DE3625048A1 - Durch die abgasimpulse eines verbrennungsmotors antreibbarer kolbenlader - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen durch die Abgasimpulse eines Verbrennungsmotors antreibbaren Kolbenlader, der mindestens einen durch einen beweglichen Arbeits­ kolben begrenzten Entspannungsraum aufweist, der je­ weils mit mindestens einem Abgaseinlaß und einem Ab­ gasauslaß versehen ist, wobei der Abgasauslaß mit einem im Takt der Abgasimpulse steuerbaren, seinen Fließquerschnitt zumindest teilweise öffnenden und schließenden Ventil versehen ist.

Damit die arbeitsfähige Energie der an dem Kolbenla­ der eintreffenden Abgase optimal ausgenützt werden kann, ist eine Steuerung des Abgasauslasses erforder­ lich, weil andernfalls ein Großteil der Abgase aus dem Entspannungsraum ausfließen kann, ohne Arbeit zu verrichten. Ein gesteuer Abgasauslaß bei einer als Lader dienenden, abgasgetriebenen Kolbenmaschine ist in der DE-OS 33 18 136 erwähnt.

Eine bekannte durch Motorabgas betriebene Kolbenma­ schine besitzt auf der Auslaßseite eine Ventilsteue­ rung, die direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Dies führt zu komplexen und dadurch teuren Konstruktio­ nen, die außerdem die Freizügigkeit bei der räumlichen Anordnung der Kolbenmaschine relativ zum Verbrennungs­ motor behindern. Wirkt die Kolbenmaschine als Hilfs­ maschine mit dem Verbrennungsmotor zusammen, insbe­ sondere als Lader, so ist eine Anpassung der Kolbenma­ schine an die Betriebszustände des Verbrennungsmotors erwünscht, die bei einer Ventilsteuerung direkt vom Verbrennungsmotor aus nicht automatisch durchführbar ist, es sei denn, durch eine zusätzliche, teuere Steue­ rung. Beispielsweise ist es in der Regel erwünscht, daß der Lader außer Funktion bleibt, wenn der Ver­ brennungsmotor im Leerlauf betrieben wird. Dagegen kann es erwünscht sein, daß der Lader bereits im Teil­ lastbetrieb des Verbrennungsmotors arbeitet, wenn die arbeitsfähige Energie der Abgasimpulse des Verbrennungs­ motors gegebenenfalls noch nicht ausreicht, einen vollen Kolbenhub der Kolbenmaschine zu erreichen. Ge­ rade dann ist es aber besonders wichtig, daß der Ab­ gasauslaß der Kolbenmaschine möglichst frühzeitig schließt, um einen Verlust arbeitsfähiger Energie zu verhindern, während der Abgasauslaß im Leerlaufbetrieb geöffnet sein muß, um ein unbehindertes Abströmen des Abgases zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand eine zuverlässige Steuerung des Kol­ benladers zur optimalen Ausnutzung der arbeitsfähigen Energie der Abgasimpulse des Verbrennungsmotors zu er­ möglichen, wobei zugleich eine automatische Anpassung an den herrschenden Betriebszustand des Verbrennungs­ motors erreichbar sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Kolben­ lader der eingangs beschriebenen Art darin, daß dem Ventil ein Betätigungsmechanismus zugeordnet ist, der als Antriebselement ein von den Abgasimpulsen beauf­ schlagbares Verdrängungselement umfaßt, wobei die An­ ordnung derart gewählt ist, daß das Ventil bei einer Druckbeaufschlagung des Verdrängungselements in seine geschlossene Position überführbar ist.

Das Ventil wird deshalb geschlossen, sobald dem Ab­ gasimpuls die zur Ventilbetätigung erforderliche Menge an arbeitsfähiger Energie entnommen werden kann. Da­ bei kann vorzugsweise der Betätigungsmechanismus mit einem dem Abgasimpuls entgegengesetzt gerichteten Widerstand versehen sein. Damit kann die Ansprechschwel­ le derart bemessen werden, daß das Ventil im Leerlaufbe­ trieb des Verbrennungsmotors geöffnet bleibt. In be­ sonders vorteilhafter Ausgestaltung kann der Widerstand als Rückstelleinrichtung ausgebildet sein.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Antriebselement vor dem Abgaseinlaß des Entspannungsraums mit einer zum Entspan­ nungsraum führenden Abgasleitung in Verbindung steht. Dadurch wird dem Abgasimpuls die zur Ventilbetätigung erforderliche Menge an arbeitsfähiger Energie entnommen, bevor der Abgasimpuls den Entspannungsraum erreicht, um dort gegebenenfalls den Arbeitskolben zu betätigen, so daß das Ventil bei Beginn der Kolbenbewegung geschlos­ sen ist und somit die Verlustmenge an Abgas gering ge­ halten wird.

Das Verdrängungselement kann vorzugsweise als Kolben oder Membran ausgebildet sein.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausgestaltungen er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Ver­ bindung mit den Ansprüchen.

Anhand der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.

Die Figur zeigt in einer schematischen Schnittdarstel­ lung einen als Lader für eine Verbrennungskraftmaschine dienenden Zylinder einer Kolbenmaschine angeschlossen an eine Abgasleitung dieser Verbrennungskraftmaschine und ausgerüstet mit einer durch die Abgasimpulse be­ tätigbaren Ventilsteuerung.

In einem insgesamt mit 10 bezeichneten Zylinder ist ein Arbeitskolben 12 hin- und hergehend beweglich angeordnet. Der Kolben ist mit einer außerhalb des Zylinders 10 in einer schematisch angedeuteten Führung 14 linear beweglichen Führungsstange 16 verbunden. Außerdem ist dem Arbeitskolben 12 eine Rückstelleinrich­ tung 18 zugeordnet, die schematisch in Form einer Rück­ stellfeder dargestellt ist. Diese Rückstelleinrichtung 18 ist bestrebt, den Arbeitskolben 12 gegen eine mit einem Abgaseinlaß 20 und einem Abgasauslaß 22 versehene, dem Arbeitskolben 12 gegenüberliegende Stirnwand 24 des Zylinders 10 zu bewegen. Eine nicht näher darge­ stellte Einrichtung, z.B. eine geeignete Profilierung auf der der Stirnwand 24 zugekehrten Oberfläche des Ar­ beitskolbens 12 oder der dem Arbeitskolben 12 zugewandten Fläche der Stirnwand 24, ermöglicht einen Abgasfluß vom Abgaseinlaß 20 zum Abgasauslaß 22 auch dann, wenn der Arbeitskolben 12 seine der Strinwand 24 benachbarte End­ stellung einnimmt, damit beim Leerlauf der Verbrennungs­ kraftmaschine das Abgas ungehindert abströmen kann.

Zum Abgaseinlaß 20 führt eine die Abgase der Verbrennungs­ kraftmaschine ableitende Abgasleitung 26. An den Abgas­ auslaß 22 schließt sich eine Abgasleitung 28 an, die zum Auspuff führt.

In der sich an den Abgasauslaß 22 anschließenden Abgas­ leitung 28 ist ein Ventil 30 in Form einer Drehklappe angeordnet, die mit einem insgesamt mit 32 bezeichneten Betätigungsmechanismus verbunden ist. Dieser Betätigungs­ mechanismus umfaßt einen Stellhebel 34, der gemeinsam mit der Drehklappe 30 um eine die Abgasleitung 28 durchque­ rende Achse 36 verschwenkbar ist, eine mit einem Kolben 38 verbundene Stellstange 40, deren vom Kolben 38 abge­ wandtes Ende in einen Schlitz am Stellhebel 34 eingreift, so daß durch eine lineare Bewegung der Stellstange 40 der Stellhebel 34 und mit ihm die Drehklappe 30 ver­ schwenkt werden kann, sowie einen ortsfest angeordneten Zylinder 42, in dem der Kolben 38 beweglich ist und der auf der von der Stellstange 40 abgewandten Seite strom­ auf vom Abgaseinlaß 20 mit der zum Abgaseinlaß 20 füh­ renden Abgasleitung 26 über eine Abzweigleitung 44 ver­ bunden ist. Der Kolben 38 ist durch eine Rückstellfeder 46 in Richtung auf die Abzweigleitung 44 belastet.

Wenn in der zum Abgaseinlaß 20 führenden Abgasleitung 26 ein Abgasimpuls auftritt, dessen arbeitsfähige Energie zumindest so groß ist, daß die Kraft der Rückstellfeder 46 überwunden werden kann, wird der Kolben 38 im Zylinder derart verschoben, daß über die Stellstange 40 und den Stellhebel 34 die Drehklappe 30 in ihre geschlossene Stellung überführt wird, so daß der gegebenenfalls verbleibende Rest der arbeitsfähigen Energie des Abgas­ impulses zunächst ohne Verlust über die Abgasleitung 28 den Arbeitskolben 12 betätigen kann. Nach der Entspannung des Abgases drückt die Rückstellfeder 46 den Kolben 38 wieder in seine Ruhestellung zurück, wodurch sich die Drehklappe 30 in die geöffnete Stellung bewegt und das Abgas über die Abgasleitung 28 entweichen kann.

Anstelle des Kolbens 38 kann beispielsweise auch eine Membran vorgesehen werden, wobei die Rückstellkraft gegebenenfalls auch durch die Eigenelastizität der Membran gegeben sein kann.

Claims (7)

1. Durch die Abgasimpulse eines Verbrennungsmotors antreibbarer Kolbenlader, der mindestens einen durch einen beweglichen Arbeitskolben begrenzten Entspannungs­ raum aufweist, der jeweils mit mindestens einem Abgasein­ laß und einem Abgasauslaß versehen ist, wobei der Abgas­ auslaß mit einem im Takt der Abgasimpulse steuerbaren, seinen Fließquerschnitt zumindest teilweise öffnenden und schließenden Ventil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (30) ein Betätigungsmechanismus (32) zu­ geordnet ist, der als Antriebselement ein von den Abgas­ impulsen beaufschlagbares Verdrängungselement (38) umfaßt, wobei die Anordnung derart gewählt ist, daß das Ventil (30) bei einer Druckbeaufschlagung des Verdrängungs­ elements (38) in seine geschlossene Position überführbar ist.

2. Kolbenlader nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (32) mit einem dem Abgasimpuls entgegengesetzt gerichteten Widerstand (46) versehen ist.

3. Kolbenlader nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Widerstand als Rückstelleinrichtung (46) ausgebildet ist.

4. Kolbenlader nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebselement (38) vor dem Abgas­ einlaß (20) des Entspannungsraums mit einer zum Ent­ spannungsraum führenden Abgasleitung (26) in Verbin­ dung steht.

5. Kolbenlader nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verdrängungselement als Kolben (38) ausgebildet ist.

6. Kolbenlader nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängungselement eine Membran ist.

7. Kolbenlader nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membran durch ihre Eigenelastizi­ tät in dem Abgasimpuls entgegengesetzter Richtung vorge­ spannt ist.