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Brennkraftmaschine mit mindestens einem als Zellenmaschine ausgebildeten
und als Aufladegerät wirkenden Drucktransformer Es ist üblich, Brennkraftmäschinen
mit Hilfe von Turboladern aufzuladen, d. h. ihren Zylindern Ladeluft mit
einem gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhten Druck zuzuführen. Unter einem Turbolader
ist dabei eine Maschinengruppe zu verstehen, welche einen Kreiselverdichter und
eine Gasturbine in sich vereinigt und deren Verdichter den Maschinenzylindern Luft
zuführt, während deren Turbine von den Abgasen der Kraftmaschine selbst angetrieben
wird.
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Mit Turboladern werden sowohl Viertaktmaschinen wie auch Zweitaktmaschinen
aufgeladen. Während aber bei den erstgenannten die Abgase von den Kolben aus den
Zylindern geschoben werden, müssen die Zweitaktmaschinen mit der Aufladeluft gespült
werden. Es bietet einige Schwierigkeiten, rechtzeitig genügend Spül- und
Ladeluft mit Turboladern zu beschaffen, hauptsächlich bei der Aufladung verhältnismäßig
kleiner und rasch laufender Zweitaktmaschinen sowie insbesondere auch bei niedriger
Belastung derselben, weil die in den Auspuffgasen enthaltene Energie oft nicht ausreicht,
um die ganze für die Spülung und Aufladung benötigte Verdichterleistung aufzubringen.
In solchen Fällen sind dann oft zusätzliche Spülpumpen verwendet worden, wie z.
B. Kolbenpumpen, die von der Kraftmaschine selbst angetrieben wurden.
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Es ist ferner bekannt, daß die Abgase der Kraftmaschine entweder für
den sogenannten »Gleichdruckbetrieb« in einem verhältnismäßig großen Behälter gesammelt
werden können, bevor sie der Laderturbine zugeführt werden, oder daß sie im »Stoßbetrieb«
in möglichst kurzen Abgasleitungen mit geringem Rau Iminhalt zur Laderturbine geleitet
werden, derart, daß beim Antrieb derselben die Druckstöße der einzelnen Maschinenzylinder
ausgenutzt werden. Bei mehrzylindrigen Kraftmaschinen ist im letztgenannten Fall
darauf zu achten, daß die Druckstöße verschiedener Zylinder sich nicht gegenseitig
stören, weshalb die Abgasleitungen einzelner Zylinder oder Zylindergruppen in besonderen
Strängen verlegt werden müssen. Die Vor- und Nachteile der beiden Betriebsarten
sind allgemein bekannt.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die als »Drucktauscher« bekannte
Maschine als Auflade-,gruppe für Brennkraftmaschinen zu verwenden. Eine verbesserte
Maschine dieser Art, der »Drucktransformer«, kann selbstverständlich für diesen
Zweck mit noch größerem Vorteil verwendet werden. Beide Maschinen nehmen ein kompressibles
Betriebsmittel. auf einer unteren Druckstufe auf und verdichten dieses auf einen
höheren Druck, während sie gleichzeitig ein anderes solches Betriebsmittel auf einer
höheren Druckstufe aufnehmen und dieses auf einen tieferen Druck entspannen. Die
Verdichtung bzw. Entspannung der beiden Betriebsmittel geschieht mit Hilfe von Druckwellen,
die z. B. in länglichen, auf einem Läufer angeordneten und an ihren Enden durch
Steuerorgane gesteuerten Zellen entstehen. Das Wesen und die Wirkungsweise dieser
Zellenmaschinen ist z. B. in den deutschen Patentschriften 724 998 und
1000 132 ausführlich beschrieben.
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Die Erfindung -betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem
als Zellenmaschine ausgebildeten und als Aufladegerät wirkenden Drucktransformer
und ist gekennzeichnet durch Abgasleitungen und Luftleitungen, die zwischen der
Brennkraftmaschine und dem Drucktransformer in an sich bekannter Weise so angeordnet
und bemessen sind, daß die in den Ab-
gasleitungen auftretenden und im Drucktransformer
zwangläufig auf die Spül- und Ladeluft übertragenen Druckstöße zu einer besseren
Spülung bzw. höheren Aufladung der Maschinenzylinder benutzt werden können.
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Bei der beschriebenen Brennkraftmaschine ist wesentlich, daß nicht
nur die Abgasleitungen, sondern auch die Luftleitungen für »Stoßbetrieb« angeordnet
und bemessen sind. Der Stoßbetrieb wurde unter Verwendung der üblichen Turbolader
bisher nur zur Beaufschlagung der Laderturbine angewendet, während die Luft den
Maschinenzylindern im Gleichdruckbetrieb zugeführt werden mußte. Die Verwendung
eines Drucktransformers als Aufladegruppe bietet nun die Möglichkeit, die in den
Abgasleitungen auftretenden Druckstöße unmittelbar auf die Ladeluft zu übertragen,
weil
in den Zellen dieser Maschine die Gas-und Luftsäulen ohne Zwischenwand miteinander
in Verbindung stehen. Die Vorteile, die der allein gasseitige Stoßbetrieb mit Turboladern
bei der Aufladung von Zweitaktmaschinen bietet, werden durch den ebenfalls luftseitigen
Stoßbetrieb vermehrt. Es wird eine verbesserte Spülwirkung durch vorteilhafte zeitliche
Spüldruckerhöhungen erzielt, weil der Drucktransformer sozusagen keine Trägheit
hat und die Druckstöße im Abgas rasch, mit einer für die Spülung günstigen kleinen
Verzögerung, auf die Luft überträgt. Dies ist von besonderer Bedeutung bei niedriger
Belastung der Kraftmaschine, weil die vorhandene Stoßenergie bei Teillast verhältnismäßig
größer ist als bei Vollast. Die Trägheitslosigkeit des Drucktransformers ergibt
also die Möglichkeit einer raschen Beschleunigung und Belastung der Kraftmaschine.
Bei Viertaktmaschinen mit oder ohne Überschneidung der Ventilöffnungszeiten wird
eine bessere Spülung der Zylinder bzw. eine nachfolgende höhere Füllung erreicht.
Bei Zweitaktmaschinen ist die bestmögliche Ausnutzung der verfügbaren Stoßenergie
zur Unterstützung der Spülung, vor allem bei Teillasten, besonders wichtig, weil
bei solchen die Spülung unerläßlich ist. Damit kann in vielen Fällen die Verwendung
einer zusätzlichen Spülpumpe umgangen werden. Der Drucktransformer kann mit Vorteil
bei allen Brennkraftkolbenmaschinen als Aufladegruppe verwendet werden, besonders
bei kleinen, rasch laufenden Maschinen, aber vor allem auch bei Gas- oder Benzinmotoren,
die üblicherweise eine hohe Abgastemperatur haben, bei welcher Laderturbinen der
Kühlung bedürfen. Der Läufer eines Drucktransformers wird abwechselnd von kalter
Luft und heißen Gasen durchflossen, erreicht also nie die Temperatur der Abgase,
so daß sich Kühlvorrichtungen erübrigen. Auch bei Freikolbenmaschinen werden Drucktransformer
mit gas- und luftseitigem Stoßbetrieb mit Vorteil verwendet.
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Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 4 Beispiele verschiedener
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei in allen Figuren
gleiche Teile in gleicher Weise bezeichnet sind. Fig. 1 a zeigt einen Schnitt
nach A-A in Fig. 1 senkrecht zur Achse durch das Gehäuse und den Läufer des
in Fig. 1
in einer Abwicklung des Zylinderschnittes mit dem Durchmesser Dnt
dargestellten Drucktransformers.
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In Fig. 1 ist 1 ein Zylinder einer Viertaktkraftmaschine
und 2 ein Kolben derselben. Bei 3 ist ein Abgasventil und bei 4 ein Lufteinlaßventil
gezeigt. Die Abgasleitung 5 führt die Abgabe der Kraftmaschine zum Gaseinlaß
2v des Drucktransformers, während die Luftleitung 6 die verdichtete Luft
aus dem Luftaustritt 2 n desselben zur Maschine führt. Der Läufer 7
des Drucktransformers
trägt die Zellen 8, deren Einlaß- und Auslaßenden von den steuernden Kanten
der Einlaß- und Auslaßöffnungen 1 v und 1 it in den Seitenteilen
9 des Transformergehäuses gesteuert werden.
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In Fig. 1 a sind gleiche Teile des Drucktransformers in gleicher
Weise wie in Fig. 1 bezeichnet.
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Der Drucktransformer kann bekanntlich so gebaut werden, daß die Luft
an ein und demselben Ende in die Zellen 8 ein- und aus denselben austritt
und das Gas am entgegengesetzten Ende, aber auch so, daß diese Betriebsmittel
je an entgegengesetzten Zellenenden ein- bzw. austreten. In Fig.
1 ist der erstgenannte Fall dargestellt. Die punktierten Linien zeigen das
Fortschreiten der Gasfront in den Zellen.
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Eine Brennkraftmaschine mit nur einem Zylinder kann nach Fig.
1 durch je eine Abgasleitung 5 und eine Luftleitung
6 mit einem Drucktransformer verbunden sein. Besitzt aber die Maschine mehr
als drei Zylinder, so ist es wie bei der Verwendung von Turboladern vorteilhaft,
nach Fig. 2 mehrere Abgasleitungen 5 und mehrere Luftleitungen
6 zwischen mehreren Zylindern a, b, c bzw. d,
e, f der Brennkraftmaschine und einem Drucktransformer anzuordnen. Dabei
muß der Drucktransformer in an sich bekannter Weise so gebaut sein, daß bei jeder
Umdrehung des Läufers 7
in dessen Zellen 8 mehrere Arbeitsspiele ablaufen.
Die Fig. 2 zeigt einen solchen Drucktransformer, der für zwei Arbeitsspiele pro
Umdrehung gebaut ist und demgemäß je zwei S teueröffnungen
, V, 1 n, 2 v und 2 it im einen bzw. im anderen der beidseitig des
Läufers angeordneten Steuerorgane 9 aufweist.
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Anstatt eines für mehrere Arbeitsspiele pro Läuferumdrehung gebauten
Drucktransformers können nach Fig. 3 auch meherere solche mit je nur
einem Arbeitsspiel pro Umdrehung den verschiedenen Zylindergruppen a,
b, c bzw. d, e, f zugeordnet sein, wobei
also mehrere Abgasleitungen 5 und mehrere Luftleitungen 6
zwischen
mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine und mehreren Drucktransformern angeordnet
sind.
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Werden mehrere Drucktransformer mit einer Brennkraftmaschine gebraucht,
so können nach Fig. 4 solche mit mehreren intern verbundenen Arbeitsspielkreisläufen
verwendet werden. Bei jedem Drucktransformer sind nach dieser Figur je zwei
Gaseinlässe 2 v und je
zwei Luftauslässe 2 n miteinander verbunden. überdies
können die Abgasleitungen 5 je zwischen mehreren Zylindern a,
b bzw. c, d der Brennkraftmaschine und einem von mehreren
Drucktransformern angeordnet sein, während die Luftleitungen 6 je zwischen
einem anderen Drucktransformer und mehreren anderen Zylindern c, d
bzw. a, b angeordnet sind. Die Auspuffgase aus bestimmten Zylindern
können somit einen Drucktransformer oder einen Arbeitsspielkreislauf eines solchen
speisen, welcher Luft zu anderen Zylindern fördert. Nach Fig. 4 erhält der links
gezeigte Drucktransformer Auspuffgase aus den Zylindern c und d, während
er Luft zu den Zylindern a und b fördert, wobei der rechts gezeigte Drucktransformer
infolge der sich überkreuzenden Abgasleitungen aus den Zylindern a und
b mit Gas versehen wird und Luft an die Zylinder c und d liefert.
Mit einer solchen Anordnung können die in den Luftleitungen entstehenden Druckstöße
zeitlich so zu den Maschinenzylindern geführt werden, daß beste Spülung bzw. Füllung
erreicht wird.
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen prinzipiell wichtige Ausführungsformen
der beschriebenen Brennkraftmaschine. Eine oder mehrere Aufladegruppen können aber
auch noch in anderer Weise gebaut und der Kraftmaschine zugeordnet werden. So wird
man z. B. für hohe Zy-
linderzahlen mehrere Aufladegruppen mit mehreren separaten
Arbeitsspielkreisläuf en verwenden. Die Wahl der Anzahl der Kreisläufe wird in jedem
einzelnen Fall sorgfältig abgewogen. In Verbindung mit der sorgfältigen Abstimmung
der Längen und Durchmesser, d. h. -des Rauminhaltes, sowohl der Luftleitungen
wie auch der Abgasleitungen kann so bei allen Kolbenmaschinen für optimale Verhältnisse
bezüglich Spülung und Aufladung gesorgt werden.