DE2809907A1

DE2809907A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des startverhaltens aufgeladener verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2809907A1
Application number: DE19782809907
Authority: DE
Inventors: Mallofre Salvador Gali
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1979-05-31
Also published as: ES464585A1; FR2410147B3; FR2410147A1; DE2809907C2; US4232521A

Description

588/üO/e / - _{3β März 1978}

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Anlaßverhaltens aufgeladener Verbrennungsmotoren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Seitdem es Brennkraftmaschinen gibt, sind die Hersteller und Konstrukteure bemüht, deren Leistung zu erhöhen. Dabei werden alle Verbesserungen, die diesem Zweck dienen, untersucht und studiert. Unter diesen Verbesserungen ist ohne Zweifel die Wichtigste diejenige, die als Aufladung (Vorverdichtung) bekannt ist. Diese Aufladung besteht darin, daß ein zyklisch arbeitender Verbrennungsmotor mit einer Mischungsmenge aus Luft und Treibstoff beaufschlagt wird, die größer als diejenige ist, die vom Motor selbst angesaugt werden könnte. Diese Aufladung geschieht üblicherweise mittels Kompressoren, die direkt vom Motor über eine mechanische Kupplung oder auch mittels einer Turbine angetrieben werden, die von den Auspuffgasen bewegt wird. Die Leistung, die man einem aufgeladenen Motor entnehmen kann, ist erheblich höher als diejenige eines Motors mit dem selben Hubraum, der ni iht -ufgeladen ist. Die verwendeten Kompressoren können auf verschiedenen Arbeitsprinzipien beruhen; sie können beispielsweise volumetrisch, mit Schaufeln, zentrifugal oder in anderer bekannter Weise arbeiten. Die Drehzahlen können bei modernen Zentrifugalmodellen sehr hohe Werte erreichen. Z.u den wichtigsten Einsatzgebieten der Aufladung gehört die Verwendung bei Flugzeugmotoren; hier dient sie dem doppelten Zweck, das Verhältnis von Gewicht zu Leistung zu verbessern und den Leistungsverlust zu reduzieren, der auf der Verringerung des atmosphärischen Druckes mit zunehmender Höhe beruht. _ Ein besonderes Einsatzgebiet besteht auch bei Dieselmotoren und früher bei Motoren, die in Rennwagen verwendet wurden.

Trotz der erwähnten Vorteile, die von der Aufladung von Verbrennungsmotoren geboten werden, weist die Aufladung

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auch gewisse Nachteile auf. Diese beruhen auf der Tatsache, daß der Zünddruck gleichzeitig anwächst und daher die mechanische und thermische Beanspruchung der Kolben, der Träger und Lager der verschiedenen beweglichen Teile anwächst. Zur Verhinderung dieses Effekts muß die Aufladung einhergehen mit einer entsprechenden Verringerung des Kompressionsverhältnisses des Motors. Dies bringt keine Probleme mit sich, solange sich der Motor in vollem Betrieb befindet, da die Kompressionsverhältnisse des Motors und des Turboladers das selbe Resultat wie ein herkömmlicher, nicht aufgeladener Motor ergeben. Ernsthafte Probleme stellen sich jedoch beim Anlassen des Motors.

Während des Startvorganges ist nämlich der Turbolader, der den Motor auflädt, nicht in Betrieb und daher nicht wirksam. Es steht daher nur das Kompressionsverhältnis des Motors selbst zur Verfügung; der Motor erreicht mit dieser Kompression die Temperatur nicht, die zur Zünddung des Treibstoffs erforderlich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Kompensation für die Unwirksamkeit des Turboladers, der den Motor auflädt, zu schaffen, indem eine ausreichende Vorkompression erzeugt wird, so daß der Startvorgang ohne Schwierigkeiten stattfindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem in Anspruch beschriebenen Verfahren gelöst; eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist in Anspruch 2 angegeben. Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 und 4 beschrieben.

Erfindungsgemäß wird die kinetische Energie von Luftmolekülen, die sich im Inneren der Motorzylinder befinden, dadurch erhöht, daß zusätzliche Luftmoleküle, die von der

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Außenatmosphäre stammen, zugeführt werden. Wird diese Luft polytrop komprimiert, so wird ihre Temperatur und damit in entsprechenderweise die Endtemperatur der Luft bei'der Kompression im Motor erhöht, wenn durch den Anlaßmotor die Kurbelwelle gedreht wird.

Auf diese Weise wird die Endtemperatur der komprimierten Luft in den Motorzylindern vor und während des Startvorgangs eingestellt, indem eine anfängliche Vorkompression der selben Luft innerhalb des Einlaßrohres und während der Einlaßphase dieser Luft in die Motorzylinder stattfindet. Die Vorkompression innerhalb des Einlaßrohres geschieht durch Injektion komprimierter Luft, die der Außenatmosphäre entnommen wird.

Die Injektion dieser komprimierten Luft aus der Außenatmosphäre geschieht mittels eines unabhängigen Turbo-'laders, der vorteilhafterweise von der Luft des Ausstoßgases betätigt wird, welches von einem herkömmlichen pneumatischen Anlaßmotor herrührt. Der Einlaß des Antriebselements des Turboladers wird daher mit der Auslaßdüse des pneumatischen Anlaßmotors verbunden; der Auslaß des Turboladers wird mit dem Einlaßrohr des Motors verbunden.

Um während der Vorkompressionsphase einen geschlossenen Ring zu erhalten, der das Einlaßrohr des Motors, die Zylinder mit den entsprechenden Kammern sowie das Auspuffrohr umfaßt, werden zwei Ventile vorgesehen. Eines, das Schließventil, befindet sich am Auslaß des Auspuffsammeirohres; das andere ist am Anfang des Einlaßrohres angeordnet und versperrt den Auslaß des Aufladegerätes. Beide Ventile werden durch entsprechende Zeitgeber gesteuert, die ihrerseits durch das Bedienungsorgan des Anlaßmotors gesteuert werden. Die Ventile sind während des Startzyklus in Betrieb und während der normalen Arbeitsweise des Motors außer Betrieb.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Verbrennungsmotor mit sechs Zylindern, wobei für einen Zylinder die Stellung der Einlaß- und Auslaßventile dargestellt ist; das Auspuffsammeirohr und das Einlaßrohr sowie der Turbolader sind geschnitten, wogegen das (Haupt-)Aufladegerät und der pneumatische Anlaßmotor nicht geschnitten sind.

Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, ist ein Aufladegerät 1 dem Einlaßrohr 2 sowie dem Auspuffsammeirohr 4 zugeordnet und an diese angekoppelt, sowia über die Einlaßventile 15 und die Schließventils 16 an die Zylinder und Kammern 3 eines Verbrennungsmotors. Eine Drosselplatte bzw. ein Drosselventil 5 ist in Einlaßrohr 2 enthalten und kann dessen Zugang verschließen. Eine Drosselplatte bzw. ein Drosselventil 6 ist in der AuspuffSammelleitung angebracht und kann diese abschließen. Außerdem ist ein pneumatischer Anlaßmotor vorgesehen, der mit dem Kronrad 8 des Rades 9 des Motors kämmt. Die Luft hierfür stammt aus dem Auspuff des Anlaßmotors 7, der über eine Sammelleitung 10 mit dem Turbolader 12 bzw. dessen Antriebselement 11 kommuniziert. Der Turbolader 12 entnimmt über den Einlaß 13 der Außenatmosphäre Luft, komprimiert diese mit den Schaufeln 14 und injiziert sie in das Einlaßrohr 2.

Die beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt:

Wenn der Motor angelassen wird, ist das Aufladegerät 1 außer Funktion, wogegen die Ventile 5 und' 6, welche das Außenende des Einlaßrohres 2 und der Auspuff- Sammelleitung 4 verschließen, betätigt werden. Hierdurch bildet sich ein Ring aus dem Einlaßrohr 2, den Zylindern 3 samt ihren Kammern und der AuspuffSammelleitung 4. Die Ventile 5 und 6 werden von einer Fernsteuerung gesteuert und betätigt, die ihrerseits vom Anlaßmotor 7 gesteuert wird.

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Wenn das Bedienungsorgan des Anlaßmotors 7 betätigt wird, wirkt dieser sofort auf das Kronrad 8 ein, welches stabil am Rad 9 des Motors befestigt ist. Gleichzeitig werden die Ventile 5 und 6 betätigt. Die Luft, die aus der Auspuff-Sammelleitung 10 des Anlaßmotors 7 kommt, dient als Energiequelle für das Antriebselement 11 des Turboladers 12. Dieser entnimmt über den Einlaß 13 Luft der Außenatmosphäre, komprimiert diese mit den Schaufeln 14 und injiziert sie in das Innere des Einlaßrohres 2.

Diese gleichzeitige zusammengenommene Wirkung erhöht die kinetische Energie der Luftmoleküle, die sich im Inneren der Motorzylinder befinden, da zusätzliche Luftmoleküle, die der Außenatmosphäre entnommen werden, durch den Injektionsvorgang kontinuierlich in den durch die Ventile 5 und 6 geschlossenen Ring eingebracht werden.

Wenn die Luft in dem Ring polytrop komprimiert wird, wird die Temperatur dieser Luft und damit auch in entsprechenderweise die Endtemperatur der Luft bei der Kompression des Motors angehoben, wenn u.±e Kurbelwelle des Motors durch den Anlaßmotor gedreht wird.

Die Zeitgeber, die beim Betrieb des Anlaßmotors aktiviert wurden, öffnen die Ventile 5 und 6, wenn der Motor in Betrieb ist. Auf diese Weise wird das 'Aufladegerät 1 aktiviert; der Motor läuft nun unter idealen Betriebsbedingungen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Verbesserung des Startverhaltens aufgeladener Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die kinetische Energie der Luftmoleküle, die sich im Innern der Motorzylinder befinden, dadurch erhöht wird, daß zusätzliche Luftmoleküle, die der Außenatmosphäre entnommen werden, eingebracht werden; daß vor und während des Startvorgangs die Endtemperatur der komprimierten Luft in den Motorzylindern dadurch eingestellt wird, daß eine anfängliche Vorkompression dieser Luft im Einlaßrohr während der Zuführung dieser Luft in die Motorzylinder stattfindet; und daß die Vorkompression innerhalb des Einlaßrohres durch Injektion komprimierter Luft, die aus der Außenatmosphäre stammt, stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Luft in der Auslaßleitung (10) eines herkömmlichen pneumatischen Anlaßmotors (7) als Energiequelle dazu verwendet wird, Luft in das Innere des Einlaßrohres (2) zu injizieren.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein pneumatischer Anlaßmotor (71) über eine Auslaßleitung (10) mit einem unabhängigen Turbolader (12) verbunden ist, der seinerseits mit dem Einlaßrohr (2) des Motors verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßrohr (2) mit einem Schließventil (5) versehen ist, das am Auslaß der Aufladvorrichtung (1) angeordnet ist, und das von einem Zeitgeber gesteuert wird, der seinerseits vom Bedxenungsorgan des Anlaßmotors (7) gesteuert wird.

- Beschreibung -

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