DE3320827A1

DE3320827A1 - Brennkraftmaschine mit aufladung

Info

Publication number: DE3320827A1
Application number: DE3320827A
Authority: DE
Inventors: Heinz 2058 Lauenburg Bollhorn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-09
Filing date: 1983-06-09
Publication date: 1984-12-20

Description

Annielder: Heinz Bollhorn,

Elbstraße 12, 2058 Lauenburg

Brennkraftmaschine mit Aufladung

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Aufladung der Verbrennungsluft, insbesondere Schiffsmotor, mit einer Aufladevorrichtung für die Aufladung der Verbrennungsluft, deren Antriebsenergie von der mechanischen Energie der Maschine abgenommen wird.

Bei leistungsstarken Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Schiffsmotoren, wird die Abgasenergie als Antriebsenergie für die Aufladevorrichtung der Maschine bzw. des Motors verwendet. Da im unteren Drehzahlbereich der Maschine nicht genug Abgasenergie zur Verfügung steht, wird oft ein Notgebläse vorgesehen, das eine Mindestaufladung der Ladeluft bei niedrigen Drehzahlen gewährleistet, wobei das Notgebläse mit Fremdenergie angetrieben wird. Dies bedeutet jedoch einen -relativ hohen Kostenaufwand für Herstellung, Einbau und Betrieb der gesamten Ladelufteinrichtung. Desweiteren sind die bekannten Gebläsevorrichtungen in der Nähe der Maschine bzw. des Motors angeordnet und damit deren bzw. dessen Wärmeausstrahlung ausgesetzt,

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so daß die Ladeluftkühler eine relativ hohe Kühlleistung erbringen müssen. Ein weiterer Nachteil der abgasangetrie-

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benen Auflader besteht in ihrer Nichtregelbarkeit, so daß bei Drehzahlschwankungen der Maschine zwangsläufig große Leistungsschwankungen in der Aufladung und damit auch in der Maschinenleistung auftreten.

Es ist weiterhin bekannt, bei Motoren kleinerer Leistung von der Motorwelle aus ein mechanisches Übersetzungsgetriebe anzutreiben, das dann seinerseits eine Ladervorrichtung antreibt.Auch diese Ladervorrichtungen sind nicht regelbar, jedoch fallen die Leistungsschwankungen nicht so stark aus, da der Lader nicht über die Abgasenergie der Maschine angetrieben wird, die eine bestimmte Mindestdrehzahl der Maschine voraussetzt. Andererseits bietet aber die von der oder einer Motorwelle abgenommene Antriebsenergie für den Lader den Vorteil, daß schon bei relativ niedrigen Motordrehzahlen genügend Antriebsenergie für einen Lader zur Verfügung steht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung einer Brennkraftmaschine der eingangs angegebenen Art, bei der . die Antriebseinrichtung für die Aufladevorrichtung im Aufbau vereinfacht, über einen weiteren Drehzahlbereich regelbar und ferner so ausgestaltet ist, daß die Aufladevorrichtung der Maschinenwärmeausstrahlung im wesentlichen entzogen ist.

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Die Lösung dieser Aufgabe geht von der einleitend angeführten Brennkraftmaschine aus und kennzeichnet sich dadurch, daß die vorzugsweise aus einem Gebläse bestehende Aufladevorrichtung mit einem hydraulischen Antriebsglied verbunden ist, daß das Antriebsglied an einen mengenregelbaren Flüssigkeitskreislauf mit einer Förderpumpe angeschlossen ist und daß die Förderpumpe mechanisch von der Brennkraftmaschine bzw. des Motors angetrieben wird.

Mit dieser steuerbaren Antriebseinrichtung für die Aufladevorrichtung bzw. das Gebläse, die insbesondere bei Schiffsmotoren verwendet werden kann, ist die Aufladung der Verbrennungsluft bis in relativ niedrige Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine sehr feinfühlig regelbar, so daß die Aufladung mit einer einzigen Aufladevorrichtung über einen relativ großen Drehzahlbereich den jeweils herrschenden Motorbetriebsbedingungen angepaßt werden kann. Der direkte Antrieb der Förderpumpe für den Versorgungskreislauf des das Gebläse antreibenden Hydromotors durch die Brennkraftmaschine selbst in Verbindung mit dem steuerbaren Wegeventil in der Zuleitung zum Hydromotor sorgt für eine ausreichende Mindestversorgung des Hydromotors mit Antriebs flüssigkeit, um das Gebläse zwecks Sicherstellung der Min- j

destaufladeleistung bei unteren Drehzahlen der Maschine antreiben zu können. Der Aufladedruck kann dabei unter 1bar über dem Atmosphärendruck liegen; kann aber auch gewünsch-

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tenfalls höhere Werte annehmen. Soll das Gebläse mit einer höheren Drehzahl arbeiten, wird das Wegeventil im Flüssigkeitskreislauf weiter geöffnet.

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Aufgrund eines..Hydromotors und eines Rohrleitungssystems in Verbindung mit der ohnehin vorhandenen Öldruckpumpe des vorzugsweise benutzten Schmierölsystems der Brennkraftmaschine läßt sich eine einfache, platzsparende und somit kostengünstige Antriebseinrichtung für die Aufladevorrichtung bzw. das Gebläse installieren. Das Rohrleitungssystem ermöglicht es ferner, die Aufladevorrichtung und weitere Zusatzeinrichtungen hierfür von der Maschine relativ entfernt vorzusehen, so daß deren Wärmeausstrahlung nicht auf die Aufladevorrichtung einwirkt, wodurch sich die Aufladeluft geringer als üblich erwärmt. Somit kann ein Ladeluftkühler mit geringerer Kühlleistung betrieben zu werden, was die Verwendung einfacherer und billigerer Kühler erlaubt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein das Gebläse oder dergleichen überbrückender Umgehungskanal vorgesehen, der es ermöglicht, die Maschine bzw. den Motor im Bedarfsfall als reinen Saugmotor, d.h. ohne Aufladung betreiben zu können. Das Förderrad oder Förderelement des Gebläses oder dergleichen ist dann als Strömungswiderstand ausgeschaltet.

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Die Erfindung ist.nachstehend anhand zweier in den anliegenden Zeichnungen dargestellter . Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: Figur 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel und Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Das Ausführungsbeispiel in Figur 1 zeigt eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine M, die über eine gemeinsame Ansaugleitung 1 mit Verbrennungsluft beschickt wird und bei der die Abgase über eine Abgasleitung 2 abgeführt werden. Die Maschine M leistet wenigstens 400 PS und wird vorzugsweise als Schiffsmotor verwendet, wobei bevorzugt Binnenschiffe vorgesehen sind.

Die in die gemeinsame Ansaugleitung 1 geförderte Verbrennungsluft wird mittels einer Aufladevorrichtung 3, die vorzugsweise aus einem Gebläse besteht, vorverdichtet, wobei der Aufladedruck geringer sein kann als ein bar, aber auch zwei bar betragen kann, die Verbrennungsluft wird zunächst über einen Ansaugtrichter 4 angesogen und gelangt nach Durchtritt durch einen Filter 5 in einen zum Gebläse 3 führenden Zuleitungsabschnitt 6. Vom Gebläse,,.wo die angesaugte Frischluft auf den gewünschten Aufladedruck aufgeladen wird, gelangt die aufgeladene Verbrennungsluft in eine Zuleitung 7, die schließlich an die Ansaugleitung 1 angeschlossen ist. In der Zuleitung 7 liegt ein Ladeluftkühler 8 und ein Wasserabscheider 9, in dem sich Kondenzwasser der aufgeladenen Verbrennungsluft sammelt. Das Kondenzwasser wird in üblicher Weise abgeleitet.

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Für den Fall, daß die Maschine M ohne Aufladung arbeiten soll, ist ein das Gebläse 3 überbrückender _c.Umgehungskanal

10 vorgesehen, der im Bedarfsfall mit einer Steuerklappe

11 in Betrieb genommen oder außer Betrieb gesetzt werden kann. .. . ■

Das Gebläse 3 wird durch ein hydraulisches Antriebsglied

12 angetrieben, das zum Beispiel aus einem Hydromotor bestehen kann. Der Hydromotor 12 wiederum wird durch einen Flüssigkeitskreislauf 13 angetrieben, bei dem eine Pumpe P für den Umlauf der Druckflüssigkeit sorgt, die zum Beispiel aus Öl bestehen kann. Die Pumpe P wird von der Maschien M direkt mechanisch angetrieben, und zwar beispielsweise über die Nockenwelle 14, die über einen Zugmitteltrieb 15 die Förderpumpe P antreibt. In der von der Förderpumpe P zum Hydromotor 12 führenden Zuleitung 16 liegt ein stufenlos einstellbares Wegeventil V, mit dem die Flüssigkeitsmenge für den Hydromotor 12 gesteuert wird. Das Wegeventil V ist weiter über eine Ablaufleitung 17 mit einem Flüssigkeitstank T verbunden. Ebenfalls mit diesem Tank ist der Hydromotor 12 über eine Rücklaufleitung 18 verbunden. Über eine Zulaufleitung 19 fördert die Förderpumpe P aus dem Tank.

Vorstehend ist der Flüssigkeitskreislauf 13 als von der Maschine M unabhängiger Kreislauf beschrieben. Vorteilhaft kann jedoch auch so vorgegangen werden, daß dieser Kreislauf 13 in den üblichen Schmierolkreislauf der Maschine integriert ist, wobei die Förderpumpe P dann aus der ohnehin

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vorhandenen öldruckpumpe besteht, wobei der Tank T mit der Ölwanne oder dergleichen der Maschine M vergleichbar ist.

Zur Steuerung des Wegeventils V kann so vorgegangen werden, daß die Temperatur des aus der Abgasleitung 2 abströmenden Abgases über einen Temperaturfühler 20 gemessen wird. Diese Temperatur wird dann über eine Leitung 21 einem Steuerkreis ""22 gemeldet, der über eine Leitung 23 dem Wegeventil V Befehle zum Verstellen in Öffnungs- oder Schließrichtung erteilt. Im Falle eines Schiffsmotors kann der Steuerkreis 22 mit dem üblichen Reglergestänge und/oder weiteren zum Betrieb des Motors M erforderlichen Bedienungseinrichtungen zusammenarbeiten. Gewünschtenfalls kann aber auch eine automatische Arbeitsweise für den Steuerkreis 22 vorgesehen sein. 15

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 gelten für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Flüssigkeitskreislauf 13 aus einem Kühlwasser-Kreislauf, wobei es sich wiederum um einen offenen oder geschlossenen Kühlwasser-Kreislauf handelt, je nach dem, welcher Kühlwasser-Kreislauf in dem betreffenden Schiff vorgesehen ist. Bei Schiffen ist es häufig so, daß das von der Maschine M angetriebene Hauptgetriebe G wassergekühlt wird. In diesem Falle kann die Aufladevorrichtung 3 mit Hilfe eine solchen Kühlwasser-Kreislaufes angetrieben werden. Auch in diesem Falle wird eine Förderpumpe P über die Nockenwelle 14 und dem Zugmitteltrieb 15 angetrieben. Diese Pumpe fördert

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aus einem meistens außenbords befestigten Wärmetauscher W für das Kühlwasser und leitet das gekühlte Kühlwasser über die Zuleitung 16 dem hydraulischen Antriebsglied 12 zu, das dann seinerseits über eine Welle 12a das Gebläse.3 antreibt. In diesem Fall besteht das hydraulische Antriebsglied 12 aus einem Wasserturbinenrad.

Für den Fall, daß das Gebläse 3 nicht in Betrieb sein soll, ist auch bei diesem Beispiel ein Umgehungskanal 10 vorgesehen, der das Kühlwasser an dem hydraulischen Antriebsglied 12 vorbeileitet und weiter vorteilhaft durch den Ladeluftkühler 8 hindurchleitet, um auch die aufgeladene Verbrennungsluft zu kühlen. Von dort gelangt das Kühlwasser über eine Leitung 24 zu dem Hauptgetriebe G. Nach dem Verlassen des Hauptgetriebes gelangt das Kühlwasser dann zurück in den Wärmetauscher W oder, wenn es sich um einen offenen Kühlwasser-Kreislauf handelt, wird nach außenbords gepumpt. Im letzteren Fall ist natürlich auch kein Wärmetauscher vorhanden, so daß die Förderpumpe P das Kühlwasser direkt aus dem Fluß oder dergleichen ansaugt.

In weiterer Abwandlung dieses Ausführungsbeispieles kann auch so vorgegangen werden, daß der Flüssigkeitskreislauf 13 auch in den Kühlwasser-Kreislauf zur Kühlung der Maschine M integriert ist. Ferner kann die Regelung des hydraulischen Antriebsgliedes 12 bzw. des Wasserturbinenrades

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so vorgenommen werden, daß die Steuerklappe 23, die den Umgeheungskanal 10 reguliert, so eingestellt wird, daß nur so viel Kühlwasser das Wasserturbinenrad durchquert, daß dieses die jeweils erforderliche Drehzahl einnimmt, so daß das Gebläse 3 mit einer entsprechenden Drehzahl umläuft.

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Claims

Anmelder: Heinz Bollhorn, Elbstraße 12, 2058 Lauenburg Patentansprüche

1.) Brennkraftmaschine mit Aufladung der Verbrennungsluft, insbesondere Schiffsmotor, mit einer Aufladevorrichtung für die Aufladung der Verbrennungsluft, deren Antriebsenergie von der mechanischen Energie der Maschine abge- nommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise aus einem Gebläse bestehende Aufladevorrichtung (3) mit einem hydraulischen Antriebsglied (12) verbunden ist, daß das Antriebsglied (12) an einen mengenregelbaren Flüssigkeitskreislauf (13) mit einer Förderpumpe XP) angeschlossnen ist und daß die Förderpumpe (P) mechanisch von der Brennkraftmaschine (M) bzw. des Motors angetrieben wird.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (12) aus einem Hydromotor besteht, der vorzugsweise an den Stihmierölkreislauf der Maschine (M) angeschlossen ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in

dem Zuleitungsweg (16) zwischen der Förderpumpe (P) und dem Hydromotor (12) ein stufenlos einstellbares Wegeventil (V) vorgesehen ist, das über eine Ablaufleitung (17) an den öltank (T) der Maschine (M) angeschlossen ist. "·;■

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (12) ein Wasserturbinenrad aufweist und daß der Flussigkeitskreislauf (13) aus einem ge-'schlossenen oder offenen Kühlwasser-Kreislauf für die Maschine (M) oder eines ihr nachgeschalteten mechanischen Getriebes (G) besteht.

5. Maschine nach Anspruch 4 mit einem Ladeluftkühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Gehäuses für das Wasserturbinenrad mit dem Ladeluftkühler (8) kommuniziert.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Antriebsglied (12) durch eine Umgehungsleitung (10) des Flüssigkeitskreislaufes (13) überbrückbar ist.

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