DE3832013C2 - Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse-Ladeluftpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwei- bzw. Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Vorverdichtung der Ladeluft in den Kammern der Kurbelgehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und stellt eine Weiterentwicklung des Hauptpatents 37 31 250 dar.

Die spezifische Leistung dieser Brennkraftmaschine ist im wesentlichen von der geometrischen Größe der Ölabscheider und außerdem von der Höhe der Aufladung der Verbrennungszylinder abhängig. Die Höhe der Aufladung hängt ihrerseits vom Ladeluftdruck und der Steuerung des Gaswechsels ab. Dabei ist die Lieferlei­ stung und der Ladeluftdruck der Kurbelgehäuse-Pumpen durch das Arbeitsvolumen der Maschine und weiterhin durch den relativ großen schädlichen Raum der Kur­ belkammern begrenzt. Daher kann die spezifische Leistung einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine gesteigert werden, indem ein effektiverer Ölabscheider mit geringerem Bauvolumen gestaltet, der Gaswechsel verbessert, der schädliche Raum der Kammern der Kurbelgehäuse-Pumpen reduziert und ein abgasgetriebener Turbo­ lader dazugeschaltet werden.

Aus der DE-PS 5 20 263 und JP 55-666 13 (A) sind zwei Brennkraftmaschinen mit Ladeluft-Kolbenpumpen und dazugeschaltetem Abgas-Turbolader bekannt. Die Kol­ benstangen dieser Brennkraftmaschinen sind mit Kreuzkopfführung gestaltet, wobei in der Verlängerung der Achsen der Verbrennungszylinder bzw. um die ge­ rade geführten Kolbenstangen Ladeluft-Kolbenpumpen ausgebildet sind, wobei die vorverdichtete Ladeluft Schmieröl aus den Kolbenpumpen abreißt und mitnimmt.

In der DE-PS 5 20 263 sind keine Maßnahmen zum Abscheiden des in der Ladeluftströmung enthaltenen Schmieröls vorgesehen. In der JP 55-666 13 (A) ist ein Schmierölabscheider vorgesehen, der jedoch vor dem Ladeluftkühler angeordnet ist, so daß der in der Ladeluftströmung enthaltene Öldampf nicht abgeschieden werden kann. Dabei wird in beiden Fällen das Schmieröl entweder in den Verbrennungszylindern verbrannt oder ins Freie abgelassen.

Weiterhin ist in beiden vorbekannten Maschinen vorgesehen, daß die Förderung von Ladeluft aus der Kolbenpumpe in den Verbrennungszylindern unterbrochen werden kann. In der DE-PS 5 20 263 geschieht dies, indem die Abschlußorgane geöffnet werden und die Ladeluft von den Kolbenpumpen ins Freie abgelassen wird. In JP 55-666 13 (A) wird dafür entweder das Einlaßventil der Kolbenpum­ pen geöffnet oder von dem Auslaßventil ausströmende Ladeluft durch die Leitung zu dem Einlaßventil zurückgeführt. In allen diesen Fällen werden jedoch die Kolben eine gewisse Arbeit für Ansaugen und Verdrängen der Luft aus den Pumpenkammern verbrauchen, insbesondere, da eine direkte kurze und strö­ mungsgünstige Verbindung zwischen den einzelnen Kolbenpumpen-Kammern einer mehrzylindrigen Maschine nicht erkennbar ist.

Außerdem erfolgt der Gaswechsel in den Verbrennungszylindern bei beiden vorbe­ kannten Brennkraftmaschinen nach einem symmetrischen Steuerdiagramm durch die von den Kolben gesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen der Verbrennungszylinder, wobei die frische Ladung in den Verbrennungszylindern und dadurch auch die spezifische Leistung der Maschine reduziert sind.

Obwohl eine Steuerung des Gaswechsels bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem unsymmetrischen Steuerdiagramm durch eine zusätzliche Steuerung der Ein- und Auslaßöffnungen durch Walzschieber grundsätzlich bekannt ist, ist jedoch bis jetzt eine erfindungsgemäße Maschine mit Kurbelgehäuse-Ladeluftpumpen und Schmierölabscheider in einer Kombination mit einem Turbolader und Walzschieber nicht bekannt. Nur eine solche Maschine kann allerdings die derzeitigen Erfordernisse für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine erfüllen.

Eine Brennkraftmaschine mit Vorverdichtung der Ladeluft im Kurbelgehäuse ist auch durch die DE-PS 4 30 125 bekannt. Bei dieser Maschine wird jedoch die Ladeluftströmung mittels eines Ventilators in einem Kurbelgehäuse ohne gesteu­ erten Ein- und Auslaß erzeugt. Dabei wird die Ladeluftströmung durch einen Vergaser direkt in den Verbrennungszylinder geleitet, wobei das in ihr enthal­ tene Schmieröl ungehindert in diesen gelangt und verbrennt.

Durch die DE 36 01 391 A1 ist eine Vorrichtung vorgeschlagen, durch die das in den Luftsammelkasten eines Ladeluftkühlers an einer aufgeladenen Brennkraft­ maschine unerwünschterweise abtropfende Kondensatöl abgesaugt wird und, um dieses in den Verbrennungszylindern zu verbrennen, als Ölnebel der Ladeluft beigemischt wird. Dadurch wird der Verbrauch von Schmieröl und die Schadstoff­ emission erhöht.

Die DE-OS 33 38 273 beschreibt eine Antriebsanordnung für Fahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, einem in der Ansaugluftleitung angeordneten Lader und einem diesem nachgeschalteten Ladeluftkühler, dem ein von der Ladeluft durchströmter Ölabscheideraum vorgeschaltet ist, in dem von der Ladeluft aus dem Lader mitgerissenes Schmieröl abgeschieden wird.

Hierbei handelt es sich um eine Maschine, die mit einem zusätzlichen, von der Brennkraftmaschine angetriebenen Ladeluftverdichter versehen ist. Die zugrunde­ liegende Aufgabe dieser Patentanmeldung besteht darin, den Wirkungsgrad eines nachgeschalteten Ladeluftkühlers zu erhöhen, indem das Verölen des Ladeluft­ kühlers durch einen vorgeschalteten Ölabscheideraum vermieden wird. Dadurch können jedoch nur die flüssigen Schmierölteilchen teilweise abgeschieden wer­ den. Da die vorverdichtete Ladeluft jedoch eine wesentlich höhere Temperatur hat, enthält sie auch einen wesentlichen Anteil Öldampf, der erst nach seiner Abkühlung und Kondensation in den Ladeluftkühler abgeschieden werden kann. Infolgedessen verbrennt das in der vorverdichteten warmen Ladeluft als Dampf enthaltene Schmieröl im Motor. Dadurch wird jedoch die Umwelt durch zusätzliche Abgasemissionen belastet.

Durch das Hauptpatent 37 31 250 ist eine neuartige Hubkolben-Brennkraft-Maschine geschaffen, die ohne einen zusätzlichen Ladeluftverdichter, also nur durch ihre eigenen Kurbelkammern aufgeladen werden kann. Dabei ist bei dieser Maschine eine gute Schmierung durch ein bewährtes Druckölschmiersystem gewährleistet und gleichzeitig ein geringer Ölverbrauch erreichbar. Im praktischen Einsatz dieser Brennkraftmaschine sind jedoch folgende Probleme aufgetreten:

• 1. Vorverdichtete Ladeluft von den Kurbelkammerpumpen wird nicht immer gebraucht, so daß die Kurbelkammerpumpen nicht immer in Betrieb sein müssen. Dies ist der Fall, z. B. bei einer Zweitaktmaschine mit Turbolader, wenn der Turbolader bei höherer Last oder Vollast selbst genügend vorverdichtete Ladeluft liefern kann, oder bei einer Viertaktmaschine, wenn deren volle Leistung nicht genutzt werden kann.
• 2. Die Kurbelkammern weisen sehr große "Toträume" auf, so daß sie als Ladeluft­ pumpen einen geringeren Wirkungsgrad bzw. niedrige Lieferleistung erreichen.
• 3. Das Anlassen einer Zweitaktmaschine ist erschwert, da der Ölabscheider, insbesondere, wenn dieser auch als Ladeluftkühler verwendet wird, ein relativ großes Volumen hat, so daß die Spülluft bei Anlassen mit niedrigem Druck in den Verbrennungszylinder eintritt.
• 4. Die Lage der Einlaß- und Auslaßwandschlitze im Verbrennungszylinder einer Zweitaktmaschine ermöglicht keinen optimalen Wirkungsgrad.
• 5. Die Aufladung einer Viertaktmaschine ist begrenzt, da die Lieferleistung der Kurbelkammer-Ladeluftpumpen von der Größe der Brennkraftmaschine abhängig ist.
• 6. Der Ölverbrauch der Brennkraftmaschine ist infolge unzureichender Effizienz des Ölabscheiders noch zu hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Brennkraftmaschine gemäß Hauptpatent 37 31 250 die Steuerung und Effizienz der Vorverdichtung der Ladeluft durch die Kurbelkammerpumpen zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Anspruch 1 sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung in ihren Einzelheiten wird nachfolgend anhand beiliegender drei schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Zweitakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine sowie die Querschnitte A-A, B-B und Frontansicht X eines als Ölabscheider ausgebildeten Ladeluftkühlers gemäß Fig. 3.

Fig. 2 einen Querschnitt einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine in zwei Ausführungsvarianten, wobei die eine Variante mit gestrichelten Linien angedeutet ist, die mit dem gleichen Ladeluftkühler wie in Fig. 1. ver­ sehen ist.

Fig. 3 einen Teilschnitt C-C des als Ölabscheider ausgebildeten Ladeluftküh­ lers von Fig. 1 und 2.

In Fig. 1 ist eine Zweitakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Umkehrspülung dar­ gestellt, die als mehrzylindrige Maschine vorgesehen und im wesentlichen aus folgenden Hauptteilen gebildet ist: einem Zylinderblock 1 mit den entsprechen­ den Zylinderbohrungen, den jeweiligen Kolben 4 und Pleuelstangen 22, einem Zylinderkopf 2, einer Kurbelwelle 15, einem Kurbelgehäuse-Deckel 17, einer gemeinsamen Ölwanne 28, den als Ölabscheider ausgebildeten drei Sektionen 43 eines Ladeluftkühlers, jeweils einem Ein- und Auslaß-Walzschieber 46 bzw. 7, einem Abgasturbolader 9, 9.1, die entsprechenden Luft- und Ölleitungen und anderem.

In den Zylinderbohrungen des Zylinderblocks 1, zwischen dem Zylinderkopf 2 und den Kolben 4, sind die jeweiligen Arbeitszylinder 3 ausgebildet, in deren Wän­ den die von den Kolben 4 gesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen 5 bzw. 6 vorge­ sehen sind.

Zwischen dem Zylinderblock 1 und dem Deckel 17 des Kurbelgehäuses sind die Kur­ belkammern 20 der jeweiligen Arbeitszylinder 3 und ein für alle Kurbelkammern 20 gemeinsamer Einlaß-Sammelraum 14 ausgebildet. Die Kurbelkammern 20 sind ge­ geneinander abgedichtet und als Ladeluftpumpen gestaltet, wobei sie jeweils mit den Ein- und Auslaß-Ventilen 13 bzw. 19 versehen sind. Zwischen dem Einlaß-Sam­ melraum 14 und jeder Kurbelkammer 20 sind jeweils zwei aus je zwei Blattfedern bestehende Einlaß-Rückschlagventile 13 angeordnet. Die Blattfedern dieser Rück­ schlag-Ventile 13 sind unmittelbar an jeder Kurbelkammer angeordnet und so schmal ausgelegt, daß sie beim Aufwärtshub der Kolben zwischen den Wangen der Kurbelwelle 15 flattern. Dadurch wird der "Totraum" der Kurbelkammern 20 we­ sentlich reduziert, wobei die Förderleistung und die Höhe der Verdichtung der Kurbelkammerpumpen gesteigert wird. Weiterhin ist unmittelbar an der untersten Stelle jeder Kurbelkammer 20 und an einem gemeinsamen Auslaßkanal 27 ist jeweils ein Auslaß-Rückschlagventil 19, bestehend aus je zwei Blattfedern, angeord­ net. Das eine Ende dieser Blattfedern ist so befestigt, daß in deren ungespann­ tem Zustand die Auslaß-Rückschlägventile 19 offen sind, wobei die Wirkung die­ ser Ventile und damit die der Kurbelgehäusepumpen ausgeschaltet ist. In der Nä­ he der befestigten Enden der Blattfedern ist jeweils eine nockenartige Vorrich­ tung 18 vorgesehen, die durch Umdrehen in eine bestimmte Position die Blattfe­ dern so spannt, daß die jeweiligen Auslaß-Rückschlagventile 19 der Kurbelkam­ mern 20 eingeschaltet werden, wonach auch die Pumpenwirkung der Kurbelgehäuse­ pumpen einsetzt.

Die Ein- und Auslaßventile 13 bzw. 19 der Kurbelkammern 20 können auch als an­ dersartige Ventile bzw. als Schieber gestaltet werden.

Die Kurbelwelle 15 ist aus einem ganzen Stück hergestellt, wobei die Pleuel­ stange 22 am Pleuellager der Kurbelwelle 15 geteilt ist. Dabei ist die Lager­ schale 16 an der Pleuelstange 22 durch ein Stahlband 26 befestigt, indem dieses Stahlband 26 die Lagerschale umfaßt und seine beiden Enden durch die Verschrau­ bungen 25 am Fuß des Schaftes der Pleuelstange 22 fest gezogen sind. Solcherart gestaltete Pleuelstangen, die insbesondere bei Zweitakt-Brennkraftmotoren ver­ wendbar sind, da sie bei diesen überwiegend Druckkräfte übertragen, ermöglichen bei den am meisten verwendeten unteilbaren Kurbelwellen eine weitere Reduzie­ rung des "Totraums" der Kurbelkammern.

Die Kurbelkammern 20 sind durch den gemeinsamen Auslaßkanal 27 mit der unten angeordneten gemeinsamen Ölwanne 28 verbunden. In der Ölwanne 28 sind mehrere in das Öl getauchte vertikale Rippen 33, die eine freie Schwenkbewegung des Öl­ spiegels vermindern, sowie ein mehrschichtiges Gitter 30 und zwei ladeluftum­ lenkende Blechteile 31 und 31.1 über dem Ölspiegel angeordnet, die die von den Kurbelkammern kommende Ladeluftströmung mehrfach umlenken. Der freie Raum über dem Ölspiegel in der Ölwanne ist durch die Leitung 34 mit den jeweils als Ölabscheider ausgebildeten Sektionen 43 eines Ladeluftkühlers verbunden.

Diese Brennkraftmaschine ist mit einem üblichen Druckölschmiersystem versehen, das aus einer nicht gezeigten Ölpumpe, einem in die Ölwanne 28 getauchten An­ saugfilter 29, einem Hauptversorgungskanal 11 im Zylinderblock 1 und den weite­ ren üblichen Ölleitungen besteht. Dabei ist das gesamte Drucköl-Schmiersystem, einschließlich der Ölwanne 28, und alle Räume der Maschine, in die Schmieröl gelangen kann, mit dem Druck der in den Kurbelkammern 20 verdichteten Ladeluft beaufschlagt und deswegen nach außen voll abgedichtet.

Der als Ölabscheider ausgebildete Ladeluftkühler besteht aus mehreren, parallel angeschlossenen Sektionen 43 und dazwischen angeordneten luftgekühlten Lamellen 42, wobei jede Sektion 43 aus jeweils zwei Schalen 37, 39 und einem dazwischen angeordneten Turbulator 38 zusammengeschweißt ist. In dem Turbulator 38 sind jeweils zickzackförmig nebeneinander verlaufende Ladeluft-Kanäle 47 und Schmieröl-Kanäle 48 tiefgezogen. Weiterhin sind in dem Turbulator 38 zwischen den Ladeluft- und Schmieröl-Kanälen 47 bzw. 48 durchgehend viele, zum Inneren der Schmierölkanäle 48 hin gebogene Wandausschnitte 41 angebracht, durch die das abgeschiedene Schmieröl in die Schmieröl-Kanäle gelangt. Außerdem sind durch die Wandausschnitte 41 in den Schmierölkanälen 48 entsprechend viele Ver­ engungen 49 ausgebildet, die einen sicheren austrittslosen Rücklauf des abge­ schiedenen Schmieröls von oben nach unten gewährleisten und die Entstehung ei­ ner Schmieröl abreißenden Aufwärtsströmung der Ladeluft in den Ölkanälen 48 verhindern. Weiterhin ist in den jeweiligen Sektionen 43 zwischen der einen Schale 37 und dem Turbulator 38 neben dem unten angeordneten Sammelraum 36 der Ladeluftkanäle 47 ein getrennter zweiter Sammelraum 35, in den die Ölkanäle 48 münden, ausgebildet. Dabei ist der Sammelraum 35, in den das von der Ladeluft abgeschiedene Schmieröl zurückläuft, durch die Rohrleitung 40 mit dem Ölsumpf unter dem Ölspiegel in der Ölwanne verbunden.

Wenn das Auslaß-Rückschlagventil 19 durch die nockenartige Vorrichtung 18 ein­ geschaltet ist, wird bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 4 in der Kurbelkammer 20 durch das Einlaß-Rückschlagventil 13 Frischluft aus dem Sammel­ raum 14 angesaugt, verdichtet und durch das Auslaßventil 19 in die Ölwanne 28 verdrängt. Dabei wird das aus dem Druckölschmiersystem in die Kurbelkammer 20 gelangende Schmieröl durch die Ladeluft ebenfalls in die Ölwanne 28 verdrängt. Bei der Strömung der mit Schmieröl vermischten Ladeluft über das Gitter 30 und bei der Umlenkung der Ladeluftströmung durch die Umlenkbleche 31, 31.1 über dem Ölspiegel in der Ölwanne 28 wird ein großer Teil des in der Ladeluft enthalte­ nen Schmieröls von der Ladeluft abgeschieden und kehrt in den Ölsumpf zurück. Die verdichtete Ladeluft hat jedoch eine höhere Temperatur und enthält weiter­ hin eine wesentliche Menge von feinzerstäubtem Öl und Öldampf. In den nachein­ ander angeschlossenen, jeweils als Ölabscheider ausgebildeten Sektionen 43 des Ladeluftkühlers wird die Ladeluft gekühlt, wobei der Öldampf kondensiert. Unter der Einwirkung der Trägheits- und Schwerkräfte bei der mehrmaligen Umlenkung der Ladeluftströmung in den Ladeluftkanälen 47 treten die schweren Ölteilchen durch die Wandausschnitte 41 in die Ölkanäle 48 ein. Von den Ölkanälen 48 läuft das abgeschiedene Schmieröl in den Ölsammelraum 35 und kehrt schließlich durch die Rohrleitung 40 unterhalb des Ölspiegels in die Ölwanne 28 zurück. Von den Sektionen 43 tritt die Ladeluft, nahezu ohne Schmieröl zu enthalten, in den für alle Arbeitszylinder 3 gemeinsamen Einlaß-Sammelraum 21 ein.

Beim Anlassen der Maschine hat die Ladeluft im Einlaßtrakt vor den Arbeitszy­ lindern 3 den Druck der Umgebungsluft. Da der Einlaßtrakt, bestehend aus dem Raum über dem Ölspiegel in der Ölwanne 28, den Räumen der jeweiligen als Ölab­ scheider ausgebildeten Sektionen 43, dem Einlaß-Sammelraum 21 und den entspre­ chenden Rohrleitungen, ein relativ großes Volumen hat, wird der zur Spülung der Arbeitszylinder 3 notwendige Überdruck der Ladeluft relativ langsam erreicht. Um ein schnelleres Anlassen der Maschine zu ermöglichen, ist weiterhin vorgese­ hen, daß in den Einlaßkanälen zwischen den Einlaßöffnungen 5 einiger oder aller Arbeitszylinder 3 und dem gemeinsamen Einlaß-Sammelraum 21 für vorverdichtete Ladeluft jeweils eine Sperrklappe 45 oder dergleichen angeordnet ist. Die Sperrklappen 45 können durch eine pneumatische Vorrichtung 44 bei geschlossenen Einlaßkanälen verriegelt werden.

Beim Anlassen der Maschine sind die Einlaßkanäle einiger oder aller Arbeitszy­ linder 3 durch verriegelte Sperrklappen 45 zunächst geschlossen, und, wenn die Ladeluft im Einlaßtrakt vor den Arbeitszylindern 3 nach einigen wenigen Kurbel­ wellen-Umdrehungen einen bestimmten Druck in Abhängigkeit von der Außentempera­ tur erreicht hat, werden die jeweiligen Sperrklappen 45 durch die Vorrichtung 44 entriegelt, wobei die Sperrklappen 45 unter dem Druck der Ladeluft die Ein­ laßkanäle öffnen. Dabei strömt die Ladeluft mit höherem Druck in die Arbeitszy­ linder 3 ein, wodurch beim Verdichtungstakt des Kolbens 4 eine höhere Verdich­ tung und damit auch eine höhere Temperatur der frischen Ladung in den Arbeits­ zylindern 3 erreicht wird. Durch die hohe Temperatur der frischen Ladung ent­ zündet sich der eingespritzte Kraftstoff schnell, wodurch ein schnelles Anlas­ sen der Maschine erreicht wird.

Um eine bessere Füllung der Arbeitszylinder 3 bei gleichzeitig geringeren Ver­ lusten an vorverdichteter Ladeluft und damit eine höhere spezifische Leistung zu erreichen, ist diese Brennkraftmaschine mit jeweils einem Ein- und Auslaß- Walzschieber 46 bzw. 7 kombiniert. Die Walzschieber 46 und 7 sind unmittelbar an den von dem Kolben 4 gesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen 5 bzw. 6 an der Wand des Arbeitszylinders 3 angeordnet. Dabei weisen die Einlaßöffnungen 5 eine größere oder zumindest gleich große Höhe wie die Auslaßöffnungen 6 auf, so daß ein unsymmetrisches Steuerdiagramm des Gaswechsels dieser Zweitakt-Brennkraft­ maschinen gewährleistet ist.

Bei der Aufladung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine durch die Kurbelgehäuse­ Ladeluftpumpen wird die Ladeluft für jeden Arbeitstakt der Kolben bei einer Zweitakt-Maschine in einem Takt und bei einer Viertakt-Maschine in je zwei Takten durch die Unterseite der jeweiligen Kolben in den Kurbelkammern vorver­ dichtet. Dadurch ist die Höhe der Aufladung dieser Hubkolben-Brennkraftmaschi­ nen durch die Größe ihres Arbeitsvolumens begrenzt und durch den "Totraum" ihrer Kurbelkammern entsprechend reduziert. Um eine höhere spezifische Leistung durch eine höhere Aufladung zu erreichen, sieht die Erfindung vor, daß vor die Kurbelgehäuse-Ladeluftpumpen einer Zweitakt- sowie auch einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine ein anderer Luftverdichter, insbesondere ein durch die Abgase der Arbeitszylinder angetriebener Turbolader, vorgeschal­ tet wird.

Eine solche Einrichtung ist in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Zweitakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine gezeigt, wobei diese Einrichtung auf diese Weise auch bei einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine verwendet werden kann.

An dem gemeinsamen Auslaß-Sammelrohr 8 der Arbeitszylinder 3 wird ein Abgastur­ bolader - schematisch durch die Abgasturbine 9 und den Ladeluftverdichter 9.1 dargestellt - angeschlossen. Der Auslaß des Ladeluftverdichters 9.1 ist mit den beiden Ladeluftleitungen 10 und 23 verbunden, wobei die Ladeluftleitung 10, in der eine Sperrklappe 12 vorgesehen ist, in den Einlaß-Sammelraum 14 vor den Einlaß-Rückschlagventilen 13 der Kurbelkammern 20 führt, und die Ladeluftlei­ tung 23, in der ein Rückschlagventil 24 angeordnet ist, direkt in die Einlaß­ leitung 34 der als Ölabscheider ausgebildeten Sektionen 43 mündet.

Die aus den Arbeitszylindern 3 ausströmenden Abgase treiben die Turbine 9 an, die ihrerseits den Luftverdichter 9.1 antreibt. Bei Anlassen, Leerlauf und nie­ driger Teillast der Maschine wird die frische Luft von den Kurbelgehäuse-Lade­ luftpumpen aus dem Sammelraum 14 angesaugt, wobei sie durch den Luftverdichter 9.1 strömt. Dabei wird die frische Luft in den Kurbelgehäuse-Ladeluftpumpen verdichtet und durch die Ölwanne 28, die jeweils als Ölabscheider ausgebilde­ ten Sektionen 43 des Ladeluftkühlers und durch den Einlaß-Sammelraum 21 in die Arbeitszylinder 3 weitergeleitet. Bei höherer Teillast wird die frische Ladung von dem Verdichter 9.1 des Turboladers bereits vorverdichtet und die Ladeluft, wenn sie einen bestimmten Druck erreicht hat, teilweise durch die Leitung 23 und das Rückschlag-Ventil 24 direkt in die Sektionen 43 des Ladeluftkühlers ge­ leitet. Dabei leistet das Rückschlagventil 24 einen geringeren aerodynamischen Widerstand als die Einlaß-Rückschlagventile 13 der Kurbelkammern 20, da seine Blattfedern, die sich mit einer niedrigeren Frequenz nur bei einem höheren Druck der direkt aus dem Turbolader 9 kommenden Ladeluft öffnen müssen, mit ei­ ner geringeren Federkraft ausgelegt sind. Bei sehr hoher Teillast oder Vollast wird der Druck der aus dem Turbolader 9.1 kommenden Ladeluft so hoch, daß er für die Spülung der Arbeitszylinder ausreicht. Bei diesem Betriebszustand wer­ den die Blattfedern des Auslaß-Rückschlagventils 19 der Kurbelkammern 20 durch die nockenartigen Vorrichtungen 18 entspannt, wobei die Auslaß-Rückschlagventi­ le 19 und damit die Wirkung der Kurbelkammerpumpen ausgeschaltet werden.

Dabei kann die Sperrklappe 12 in der Ladeluftleitung 10 geschlossen werden, so daß die von dem Turbolader 9, 9.1 vorverdichtete Ladeluft, die eine höhere Temperatur hat, ausschließlich direkt in die Sektionen 43 des Ladeluftkühlers geleitet wird, wodurch die thermische Belastung der Kurbelkammern 20 wesentlich reduziert wird.

Weiterhin sieht die Erfindung auch eine andere Methode zur Erhöhung der Aufla­ dung und damit der spezifischen Leistung einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraft­ maschine vor, bei der kein Turbolader verwendet wird. Hierbei wird jeweils ein Teil der frischen Ladung zu Beginn jedes Ansaugtaktes durch die Kolben 61 selbst angesaugt, wobei der Verbrauch der in den Kurbelkammern 70 vorverdich­ teten Ladeluft reduziert wird, wodurch die Ladeluft einen höheren Druck er­ reicht, durch den die Arbeitszylinder höher aufgeladen werden.

Diese Methode ist im Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer mehrzylindrigen Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine in zwei Varianten dargestellt, wobei die zweite Variante teilweise durch Strichlinien angedeutet ist. Die Kurbelkammern 70 dieser Brennkraftmaschine sind ähnlich wie in Fig. 1 ebenfalls als Ladeluft­ pumpen ausgebildet, wobei die Ladeluft für jeden Arbeitstakt der Kolben 61 in je zwei Takten ihrer Unterseiten in den Kurbelkammern 70 vorverdichtet wird und durch die Ölwanne 69, die als Ölabscheider ausgebildeten Sektionen 43 des Ladeluftkühlers sowie durch den gemeinsamen Einlaß-Sammelraum 75 zu den im Zylinderkopf 56 angeordneten jeweiligen Einlaßkanälen der Arbeitszylinder 60 geleitet wird.

In der ersten Variante dieses Ausführungsbeispiels sind das Ventil 55 als Ein­ laßventil und das Ventil 57 als Auslaßventil vorgesehen. In jedem Einlaßkanal 74 im Zylinderkopf 56 münden unmittelbar vor dem Einlaßventil 55 jeweils zwei Leitungen zusammen, eine von dem Einlaß-Sammelraum 75 kommende Ladeluftleitung 51 und eine direkt von einem nicht gezeigten Luftfilter kommende Saugleitung 52. An der Mündung der Saugleitung 52 ist ein durch eine Blattfeder ausgebilde­ tes Rückschlag-Ventil 53 und an der Mündung der Ladeluftleitung 51 ist eine als Sperrventil ausgebildete Sperrklappe 54 angeordnet. Unter der Wirkung einer schematisch dargestellten Zugfeder 73 schließt die Sperrklappe 54 die Ladeluft­ leitung 51, die dabei durch einen Riegel 71 verriegelt wird, wobei der Riegel 72 durch ein elektrisches Signal über einen Elektromagneten 73 betätigt werden kann.

Zu Beginn des Ansaugtaktes der Kolben 61 ist die Ladeluftleitung 51 durch die Sperrklappe 54 zunächst geschlossen, wobei die Sperrklappe 54 durch den Riegel 71 verriegelt ist. Die frische Ladung wird zunächst von dem Kolben 61 durch die Saugleitung 52 angesaugt, wobei sich das Rückschlagventil 53 öffnet. Im Laufe des Ansaugtaktes wird der Riegel 71 durch ein elektrisches Signal betätigt und die Sperrklappe 54 entriegelt, die sich daraufhin unter den Druck der Ladeluft öffnet. Dabei strömt die in den Kurbelkammern 70 vorverdichtete Ladeluft durch die Einlaß-Ventile 55 in die Arbeitszylinder 60 hinein, wobei das Rückschlag­ ventil 53 die Saugleitung 52 schließt. Dabei wird der Arbeitszylinder 60 nach­ geladen.

In der zweiten Variante desselben Ausführungsbeispiels sind beide Tellerventile 55 und 57 in dem Zylinderkopf 56 als Einlaßventile vorgesehen, wobei die ent­ sprechenden Auslaßventile nicht dargestellt sind. Dabei ist das Einlaßventil 55 im Einlaßkanal 74 angeordnet, der nur durch eine in der Figur nicht dargestell­ te Ladeluftleitung mit dem Einlaß-Sammelraum 75 für vorverdichtete Ladeluft verbunden ist - ähnlich wie die Ladeluftleitung 51 der ersten Variante, jedoch ohne die Sperrklappe 71 und die Saugluftleitung 52 mit dem Rückschlagventil 53. Das andere Einlaßventil 57 ist mittels einer durch gestrichelte Linien angedeu­ teten Saugleitung 58 direkt mit dem gemeinsamen Einlaß-Sammelraum 64 vor den Einlaß-Rückschlagventilen der Kurbelkammern 70 verbunden.

Die Steuerung beider Einlaßventile 55 und 57 ist so angelegt, daß zu Beginn des Ansaugtaktes der Kolben 61 zuerst nur die jeweiligen Einlaßventile 57 an den Saugleitungen 58 geöffnet werden, wobei ein Teil der frischen Ladung von den Kolben 61 aus dem Einlaß-Sammelraum 64 angesaugt wird. Im Laufe des Ansaugtak­ tes öffnet dann das Einlaßventil 55 die aus dem Einlaßsammelraum 75 für vorver­ dichtete Ladeluft kommende Ladeluftleitung, und die in den Kurbelkammern 70 vorverdichtete Ladeluft strömt mit hohem Druck in die Arbeitszylinder 60 ein, wobei zuerst das Einlaßventil 57 die Saugleitung 58 schließt und, nachdem der Arbeitszylinder 60 voll aufgeladen ist, auch die Ladeluftleitung durch das Einlaßventil 55 geschlossen wird.

Claims (7)

1. Zwei- oder Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Vorverdichtung der Ladeluft in den mit gesteuertem Ein- und Auslaß ausgestatteten Kurbelkammern durch die Unterseiten der Arbeitskolben und mit einem, an den Ölsumpf in einer Ölwanne angeschlossenen Druckölschmiersystem, wobei unmittelbar an jeder Kur­ belkammer und im Bereich ihrer untersten Stelle mindestens ein Auslaßventil für Ladeluft und Schmieröl über einer gemeinsamen Ölwanne des Druckölschmiersystems angeordnet ist, so daß durch dieses Auslaßventil das gesamte, in die Kurbel­ kammern gelangende Schmieröl von der ausströmenden Ladeluft in die Ölwanne, verdrängt wird, wobei alle Räume der Brennkraftmaschine, in die Schmieröl von dem Druckölschmiersystem gelangen kann, einschließlich des Ventiltriebgehäuses, mit dem Druck der Ladeluft beaufschlagt und entsprechend nach außen voll abge­ dichtet sind, und daß zwischen dem gemeinsamen Ladeluftraum über dem Ölspie­ gel in der Ölwanne und den gesteuerten Einlaßöffnungen der Brennräume ein Ölabscheider angeordnet ist, der durch Ölkondensation und die Einwirkung der Trägheits- und Schwerkräfte des Schmieröls bei der Umlenkung der Ladeluftströ­ mung das in der Ladeluft enthaltene Schmieröl abscheidet und in die Ölwanne zurückführt, gemäß dem Hauptpatent P 37 31 250, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (19) der Kurbelkammern (20) mit einer Schaltvorrichtung (18) versehen sind, so daß diese Auslaßventile beliebig in geöffnete bzw. geschlos­ sene Stellung gebracht werden können und die Kurbelkammern als Ladeluft-Pumpen ein- und ausschaltbar sind.

2. Zwei- oder Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Einlaßventile (13) der Kurbelkammern (20) mit Blattfedern (13) als Schließele­ ment ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (13) zwischen den Wangen der Kurbelwelle (15) angeordnet sind und beim Aufwärtshub des Kolbens flattern.

3. Zweitakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2 mit über einer Pleuel-Lagerschale an der Kurbelwelle (15) angelenkter Pleuelstange (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (16) des Pleuellagers an der Kurbelwelle (15) von einem flexiblen Metallband (26) umfaßt ist und beide Enden dieses Metallbands (26) am Fuß des Schaftes der Pleuelstange (22) befestigt sind.

4. Zweitakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Einlaßöffnungen (5) der Verbrennungs­ zylinder (3) eine Sperrklappe (45) oder dergleichen angeordnet ist, die beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Einlaßöffnungen zunächst geschlossen hält und erst dann geöffnet wird, wenn ein bestimmter Druck im Einlaßtrakt aufgebaut ist.

5. Zweitakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit Einlaß- und Auslaß-Wandschlitzen in der Verbrennungszylinderwand, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Einlaß- und Auslaß-Wandschlitzen (5 bzw. 6) des Verbrennungs­ zylinders (3) zwei rotierende Walzschieber (46 bzw. 7) angeordnet sind, welche so gesteuert sind, daß der Gaswechsel nach einem unsymmetrischen Steuerdiagramm erfolgt, und daß die Einlaß- und Auslaß-Wandschlitze weit unten am Verbren­ nungszylinder und auf etwa gleicher Höhe angeordnet sind.

6. Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jeden Verbrennungszylinder (60) zwei Einlaßleitungen - eine Saugleitung (52 bzw. 58) für Umgebungsluft und eine Leitung (51) aus den Kurbel­ kammer-Ladeluftpumpen - vorgesehen sind, welche durch Ventile (53, 54 bzw. 55, 57) oder dergleichen so einzeln gesteuert sind, daß ein Teil der frischen Ladung von dem Kolben (61) angesaugt wird und im weiteren Verlauf des Ansaug­ taktes der Verbrennungszylinder mit der vorverdichteten Ladeluft nachgeladen wird.

7. Zwei- oder Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölabscheider aus mehreren, parallel angeschlossenen Sektionen (43) und dazwischen angeordneten, luftgekühlten Lamellen (42) besteht, wobei jede Sektion (43) aus zwei Schalen (37 und 39) und einem dazwischen angeordneten Turbulator (38) zusammengesetzt ist, daß im Turbolator (38) mehrere, nebeneinander zickzackförmig verlaufende Kanäle (47 bzw. 48) für Ladeluft bzw. Schmieröl tiefgezogen sind, die durch mehrere Wand­ ausschnitte (41) zum Durchlaufen des Schmieröls miteinander verbunden sind, wobei die Kanäle (48) für Schmieröl oben geschlossen sind und unten, neben dem unterem Sammelraum (36) für Ladeluft, in einen mit der Ölwanne (28) verbun­ denen Sammelraum (35) für Schmieröl münden.