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Verfahren zur Erhöhung des Ansaugdruckes der
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Verbrennungsluft bei Fahrzeugmotoren.
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Gleit nahezu 40 Jahren ist es bekannt, die Leistung von Fahrzeugmotoren
dadurch zu erhöhen, dass der Ansaugedruck der Verbrennungsluft iber den Äussendruck
der Atmosph7re erhöht wird. Mit dieser sogenannten Aufladung und einer bestimmten
Erhöhung der Kraftstoffzugabe können erhebliche Leistungssteigerungen des Motors
und Kinsparungen am Kraftstoffverbrauch erzielt werden. Trotz dieser zesonderen
Vorteile wird die Aufladung bis heute prsktisen aussenlieselich bei grossen Motoren
für Lastwagen und wenigen grossen Ters-nnenwagen und bei Motoren im Flugwesen und
im Rennwagenbau gen:tZT Man verwendet rotierende Geblase die von einer Abgasturbine
angetrieben werden, wobei Geblase und Turbinenrad auf einer gemeins@-men Welle angeordnet
sind. Die hohe Temperatur der Abgasturbine von ca 100000 und die abnormal hohen
Umdrehungszahlen der @bgasturbine von 50.000 bis 80.000 pro Minute, erfordern für
die gesamte Einrichtung bestes hitzebeständiges Material und höchsiePr?-:cision
in der Ausführung. Der daraus resultierende hohe Preis verhindert Sie wirtschaftliche
Anwendung der Aufladung bei mittleren und kleinen Fahrzeugmotoren. Der erhöhte Abgasdruck,als
Folge des leistungs -aufwandes der Abgasturbine, vermindert darüberhinaus die Treibstoffeinsparung.
Aber besonders Treibstoffeinsparungen sind in der heutigen Zeit unserer Abhängigkeit
von den immer höher ansteigenden Rohölpreisen besonders wichtig.
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Es wurde gefunden, dass Treihstoffeinsparungen und leistungssteigerungen
wirtschaftlich erzielt werden können, wenn für die Aufladung der Verbrennungsluft
zwei- oder mehrstufige Geblase Anwendung finden, die mechanisch oder durch den Fahrtwind
des Kraftfahrzeuges, oder@durch beide kombiniert, angetrieben werden. Diese neue
Art der Aufladung erlaubt eine wesentlich einfachere und billigere Ausfihrung der
Aufladeeinrichtung, besonders da wegen der normalen Temperaturen weitgehend Kunststoffe
eingesetzt werden können und die,bei der Verwendung von zwei-oder mehrstufigen Gebläsen
niedrigeren Umdrehungszahlen von 10.000 bis 30.000 pro Minute, einfachere Ausfjhrungen
erlauben.
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Das zwei- oder mehrstufige Aufladegebläse besteht dabei aus mehreren
laufrädern, die auf einer Achse hintereinander aufgesetzt werden. Im Geblasegeh-use
sind Zwischenscheiben derart angeordnet, dass sie die Räume zwischen den laufrädern
trennen und über die Ansaugöffnungen der lJaufrsder eine Hintereinanderschaltung
des luftstromes durch das Gehäuse gewährleisten. Dabei addieren sich die in den
Laufrädern erzeugten Drucksteigerungen zu den erforderlichen Aufladedruck von iiber
1000 - 6000 mm Wassersäule bei wesentlich niedrigeren Umdrehungszahlen von 10.000
bis 30.000 Umdrehungen pro Minute.
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Der nach Erfindung vorgeschlagene mechanische Antrieb des zwei-oder
mehrstufigen Gebläses kann vorteilhaft direkt von der Lichtmaschine abgenommen werden.
Diese ist bei Fahrzeug motoren direkt von der Motorwelle mit einer Verdopplung der
Motordrehzahl angetrieben, sodass fflr das anzutreibende Gebläse bereits mit einer
Ausgangsdrehzahl von 10.000 Umdrehungen pro Minute gerechnet werden kann. Eine bbersetzung
von 1:2 oder 1:3 von der Licht maschine zum Gebläse ergeben bereits die für das
zwei- oder mehrstufige Geblase erforderlichen Umdrehungszahlen von 20 bis 70.000
pro Minute.
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Der grosse Vorteil des mechanischen Antriebes für die Aufladung ist,
dass selbst beim Fahren im 1.Gang, bei grösseren Steigungen oder beim Überholen,
die erhöhten Motordrehzahlen hohe Aufladedriicke ermöglichen und grosse leistungssteigerungen
möglich machen.
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Für den Antrieb des zwei-oder mehrstufigen Gebläses durch den Fahrtwind
sind höhere Bahrtgeschwindigkeiten erforderlich. Bei einer Geschwindigkeit von 100km/Stunde
stellt sich eine Fahrtwindgeschwindigkeit von 28m/Sekunde ein, die einen Staudruck
von ca 50 mm Wassersäule entspricht. Bei 200km/Stunde erhöht sich die Fahrtwindgeschwindigkeit
au 56m/sek,einem Staudruck von 200mm Wassersäule entsprechend. Eine direkte Anwendung
dieses Staudruckes für die Aufladung ist demnach ohne besondere Wirkung.
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Es wurde gefunden. dass man die Energie des Fahrtwindes dann mit erhöhter
leistung nützen kann, wenn man den Fahrtwind auf grössere Flächen eines Turbinenrades
einwirken lässt, das durch den
Staudruck in eine drehende Bewegung
versetzt wird. Beim Antrieb des zwei- oder mehrstufigen Gebl-ses wird das Turbinenrad
vorteilhaft direkt auf der verls.ngerten chse des fliegend angeordneten Gebläses,
zwischen 9 Kugellagern gelagert,aufgesetzt.
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Das Turbinenrad enthalt mehrere in der Achsrichtung angeordnete laufschaufeln,
die durch den Fahrtwind, der vorteilhaft über einen Luftkanal zugeführt wird, beaufschlagt
werden. Die Leistung des Turbinenrades ist abhängig von dem durch den Fahrtwind
erzeugten Staudruck der das erforderliche Drehmoment ergibt, der Schaufelfläche
und der Anzahl der beaufschlagten Laufschaufeln.
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Die Umdrehungszahl des Turbinenrades richtet sich nach der Fahrtwindgeschwindigkeit
und dem mittleren Durchmesser des Turbinenrades. Bei Fahrtwindgeschwindigkeiten
von 28m/sec (150km/h) und einem mittleren Schaufeldurchmesser von 3cm stellen sich
Umdrehungszahlen von über 15.000/min und bei 150 km/h Fahrtgeschwindigkeit iiber
25.000 Umdrehungen/min. ein.Diese Umdrehungszahlen reichen bei der Verwendung von
mehrstufigen Geblasen zur Sinstellung des erforderlichen Aufladedruckes aus um die
gewiinschte Leietungssteigerung und entsprechende Einsparungen am Treibstoffverbrauch
zu erzielen.
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ist, Derbesondere Vorteil dieser Antriebsart dass hiebei keine Verluste
in der Motorleistung, wie sie beim Antrieb des Gebläses durch die Abgasturbine oder
beim mechanischen Antrieb unvermeidbar sind, auftreten, sodass als Folge beispielsweise
bei langen Autobahnfahrten mit optimalen Einsparungen am Treibstoffverbrauch gerechnet
werden kann.
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Nach Erfindung können auch beide vorbeschriebenen Antriebsarten kombiniert
für den Antrieb des zwei- oder mehrstufigen Gebläses herangezogen werden. Dabei
werden vorteilhaft der Keilriemenantrieb, das vom Fahrtwind angetriebene Turbinenrad
und die Laufrader des Gebläses auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Der mechanische
Antrieb erlaubt in diesem Falle die Aufladung bei niedrigen Fahrtgeschwindigkeiten
mit hoher Motordrehzahl, beim Überholen und bei Bergfahrten, während bei hohen Dauergeschwindigkeiten,
beispielsweise bei Autobahnfahrten grössere Sinsparungen an Treibstoffen erreicht
werden können, da dabei d.er Antrieb des Aufladegebläses durch den Fahrtwind übernommen
und der mechanische Antrieb ersetzt wird.
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Das zwei- oder mebratufige Ge@läse wird luftseitig vorteilhaft zwischen
Luftfilter und Vergaser eingebaut. Nach Erfindung wird im vorhandenen luftfilter
ein zylindrischer Ring einesetzt, der luftseitig den Filterraum vom Vergaserraum
trennt. Der zylindrische Hing-ist ohen und unten mit einer eichdichtung möglichst
aus Gummi oder Schaumstoff ausgestattet und dichtet die beiden Räume durch Aufpressen
des oberen Filterdeckels luftdicht gegeneinander ab. Auf der 'ilterseite wird der
1\nsaugstutzen fiir das Gebläse eingeschweisst, während in den neu eingebauten zylindrischen
hing der Anschlusstutzen fiir die Druckseite des Gebläses eingesetzt wird über den
die Zufiihrung der verdichteten Verbrennungsluft zum Vergaser und Motor erfolgt.
Die Verbindung der im luftfilter neu geschaffenen Saug-und Druckstutzen mit dem
zwei-oder mehrstufigen Gebläse erfolgt vorteilhaft über flexible Kunststoffrohre.
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In den anliegenden Zeichnungen ist die Erfindung als Beispiel dargestellt:
Abb.1 stellt ein Luftgebläse dar, das im Beispiel dreistufig ausgefiihrt und mit
einem mechanischen Antrieb ausgestattet ist Es besteht aus der achse 1 auf der 7
Laufräder 2,3 und 4 aufgesetzt sind. diese Laufräder ?,3 und 4 sind einseitig offen
und aus Leichtmetall oder Kunststoff aus einem Stiick gepresst oder gespritzt. Im
Spiralgehäuse 5 sind Zwischenscheiben 6 eingeschoben, die eine Trennung der einzelnen
Stufen bewirken und die luftführung vom Ansaugstutzen 7 durch die einzelnen Laufräder
2,3 und 4 in das Spiralgehäuse 5 und den Luftaustritsstutzen 8 gewährleisten. Der
Antrieb des 3stufigen Gebläses erfolgt beispielsweise über einen Keilriementrieb
mit dem Keilriemen 8 und der Keilriemenscheibe 9 die auf der gemeinsamen Achse 1
angeordnet ist. Die Achse 1 ist in 2 Rollenlagern 10 und 11 gelagert die im Lagerbock
12 eingebautsind. Der Lagerbock 12 wird vorteilhaft direkt am Zylinderblock des
Kraftfahrzeuges befestigt.
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In Abb. ? ist eine Kombination eines durch den Fahrtwind angetriebenen
Turbinenrades 1 und einem mechanischen Antrieb von der Lichtmaschine 9 ausgehend
über einen Keilriementrieb 16,17,18
dargestellt. Das Turbinenrad
1 besteht aus der Achse 3 mit den aufgesetzten Laufschaufeln 4 und ist in den beiden
Rollenlagern 5 und 6 gelagert. Der Fahrtwind wird tiber tien Zuführungskanal 7 und
die Einzelkanäle 8 - 12 dem Turbinenrad 1 zugeführt und setzt dieses in Bewegung.
Das auf der gemeinsamen Achse 3 angeordnete 3 stufige Gebläse 13 entspricht der
Ausführung in abb.1..Für den ist mechanischen Antrieb am linken Stutzen der Achse
1 das Keilriemerrad 16 fliegend angeordnet, das iber den Keilriemen 17 vom Keilriemenrad
18 angetrieben wird. Dieses auf der Achse 19 der Lichtmaschine 2 aufgesetzt und
hat den dopnelten Durchmesser des angetriebenen Rades 16, sodass die Umdrehungszahl
des Gebläses es 15 g egeniiber der Lichtmaschine 2 verdoppelt wird. Der Antrieb
der Lichtmaschine 9 erfolgt über den von der Motorachse angetriebenen Keilriemen
20 und das Keilriemenrad21. Die Verbrennungsluft wird aus dem Luftfilterdes Fahrzeuges
iiber den Stutzen 14 angesaugt und vom Gebläse 13 mit erhöhtem Druck über den Stutzen
15 dem Veua ser des Fahrzeuges zugefiihrt.
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In den Abb. 3 und 4 sind beispielsweise andere Turbinenräderausfjhrungen
dargestellt. Das Turbinenrad in Abbildung 3 besteht tis einer Trommel 22 auf deren
Umfang eine grössere Anzahl von Laufschaufeln 23 tangential angeordnet sind. Der
Fahrtwind wird über die Kante 24 -28 den Schaufeln 23 und setzt das Turbinenrad
) in Bewegung.
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In Abb. 4 ist ein Turbinenrad 30 das mit wenigen langen Schaufeln
31 ausgestattet ist und über die Luftkanäle 32 -36, die tangential angeordnet sind,
beaufschlagt.
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Die Verbindung des zwei- oder mehrstufigen Gebläses mit dem Motor
erfolgt luftseitig über das luftfilter, wie es in Abb.5 in Auf- und Grundriss dargestellt
ist. In das vorhandene Luftfilter 1 wird ein zylindrischer Ring 2, der aus 2 ineinander
angeordneten Blechringen 3 und 4 besteht, eingesetzt.Zwischen diesen Ringen 3 und
4 ist ein Dichtungsring 5, der aus Weichgummi oder Schaumstoff besteht, so angeordnet
dass er oben und unten herausragt und mit den Blechringen 3 und 4 durch Nieten 6
verbunden ist.
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Durch Aufpressen des Filterdeckels 7 mit den Schellen 8 dichtet der
eingebaute zylindrische Ring 2 den Filterraum 9 gegen den
Vergasereintrittsstutzen
10 luftdicht ab. Im Filterraum 9 wird ein luftansaugestutzen 11 eingeschweisst,
der durch ein flexibles ohr 12 mit dem Saugstutzen des zwei- oder mehrstufigen Gebläses
verbunden wird. Die Verbindung zum Druckstutzen des Gebläses erfolgt gleichfalls
über ein flexibles Rohr 13 zu einem im zylindrischen Ring 2 eingeschweissten Stutzen
14 und zum Vergasereintritt 10. Die vom Fahrzeugmotor angesaugte luft strömt über
den luftansaugstutzen 15 durch das Papierfilter 16 in den Filterraum 9 und aus diesem
durch den neu eingebauten Stutzen 11, das flexible Rohr 12 zum zweiT oder mehrstufigen
Gebläse, wird dort verdichtet und strömt über das flexible Kohr 13, den neuen Stutzen
14 und iiber den Vergaser 10 in den Fahrzeugmotor'.
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Nit dem vorbeschriebenen Verfahren wurde eine Vorrichtung gefunden,
die es erlaubt bei Fahrzeugmotoren jeder Art und Grösse eine Vorverdichtung der
Verbrennungsluft in einfacher Weise und wirtschaftlich durchzuführen. Besonders
der kombinierte Antrieb durch den Fahrtwind und mechanisch über einen Keilriementrieb,
erlaubt leistungssteigerungen bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten und besonders
hohe Kraftstoffeinsparungen bei langen Autobahnfahrten.
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Das neue Verfahren kann vorteilhaft auch bei vorhandenen Fahrzeugen,
durch den Einbau der neuen Vorrichtung, die am Motorblock befestigt wird, genutzt
werden. Bei der Verwendung des mechanischen Antriebes wird eine neue Keilriemenscheibe
auf die Lichtmaschinenachse aufgesetzt und über einen Keilriemen mit der Antriebsscheibe
am Geblh se verbunden. Fiir den Antrieb iiber das Turbinenrad ist ein Luftkanal
für die Zuführung des Fahrtwindes einzubauen. Die luftseitige Verbindung zwischen
dem zwei- oder mehrstufigen Gebläse und dem Motor erfolgt in beiden Fällen durch
eine einfache Abinderung im Luftfilter.