Eine derartige Verbesserung der Parameter des Motors tritt, wie dies auch durch zahlreiche praktische Messungen nachgewiesen wurde, in der gesamten unteren Hälfte des Betriebsdrehzahlbereichs des Motors ein. Unter Berücksichtigung des Umstandes, dass die mit dem erfxndungsgemässen Verfahren erreichbare Erhöhung der Wirksamkeit der Auffüllung bei dem gegebenen Saugrohrsystern.vom Betrieb des Turboladers fast unabhängig ist, tritt sie bei plötzlicher Beschleunigung und Drehzahländerung ebenso ein, wie bei einem stationären Betrieb eines Motors mit Turboaufladung. Das erfindungsgemässe Verfahren zeigt deshalb ein4;

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besonders günstige Wirkung unter den sich rasch ,Inderaden Bedingungen des Strassenverkehrs.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann natürlich auch aur Erhöhung der Nennleistung /Höchstleistung/ von Motoren mit Turboaufladung in erster Linie im ■ Schiffsbetrieb und bei stationärem Betrieb ausgenützt werden. In diesem Fall ist es zweckmässig den die günstigste Wirkung gewährleistenden Motordrehzahlbereich so auszuwählen, dass dieser nahe der "enndrehzahl des Motors liegt. Zahlreiche praktische Messungen bestätigten, dass die '.iennleistung des Motors in solchen Fällen» ohne eine besondere Beanspruchung des Turboladers, in einzelnen Fällen sogar bei einer gleichzeitigen Verminderung des Auf-, ladungsdruckes um 10-30% erhöht werden kann.

Ein weiteres Merkmal des erf indungsgeniässen Verfahrens - wodurch es ebenfalls krass von den bisher bekannten Aufladungsverfahren unterschieden wird - ist, , dass die Luftaufnahme eines nach diesem Verfahren arbeitenden Motors nicht nur bei einer gegebenen Drehzahl, sondern in einem sehr breiten Drehzahlbereich den durch das gegebene System zugelassenen Höchstwert erreicht. Die in der üblichen und bekannten Weise erzeugte dynanische Aufladung /Aufladeuirkung/ erhöht infolge der im Saugrohr auftretenden Schwingungen den Luftverbrauch des Motors stets bei einer gegebenen Hotordrehzahl in grösstera Masse. Diese Drehzahl ist neben der Ausbildung und den relativen Abmessungen des Saugrohrsystemö auch noch von der in den in Saugrohr strömenden Mediums herrschenden Schallgeschwindigkeit abhängig. Ss ist nämlich bekannt, dass sich in einem zusammendrückbaren Medium jede Störung oder Änderung mit der darin herrschenden Schallgeschwindigkeit fortpflanzt. Aus diesem Grunde verändern sich die in einem gegebenen Saugrohrsystrem ablaufenden Schwingungsverhältnisse eines zusairansndrückbaren Mediums, sowie die Ei^enschwingungszahl des Systems proportional

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zur Schallgeschwindigkeit.

So ergibt sich zum Beispiel in "einer Saugleitung die aus dem zum Zylinder des Motors gehörenden Einlas&anal bzw. dem an diesen,angeschlossenen Saugrohr ausgebildet ist und bei der das 'zum gegebenen Einlasskanal gehörende Saugrohr unmittelbar aus der umgehenden Atmosphäre saugt, die Eigenschwingungszahl des strömenden Mediums zu ; ,.

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wobei ^!'a^!! /n/sec/ die im Medium herrschende Schallgeschwindigkeit, "L" /m/ Länge der Saugleitung vom Zylinder bis zur umgebenden Atmosphäre bedeuten.

Auch unsere Versuche bestätigten, dass der Luftverbrauch /die Luftaufnahme/ eines mit einer derartigen Saugleitung versehenen dynamisch aufgeladenen Motors in dem Fall am· höchsten liegt, wenn die Drehzahl des Motors und die Eigenschwingungszahl /Eigenfrequenz/ des in der Saugleitung strömenden Mediums, in einem bestimmten gegenseitigen Verhältnis stehen. Bei davon abweichenden Dreh- " ■ zahlen vermindert sich die Luftaufnähme. Dies ist die Ursache dafür, dass bei den in der Praxis bekannten dynamischen Aufladungsverfahren stets eine gewisse Motordrehzahl vorzufinden ist, bei der auch bei beliebiger Motorbelastung die je Zylinder angesaugte frische Auffüllungsmenge die grösste ist. - .

Auch bei den bisher bekannten Turboaufladungverfahren konnte die Motordrehzahl genau bestimmt werden, bei der der aufgeladene Motor die frische Luftmenge verbrauchte. Diese fiel - aus den bekannten Eigenschaften des Turboladers folgend - streng mit der Drehzahl der Mo- ' tornennleistunp; zusammen.

Ganz anders verhält sich die Lage bei dem erfindungs^enässen Aufladungsverfahren. Bei einer Teillast des

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Motors, wenn verhtltnismässig wenig Kraftstoff verbrannt wird, bleibt die Temperatur der Abgase niedrig und auch ihr Volumenverhültnis gering. Dies liat zur Folge, dass verhältnisml'ssis wenig Energie im Turbolader verwertet wird und so dessen Turbinenrad auch langsam umläuft. Natürlich wird auch wenig Luft zum Motor gefördert. Die direkte Folge dessen ist, dass Druck und Temperatur des im Saugrohrsystem des Motors strömenden Mediums Verhältnismassig niedrigbleiben. Es ist jedoch allgemein bekannt, dass sich die in einem zusammendrückbaren Medium herrschende Schallgeschwindigkeit proportional zur Quadratwurzel der absoluten Temperatur des Mediums verhSlt. In dieser Weise bleibt in sämtlichen Fällen, wenn der Turbolader vc^hältnismässig wenig Luft fördert, die Schallgeschwindigkeit niedrig und wenn die Menge des durch den Turbolader beförderten Mediums wächst,, erhöht sich auch die Temperatur und damit zusammen auch die Schallgeschwindigkeit.

Aus dem besagten ergibt sich auch die anderswo noch nie festgestellte vorteilhafte j£igenschaft des erfindungsgemässen Verfahrens. Bei niedriger Drehzahl oder bei mit Teillast laufendem Motor, wenn der Turbolader selbst ebenfalls mit einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl lf^:uft, ergibt sich infolge der niedrigeren Schallgeschwindigkeit bei einer verhältnismässig niedrigen Hotordrehzahl die grösste Wirkung der durch die Schwingungen hervorgerufenen dynamischen Aufladung. Sobald dann nach dem Gasgeben durch den Fahrer auch der Turbolader, und der Motor schneller zu laufen beginnen, erhöhen sich damit zusammen auch die Schallgeschwindigkeit sowie die Drehzahl, bei der die dynamische Aufladung ihre grösste V.'irkun," abgibt.

Hit anderen Worten, bei dem erfindungsgem'issen Aufladun^sverfahren fol;jt der Höchstwert der durch die dynamische Aufladung gesicherten Auffülluriiisv/irkun^

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Lauf ή es Motors in einem ausserordentlich breitem Motordrehzahlbereich. Dies hat zur Folge, dass eine wirksame Aufladung in einem wesentlich grösseren llotordrehzahlbereich verwirklicht werden kann, als dies bei einem der bisher bekannten Aufladungsverfahren überhaupt zu erhoffen war. Eine natürliche Folge des vorstehend besagten ist, dass die bereits früher erwähnte Verbesserung der Motorparameter in einem überraschend grossen Drehzahlbereich eintritt, wie dies auch aufgrund zahlreicher praktischer Mesaungen festgestellt werden konnte.

.Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen auf Grund von Zeichnungen beschrieben, wobei

Fig. 1 einen 6-Zylinder-Dieselmotor mit Turboaufladung und dessen einen Resonatorbehälter und auch ein Resonatorrohr enthaltenden-Saugrohrsystem im Schnitt, ■ Fig. 2 dasselbe in der Ansicht darstellen.

In dem Zylinder 1 des auf den" Fig. 1 und 2 dargestellten und mit einem Saugrohrsystem arbeitenden S-Zylinder-Dieselmotor läuft der Kolben 2. Im Zylinderkopf 3 ist der Auslasskanal angeordnet, an den sich das Auspuffrohr 5 anschliesst.

Ebenfalls im Zylinderkopf 3 sind auch das Einlassventil 6 und der damit in Verbindung stehende Einlasskanal /Saugkanal/ 7 angeordnet, an den sich das Saugrohr 8 anschliesst. Der im Ausführungsbeispiel vorgeführte Motor besitzt demgemäss ein Einlass- und ein Auslassventil je Zylinder. Versieht man die sechs Zylinder des Motors mit einer laufenden Numerierung beginnend vom Schwungrad 18, so ergibt sich die Zünd- und demgemäss auch die Ansaugfolge der Zylinder des Motors zu I-V-III-VI-II-IV. Aus den üblichen Arbeitsweise des Motors fliessend, folgen die Zylinder I, III und II, sowie die Zylinder V, VI und IV einander in der Arbeitsweise mit einem Kurbelwellenverdfehungswinkel von 240°. Dieser Winkelwert stimmt praktisch mit dem öffnungswinkel der zu den einzelnen

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Zylindern gehörenden Einlassventilen überein. Deshalb sind die Ansaugperioden der einzelnen Zylinder /Glieder/ sowohl bei der aus den Zylindern I, II und III, als auch bsi der aus den Zylindern IV, V und VI bestehenden Zylindergruppe aufeinander folgend angeordnet» d.h. ihre Ansaugperioden überdecken einander entweder überhaupt nicht nur in einem geringem Masse. Die Saugrohre der Zylinder I, II und III sind demgemäss zu den sich nach Ansaugperioden gegenseitig in bedeutendem Masse nicht überdeckenden Zylindern gehörenden Saugrohre und münden so in einen gemeinsamen Resonatorbehälter, in den Resonatorbehälter 9. In ähnlicher Ueise sind die zu den Zylindern IV, V und VI gehörenden Saugrohre ebenso an einen gemeinsamen Resonatorbehälter 10 angeschlossen. An den Resonatorbehälter 9 ist das Resonanzrohr 13 angeeschlossen, das in die gemeinsame Sammelröhre 13 mündet. Das Sammelrohr 13 ist durch das Verbiridungsrohr 14 mit dem Turbolader 15 des Motors bzw. mit dem Kompressor 16 des Turboladers 15 verbunden. An'einer mit dem Kompressor 16 des Turboladers 15 gemeinsamen Welle·ist die Turbine angeordnet, an die sifah das Auspuffrohr 5 anschliesst.

Die Abgase des Motors erreichen durch das Auspuffrohr 5 durchströmend die Turbine 17 und bringen diese in Umlauf. Die durch die Turbine strömenden Abgase gelangen durch die Öffnung 17a in die freie Atmosphäre oder in die auf der Zeichnung nicht dargestellte Auspuffrohrleitung.

Der Kompressor 16 des Turboladers saugt durch die Öffnung 16a unmittelbar oder durch das auf der Abbildung nicht dargestellte Luftfilter aus der Atmosphäre die Luft an und drückt sie in das Verbindungsrohr IH. Die Luft strömt aus dem Verbindungsrohr 14 in das Sanunelrohr 13, wo sie sich in zwei Teile teilt und durch die Resonanzrohre 11 sowie 12, die Resönanzbehälter 9 sowie und dann durch die Saugrohre zu den Zylindern strömt. Unter

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IL ·*

Einwirkung des periodischen Ansaugens der Zylinder verlaufen sowohl im Resonator behälter- "9 als auch im Resonatorbebülter 10 periodische Druckänderungeii die zum Teil
im Resonanzrohr 11, zum Teil im Resonansrohr 12 strömende Luftsäule zu Schwingungen erregt. Sobald die Eigenschwingun.^szahl des Systems und die Frequenz der erregenden Druckänderungen in ein entsprechendes Verhältnis
gelangen, kommt die im Saugrohrsystem befindliche Luft
in einen intensiven Schwingungszustand und dieser gewährleistet die dem. erfindungsgemässen Verfahren entsprechende, dynamische Aufladungswirkung.

Eei der sich vom Motortyp und der Einstellung
des Turboladers abhängenden entsprechend niedrigen Hptordrehzahl, wo der Luftliefereffekt des Turboaufladers
nicht ausreicht, entsteht eine Resonanz riie mit der Saugpsriode einstimmt. Durch diese Resonanzverhältnisse kommt das in dem Saugrohrsystem befindliche Gas in eine Schwingung. Diese Schwingungsenergie sichert die dynamische Aufladung bei niedrigen Motordrehzahlen. Soll die Motordrehzahl bis zu der Nenndrehzahl. erköht werden, fällt die Intensität der Gas Schwingungen ab. Bei der IJenndrehzahl des Motors wird die Aufladung also nur durcli den Turboauflader durchgeführt.

Mit Hilfe der Einrichtung erhöht sich - in Abhängigkeit v.on den Abmessungen des Motors - in einem von 200 bis 500 U/min reichenden oder noch breiteren Drehzahlbereich die Wirksamkeit: der Aufladung des Zylinders /Füllungsgrad/ ziemlich bedeutend - um'etwa 20 - 30 %. In die ser 'Weise eignet sieh die Einrichtung vorzüglich zur Erhöhung des ^TIöchstdrehmoments von Motoren mit Turboaufladung, weiterhin zur Verbesserung der bei niedrigen Motordrehzahlen auftretenden Verhältnisse.

Durch zahlreiche Bemessungen wurde es festgestellt, dass die Spitzendruckwerte der in der Hähe der :~eimdrehzahl antsteilenden Verbrennung kleiner sind, als

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dieselbe bei dem mit Turboauflader aufgefüllten Zylinder. Die Minderung kann auch 10-20% erreichen. Dieser unerwartete Effekt sichert» dass die erfindungsgemässe Ausbildung den Motor schont. Dieser Effekt entsteht dadurch, dass das die dynamische Aufladung sichernde Saugrohrsystem den Turboauflader "ansaugt". Wegen dieser Ansaugung wird der Gegendruck des hinter dem Turboauflader befindlichen Raumes auch das Druckverhältnis des Turboaufladers bzw. die Temperatur und deswegen grösserer Dichtheit ladet also auch bei grösserer Luftmenge auf niedriger Temperatur und niedrigem Druck den Zylinder des Motors auf. Die Kompression beginnt also bei niedrigen Druck- und Temperaturverhlltnissen und deswegen werden auch die Spitzenwerte der Verbrennung niedriger* Als Resultat entsteht dann eine niedrige mechanische und thermische Belastung des Motors.

Als besondere Vorteile der Einrichtung können die günstig herstellbare Konstruktion und der verhältnismässig geringe Platzbedarf erwähnt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE -

1./ Verbrennungskolbenmotor mit Abgasturboaufladung, beiJdem die Abgasturboaufladung mit Hilfe einer dynamischen Aufladung ergänzt wird» die in dem von den Zylindern bis zu dem Abgasturbolader bzw, Abgasturboladern ausgebildeten Saugleitungs'system infolge der durch die periodischen Saugwirkungen des Motörzylinders auftretenden· Geschwingungen entsteht, d a d u r c h g e kennzeichnet, dass die Einlassventile, oder Einlassschlitzen von einer Gruppe von mindestens einem, höchstens aber vier Zylinder eines Motors, deren Saug- . Perioden sich gegenseitig nicht bzw. nur unbedeutend überdecken, durch Einlasskanäle unmittelbar, ödeJ? durch sehr kurze aber nicht-langer» als L = 1500/n - Wo¹¹L" die Länge des Saugrohres in Meter gemessen und ^on" die Nenndrehzahl des Motors pro Minute bedeutet - Saugrohre in je einen separaten Resonatorbehälter münden und zu dem Resonatorbehälter oder Behältern Resonanzrohre, zweckmässig an jedem Resonatorbehälter je ein Resonanzrohr angeschlossen und unmittelbar bzw. durch Ausgleichsbehälter und Verbindungsrohre mit der Druckseite des Turboladers oder der» Turbolader verbunden sind.

2. Verbrennungskolbenmotor nach Patentanspruch 1, d a du r c h ge k. e η η ζ e i c h η e t, dass der Voluraeninhalt je eines Resonanzbehälters gröseer ist, als die Hälfte des Hubvolumens der Zylinder, die zu dem Resonanzbehälter angeordnet sind, aber kleiner, als das Zehnfache des Hubvolumens, und die Länge der Mittellinie des Resonanzrohres grosser ist, als das Achtfache des Innendurchmessers des Rohres, wo unter Innendurchmesser bei den nicht mit kreisförmigem Querschnitt versehenen Rohren der Durchmesser eines denselben Querschnitt gebenden Kreises zu verstehen ist.

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