CH177862A - Verfahren und Einrichtung zum dynamischen Aufladen von Viertaktmotoren mit einem Kompressor zum Vorverdichten des gasförmigen Teiles ihrer Ladung. - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zum dynamischen     Aufladen    von Viertaktmotoren mit  einem Kompressor zum Vorverdichten des gasförmigen Teiles ihrer Ladung.    Die vorliegende Erfindung betrifft ein  Verfahren zum dynamischen Aufladen von  Viertaktmotoren mit einem Kompressor zum  Vorverdichten des     gasförmigen    Teils ihrer  Ladung. Bekanntlich bezweckt eine     Vorver-          diehtung    des dem Motor     zugeführten    gas  förmigen Teils seiner Ladung eine Erhöhung       d;,r        spezifischen.    Leistung des Motors.

   Die       Vorverdiehtung    der Luft wird meistens  durch einen Kolben- oder Rotationskompres  sor     bewirkt.    Der Kompressor wird     entweder     unmittelbar vom Motor, oder von einem  Hilfsmotor oder     @sohliesslich        mittelst    einer  durch die     Motorauspuffgase    angetriebenen  Turbine angetrieben.

   Die zuletzt genannte       Antriebsweisse    wird mit Rücksicht auf die  Ausnutzung der in den Motorauspuffgasen  enthaltenen Abfallenergie am     meisten:    be  nutzt und hat den Vorteil,     dass    die zur Ver  dichtung des dem Motor zugeführten Gases    aufgewandte Arbeit nur in geringem Grade  die Eigenwiderstände des     Motors    vergrössert.  



  Die beiden     andern        Antriebsarten    ergeben  eine umso     grössere        Verschleehterung        .des          Brennstoffverbrauches    je PS-Stunde, je  höher die     Vorkompression    ist. Aus diesem  Grunde haben sie keine allgemeinere Ver  breitung gefunden.  



  Die letztere     Antriebsart    ergibt zwar einen  guten     Brennstoffverbrauch,    jedoch nur     einen          verhältnismässig        geringen        Aufladedruck.     Dieser ist durch die Grösse der     zur    Ver  fügung stehenden     Auspuffenergie        bedingt,     welche unter normalen     Bedingungen    nach  Deckung der     Verluste    in der Turbine und im  Kompressor nur Überdrücke von     ea.    0,3 Atü  hinter dem     Kompressor    erzielen lässt.  



  Die vorliegende     Erfindung        beruht    auf  dem     Verfahren    zum dynamischen     Aufladen     von Kolbenmaschinen, die ein     gasförmiges         Medium ansaugen, welches den Gegenstand  .des     Hauptpatentes    bildet. Nach diesem Ver  fahren. wird während des     Ansaugens    zur       energischen.    Beschleunigung der     Gassäule    in  der Saugleitung im Zylinder ein Unterdruck  erzeugt.  



       Erfindungsgemäss        liefert    der Kompressor  den gasförmigen Teil der Ladung (Luft  oder     Brennstoffluftmischung)        unter    einem  Überdruck; durch das dynamische Aufladen  wird der gasförmige Teil der Ladung     noch          weiter    verdichtet,     ,so    dass der     Aufladedruek     höher als: ,der durch den     Kompressor        hervor-          gerufen;        Überdruck        isst.     



  Wird -der Kompressor unmittelbar vom  Motor oder einem     Hilfsmotor    angetrieben,  so kann er den     gasförmigen    Teil der Ladung  mit einem     Überdruck    von     beispielsweise    0,2       bis    0,3     Atm.        liefern,    und     mittelst        dynami-          sehen        Aufladens    kann darauf die weitere       Verdichtung    bis zu einem Druck von     etwa     0,5 Atü bewirkt werden.

   Dann erfährt der       Brennstoffverbrauch        -trotz    eines     Aufladens     auf etwa 0,5 Atü fast keine     Änderung.     



  Bei     Verwendung    eines-     Rotationskompres-          sors,    .der von einer     Abgasturhine        angetrieben     wird, ermöglicht     @die        Erfindung    bedeutend  höhere     Aufladedrücke,        als    die Summe der  jenigen Drücke beträgt, -die durch     Vorkom-          pressiou        beziehungsweise    dynamisches Auf  laden alleinerzielbar     sind.    Wird     zum    dyna  mischen Aufladend     :

  ie    durch das Hauptpatent       geschützte        Einrichtung    verwendet, bei wel  cher die Gasgeschwindigkeit in der Saug  leitung auf über 100 m/sec. ansteigt und be  trägt das Volumen der Saugleitung mehr als  0,4 des     Zylindervolumens,    so wächst     die    in  den     Abbassen    des.

   Motors enthaltene Energie  in einem     solohen    Masse,     dass    sie nicht nur  zur     Überwindung    der Arbeit des     Verdichtens          bis    auf den     Druck    .der durch .den     Kompressor     gelieferten grösseren     Gasmenge    ausreicht,       sondern    dass- noch     ein        Überschuss    übrig  bleibt,

   der     einen        gompressionedruckzuwachs     im     Kompresssor        ermöglicht.    Anderseits kann  in diesem     Fasle    auch der     Effekt    .des     dyna-          mischen;

          Rufladens    nicht nur wegen des  grösseren spezifischen Gewichts des verdich-         teten    Gasmediums     grösser    sein, sondern auch  mit Rücksicht auf die grösseren zur Ver  fügung stehenden     Druckunterschiede,    welche  zur     energiechen    Beschleunigung .der Gassäule  in der Saugleitung     ausgenutztwerdenkönnen.     



  Das     dynamische    Aufladen     allein,    wie es  durch     das        Hauptpatent    geschützt ist, ergibt  beim     Verdiehen        des,    gasförmigen Teils der  Ladung von Atmosphärendruck einen     Auf-          la-dedruck    bis zu     -0,3        l@g/em2.    Beim Zusam  menwirken eines von einer     Abgasturbine          angetriebenen    Rotationskompressors zur Vor  kompression mit -der im Hauptpatent ge  schützten Einrichtung zum dynamischen  Aufladen sind Überdrücke von etwa 0,

  7 Atü  und beiläufig zweimal grössere     Zuwächse    d er  Motorleistung als bisher erzielbar.  



  Falls ein so bedeutender     Leistungszu-          wachs    unnötig     iLt,    kann das     Aufladen,    zur       Verringerung    der Auspufftemperatur be  nutzt     werden,    wodurch eine     Verkleinerung     der     thermischen        Belastung        des    Motors er  zielbar ist.     Derartige        Einrichtungen    können  z.

   B.     bei    Schiffsmotoren von Bedeutung  sein, wo die Betriebssicherheit o     ft    ein Über  schreiten von     Auopufftemperaturen    von  500  C     verbietet.     



       Dass    Zusammenwirken der dynamischen       Aufladung    gemäss dem Hauptpatent mit der       Vorkompression        mittelst    eines aus einer     Ab-          gasturbine    und einem     Gebläse        bestehenden          Aggregat"-,    isst schliesslich auch vorteilhaft,  weil beide     Einrichtungen    eine     Verringerung     des     Brennetoffverbrauches        hervorrufen    kön  nen.

   Besonders     vorteilhaft        ist    eine Einrich  tung zum .dynamischen Aufladen mit einem       ,gesteuerten        Abschlüssorgan    an der Eis  mündung der Saugleitung, welche     Einrioli-          tungdurch    entsprechende     Betätigung    des       Absschlussorganes    einen     gleichbleibenden    Ruf  ladedruck     ermöglicht.     



  Im Falle des Zusammenwirkens dieser  Einrichtung mit einer     Vorkompression    treten  Änderungen des     Kompressionsdruckes    im  Zylinder bei     Änderungen    der Belastung oder  der     Umdrehungszahl    nur     in        solchem    Um  fange auf, wie er     dureh    die     Vorkompression     allein     [bedingt    ist.

        In     Fig.    1 und 2 :der Zeichnung     sind    zwei       Ausführungsbeispiele    von Einrichtungen     ge-          mäss,der    Erfindung     -dargestellt.    Anhand der  selben wird im     folgenden    auch das Ver  fahren gemäss der Erfindung     beispielsweise          erläutert.     



  Wenn bei der     Einrichtung    gemäss     Fig.    1  der Kolben im Motorzylinder 1 den Saug  hub beginnt, ist     das,        durch    den Motor in  nicht     gezeichneter    Weise     betätigte        Absehluss-          organ    4 am Anfang der Rohrleitung zwi  schen einer an .den Kompressor 5 ange  schlossenen Leitung 3 und dem     Einlassventil     6 des     Zylinders    1 geschlossen,

   so dass im  Zylinder 1 und in der Saugleitung 2 ein       Unterdruck    gegenüber dem Druck in der       Leitung    3     auftritt.    Wenn währenddes Saug  hubes das     Absehlussorgan    4 öffnet, wird  durch den .so erzeugten     Druckunterschied     eine     energische    Beschleunigung .der Gassäule  in der Leitung 2 hervorgerufen. Die     Leitung     3 besitzt einen so grossen     Querschnitt,        dass    in  ihr der Druck infolge der nun einsetzenden  lebhaften :Strömung nicht nennenswert sinkt.  



  Die so im Rohr 2 in     Bewegung    versetzte  Gassäule wirkt nach Erreichung eines dem  Drucke in der     Leitung    :3 gleichen Druckes  im Zylinder 1 als     "Luftwidder"    und ruft  eine     Aufladung    des,     Zylinders    1 über den  Druck in der Leitung 3 hervor.  



  Sobald im Zylinder 1 der höchste Druck  erreicht ist, schliesst ,das     Einlassventil    6 und       es,    beginnt die     Kompression    des     gasförmigen     Teils der Ladung im aufgeladenen Zylinder.  



  Der     Öffnungszeitpunkt    des     .Abschluss-          organes    4 kann zweckmässig     mittelst    eines  Reglers bei     Änderungen    der     blotorumlauf-          zahl    in einer solchen Weise verstellt wer  den,     da.e    das     Abschlussorgan    6 bei jeder Um  drehungszahl des     Motors    um dieselbe Zeit  spanne vor dem Augenblick des     Schliessens          des        Einlassventils    6 am Ende des Saughubes  erfolgt.

       Dann    hängt die Wirkung der dyna  mischen     Aufladung    im Zylinder weder von  der     Umdrehungszahl    des Motors noch von       dessen    Belastung ab, und eine Änderung des       Kompressionsdruckes    im     Motor    kann aus-         schliesslich    von     Änderungen    des     Vorkom-          pressionsdruckes:        herrühren.     



  Nach     Fig.    2 fehlt das     Abschlussorgan    4  und das Rohr 3     steht    durch die Leitung 7  mit dem nicht gezeichneten     Einlassventil    des       nichtdargestellten        Motorzylinders-    in offener  Verbindung.  



  Im ersten Teil des.     Kolbensaughubes          hemmt    das     Einlassventil    des Motorzylinders  durch spätes. Öffnen oder Drosseln den Gas  zufluss zum Motorzylinder, so     dass    im letzte  ren ein     Unterdruck    gegenüber dem Druck in  der Leitung 7     hervorgerufen    wird. Dieser       erzwingt,    wenn währenddes Saughubes das       Einlassvenel    ganz geöffnet wird, eine ener  gische     Beschleunigung    der Gassäule im  Rohre 7.

   Die auf diese Weise im Rohr 7 in       Beweg-ang        versetzte,    als     "Luftwidder"    wir  kende     Gassäule    ruft im Motorzylinder eine  Verdichtung über den     Vorkompressions-          druak    des Kompressors 5 hervor. In diesem  Falle wird die Abhängigkeit des     Kompres-          sionsdrucke#s    im     Zylinder    von der Belastung  und .der Umdrehungszahl nicht nur durch  den Kompressor 5,     sondern    auch     ,durch    das       dynamische    Aufladen     bewirkt.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum dynamischen Aufladen von Viertaktmotoren .zeit einem Kom pressor zum Vorverdichten des gasför miger Teils ihrer Ladung, dadurch ge kennzeichnet, dass zwecks Vergrösserung des Aufladensi im Zylinder über den durch den Kompressor erzeugten Druck,

   zwischen .dem das Ende des Aufladens steuernden Einlassorgan des Motorzylin ders und dem Kompressor eine um dieses Einlassorgan mit dem Kompressor ver bindende Rohrleitung angeordnet ist, in welcher eine energische Beschleunigung der Gassäule dadurch hervorgerufen wird, dass am Anfang des,

   Saughubes der Druck im. Zylinder unter den Vor- kompress.ionsdruck gesenkt wird. II. Einrichtung zur Ausführung des Verfah rens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass: die Geschwindig- keit in der Rohrleitung auf über 10,0 m/sec. ansteigt und,das Volumen der Rohrleitung mehr als das 0,4fache des Zylindervolumens beträgt. UNTERANSPRtrCEE 1.

   Einrichtung nach Patentanspruch Il. dadurch gekennzeichnet, dass der Kom- pressor (5) .durch die Rohrleitung (7) mit einem Einlassventil (6) des Zylin ders in offener Verbindung steht und dass, das Einlassventil (6) am Anfang des Saughubes ,den Zufluss des gasförmigen Teilas der Ladung zum Zylinder hemmt.

   Einrichtung nach Patentanspruch 1I, .dadurch gekennzeichnet, -dass in der Rohrleitung (2) ein Abschlussorgan (.f) angeordnet ist, welches während eines ersten, Teils des Saughubes des Kolbens ,den Zufluss des gasförmigen Teils der Ladung zum Zylinder hemmt.