DE2452219A1 - Abgaslader fuer eine kolbenbetriebene brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Abgaslader für eine kolbenbetriebene Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Abgaslader für eine kolbenbetriebene Brennkraftmaschine.

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, um bei kolbenbetriebenen Brennkraftmaschinen die in den Abgasen noch enthaltene kinetische Energie zur Verbesserung der Zylinderfüllung mit Brenngasgemischen auszunutzen.

So wird bei den Abgasturboladern mit den Abgasen eine Turbine betrieben, die ihrerseits einen in der Ansaugleitung des Motors befindlichen Verdichter antreibt. Eine derartige Vorrichtung ist aufwendig und unterliegt starkem Verschleiß der rotierenden Teile.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 526 317 ist der Vorschlag bekannt, von getrennten Zylindern kommende Abgasleitungen in einen Pulsekonverter zu führen, wo eine von einem Zylinderausschubhub in einer Abgasleitung hervorgerufene Druckwelle nach dem Wirkungsprinzip einer Gasstrahlpumpe in der anderen Abgasleitung eine Sogwelle erzeugt. Damit wird die Wirkung des Ausschubhubes verstärkt, das Abgas aus der Abgasleitung ausgeräumt und verhindert, daß bei der nächsten öffnung eines Auslaßventiles verbrannte Gase in den Zylinder zurückströmen. Sind ferner die Öffnungszeiten der Zylinderventile so gewählt, daß die in der anderen Abgasleitung wandernde Sogwelle auf einen Zylinder trifft, dessen Auslaß- und Einlaßventil gerade geöffnet sind, so greift die Sogwelle durch den Zylinder hindurch auf die Ansaugleitung über. Dadurch wird der Zylinder gespült und die Wirkung des Ansaug-

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hubes vergrößert. Hierbei ist es einmal erforderlich, die drehzahlabhängigen Ventilöffnungszeiten auf die drehzahlunabhängigen Laufzeiten der Wellen in den Leitungen abzustimmen, zum anderen wirken sich die langen Laufwege und das Durchlaufen durch den Zylinder strömungsungünstig auf die Ausnutzung der in den Druckwellen der Abgase enthaltenen Energie aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Teil der in den Abgasen enthaltenen Energie direkt zur Beschleunigung der Ladeluft und zur Verbesserung der Aufladung in den Zylindern von kolbenbetriebenen Brennkraftmaschinen auszunutzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Luftansaugleitung zu einem vor dem Schalldämpfertopf liegenden Teilstück einer Abgasleitung parallelgeführt und von diesem durch eine gemeinsame Trennwand getrennt und in der Trennwand sind in die Abgasleitung mündende InjektorÖffnungen vorgesehen.

Unter einer Injektoröffnung wird eine Öffnung verstanden, durch die auf einer Seite der Öffnung befindliche Flüssig- · keiten oder Gase von einem an der anderen Seite der Öffnung vorbeiströmenden Fördermedium angesaugt werden. Solche Öffnungen können beispielsweise als kurze Düsen ausgebildet sein, die in spitzen Winkeln zur Strömungsrichtung des Treibmittels angeordnet sind. Bei dem erfindungsgemäßen Abgaslader dienen die Abgase der Brennkraftmaschine als Fördermedium, um durch die Druckwellen der Abgase einen Bruchteil der in der Luftansaugleitung befindlichen Luft in die Abgasleitung anzusaugen. Hierdurch wird die Luftsäule in der Luftansaugleitung so beschleunigt, daß analog dem Prinzip des hydraulischen Widders kurzzeitige Druckerhöhungen an den Einlaßventilen der Zylinder entstehen und dort zur Erhöhung der Füllung zur Verfügung stehen.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasladers besitzt die Abgasleitung in der die Injektoröffnungen enthaltenden Teilstrecke einen verengten Querschnitt. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit der an den öffnungen vorbeistreichenden Abgase erhöht und die Übertragung der kinetischen Energie der Abgase auf die Ansaugluft begünstigt.

Ferner können vorteilhaft die parallelgeführten und durch die gemeinsame Trennwand getrennten Teilstücke der Abgas- und Luftansaugleitung konzentrisch zueinander angeordnet sein.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Abgasl'aders liegen die parallelgeführten, durch die gemeinsame Trennwand getrennten Teilstücke von Abgas- und Luftansaugleitung nebeneinander und bilden einen Bogen von etwa 90°, wobei die Luftansaugleitung an der Innenseite, die Abgasleitung an der Außenseite des Bogens verläuft. Bei dieser Ausführungsform wird die entlang der Innenseite des Bogens strömende Ansaugluft besonders stark beschleunigt.

Besonders vorteilhaft ist es, in der Luftansaugleitung zwischen der zur Abgasleitung parallelgeführten Teilstrecke und den Einlaßventilen der Brennkraftmaschine ein Rückschlagventil vorzusehen. Dadurch kann verhindert werden, daß eine gegebenenfalls an einem geschlossenen Einlaßventil reflektierte Druckwelle die Luftansaugleitung in umgekehrter Richtung durchläuft und Abgase in die Luftansaugleitung hineinsaugt.

Ferner kann es vorteilhaft sein, in der Luftansaugleitung zwischen dem Rückschlagventil und den Einlaßventilen der· Brennkraftmaschine einen Druckspeicher anzubringen. Dies empfiehlt sich besonders bei nicht freisaugenden Motoren.

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Der erfindungsgemäße Abgaslader wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasladers.

Fig. 35 und 4 zeigen Querschnitte durch weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Abgasladern. Fig. 5 dient zur Erläuterung der Anwendung eines erfindungsgemäßen Abgasladers bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor.

Der in Fig. 1 gezeigte Abgaslader besitzt eine Luftansaugleitung 1 und ein dazu konzentrisches Teilstuck 2 einer Abgasleitung. Die von den Auslaßöffnungen eines oder mehrerer Zylinder kommenden Abgase treten über einen Einführungsstutzen 3 in das Teilstück 2 der Abgasleitung ein und münden über einen Ableitungsstutzen 4 in den Auspufftopf ein. Die Außenwand der Luftansaugleitung bildet eine gemeinsame Trennwand 5 zwischen dieser und dem Teilstück 2 der Abgasleitung. Diese Trennwand 5 besitzt Ausbuchtungen 7, die in spitzem Winkel zur Strömungsrichtung der Abgase in die Abgasleitung düsenartig hineinragen und Injektoröffnungen 6 enthalten. Die an den Injektoröffnungen 6 entlangströmenden Abgase reißen Luft aus der Luftansaugleitung 1 mit, übertragen einen Teil ihrer kinetischen Energie auf die dort anstehende Luftsäule und bringen diese in gleichsinnige Bewegung. Dadurch wird an der Eintrittsöffnung 9 der Luftansaugleitung 1 verstärkt Luft angesaugt, die mit erhöhter Geschwindigkeit in die zu den Einlaßventilen der Zylinder führende Leitung 8 eintritt. Die Abgasleitung 2 weist auf der die Injektoröffnungen 6 enthaltenden Teilstrecke einen verengten Querschnitt auf, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der an den öffnungen 6 vorbeistreichenden Abgase erhöht wird.

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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der in Fig. 1 mit II-II "bezeichneten Linie. Die zwischen der Luftansaugleitung 1 und dem Teilstück 2 der Abgasleitung befindliche gemeinsame Trennwand 6 besitzt rosettenartige Ausbuchtungen 7, welche die in die Abgasleitung 2 mündenden Injektoröffnungen 6 enthalten.

Es kann aber auch, wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Abgas-' lader, eine zentrale Abgasleitung 30 von einer konzentrisch hierzu angebrachten Luftansaugleitung 31 umgeben sein. Die Abgasleitung 30 ist hierbei ähnlich einer Venturidüse mit verengtem Querschnitt ausgebildet, wobei die Trennwand 32 zwischen Abgasleitung 30 und Luftansaugleitung 31 in den verengten Teil der Abgasleitung 30 hineinragende, die Injektoröffnungen 33 bildende Einbuchtungen 34 enthält. In der Luftansaugleitung 31 befindet sich in Strömungsrichtung hinter den Injektoröffnungen 33 und vor der Einmündung in den Auspufftopf ein durch ein Rückschlagventil 35 verschließbarer Druckspeicher 36·

Ein Abgaslader, bei dem Teilstücke der Abgas- und der Luftansaugleitung nebeneinanderliegen, ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Die beiden Leitungen bilden einen Bogen von etwa 90 , wobei die Luftansäugleitung 40 an der Innenseite, die Abgasleitung 41 an der Außenseite des Bogens verläuft. Die Trennwand 42 zwischen Abgasleitung 41 und Luftansaugleitung 40 enthält an der Stelle ihrer größten Krümmung Injektoröffnungen 43.

Zur Veranschaulichung der Anwendungsmöglichkeiten eines effindungsgemäßen Abgasladers sei beispielsweise ein Vierzylinder-Viertaktmotor betrachtet. Ein solcher Motor kann beispielsweise mit zwei erfindungsgemäßen Abgasladern versehen sein, wobei zwei Zylinder, z.B. die Zylinder 1 und 4, mit ihren Einlaß- und Auslaßventilen an den einen Abgaslader,

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angeschlossen sind. Für die Zylinder sei die Zündfolge 1, 3, 4, 2 festgelegt und die Ventilöffnungszeiten seien derart abgestimmt, daß ein Auslaßventil sich 45° vor dem unteren Totpunkt öffnet und 5° nach dem oberen Totpunkt schließt, ein Einlaßventil 5° vor dem oberen Totpunkt öffnet und 45° nach dem unteren Totpunkt schließt. In Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel W ergeben sich damit die in Fig. 5 mit A I, A II, A III, A IV bezeichneten Öffnungszeiten der Auslaßventile, und die mit EI, E II, E III, E IV bezeichneten Öffnungszeiten der Einlaßventile. Der Ausschubhub des Zylinders 1 erzeugt eine Druckwelle der Abgase, deren Amplitude in Fig. 5 mit der Kurve 50 angedeutet ist. Die kinetische Energie der Abgase wird auf die Ansaugluft übertragen und bewirkt die Beschleunigung der Luft in den zu den Einlaßventilen der Zylinder 1 und 4 führenden Ansaugleitung. Wenn, wie üblich, die Laufzeiten der Druck- und Sogwellen in den Leitungen klein sind gegenüber den Zündabständen der Zylinder, trifft, unabhängig von der Drehzahl, diese beschleunigte Luft am Ende der Öffnungszeit E IV am Einlaßventil des Zylinders 4 ein und erzeugt dort eine zusätzliche Kompression. Ebenso verbessert die Abgaswelle des Zylinders die Aufladung am Zylinder 1. Der gleiche Vorgang spielt sich in dem anderen Abgaslader und den damit verbundenen anderen Zylindern 2 und 3 ab, wodurch die Füllung des gesamten Motors gesteigert wird.

In ähnlicher Weise können ein oder mehrere erfindungsgemäße Abgaslader auch für Zweitaktmotoren und für andere Zylinderzahlen verwendet werden. Durch Verwendung eines Druckspeichers kann der erfindungsgemäße Abgaslader auch bei nicht freisaugenden Kolbenmaschinen und bei beliebigen Zylinderzahlen eingesetzt werden.

6 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims (6)

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   /1 ./Abgaslader für eine kolbenbetriebene Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftansaugleitung (1) zu einem vor dem Schalldämpfertopf liegenden Teilstück (2) einer Abgasleitung parallelgeführt und von diesem durch eine gemeinsame Trennwand (5) getrennt ist und daß in der Trennwand (5) in die Abgasleitung mündende Injektoröffnungen (6) vorgesehen sind.
2. 2. Abgaslader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (2) in der die Injektoröffnungen (6) enthaltenden Teilstrecke einen verengten Querschnitt besitzt.
3. 3. Abgaslader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelgeführten, durch die gemeinsame Trennwand (5) getrennten Teilstücke der Abgas- und Luftansaugleitung (2, 1) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
4. 4. Abgaslader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelgeführten, durch die gemeinsame Trennwand (42) getrennten Teilstücke von Abgas- und Luftansaugleitung (41, 40) nebeneinanderliegen und einen Bogen von etwa 90° bilden und daß die Luftansaugleitung (40) an der Innenseite, die Abgasleitung (41) an der Außenseite des Bogens verläuft.
5. 5. Abgaslader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftansaugleitung (31) zwischen der zur Abgasleitung (32) parallelgeführten Teilstrecke und den Einlaßventilen der Brennkraftmaschine ein Rückschlagventil (35) vorgesehen ist.
6. 6. Abgaslader nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch einen in der Luftansaugleitung (31) zwischen Rückschlagventil (35) und Einlaßventil der Brennkraftmaschine angebrachten Druckspeicher (36) ·

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