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Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Aufladung
durch mindestens eine Abgasturboladergruppe und zusätzlicher Ladeluftförderung durch
von der Brennkraftmaschine mechanisch angetriebene Pumpen in die Ladeluftsammelleitung
und einer ventilgesteuerten Kurzschlußleitung zwischen Pumpendruckleitung und Ladeluftsammelleitung.
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Die Forderung nach einem möglichst schnellen Hochfahren eines aufgeladenen
Zweitakt-Motors bedingt für die erhöhte Brennstoffeinspritzung einen proportional
erhöhten Füllungsgrad. Es steht in der Regel aber gerade unmittelbar nach dem Start
des Motors und während des Hochziehens keine ausreichende Luftmenge zur Verfügung,
um eine vollkommene Verbrennung zu gewährleisten. Der Grund hierfür liegt darin,
daß die Aufladegruppen mit dem relativ großen Massenträgheitsmoment der Rotoren
trotz der zusätzlichen, von den Kolbenunterseiten gelieferten Luft nicht ausreichend
zu beschleunigen sind, um den vollen Luftbedarf zu decken. Die Folge der dabei stattfindenden
unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs ist eine verminderte Leistungsabgabe
des Motors sowie ein starkes Qualmen während des Hochfahrens.
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Zur Beseitigung dieses Mangels ist es bekannt, die von den Kolbenunterseiten
gelieferte Zusatzluft auf besonders vorteilhafte Art in die Ladeluftversorgung einzuführen,
so etwa hinter dem Ladegebläse durch einen die Strömung beschleunigenden Injektor
(M.A.N.-Dieselmotoren-Nachrichten, Heft 45, 6/ 1965, S. 10) oder unmittelbar vor
dem Ladegebläse, wobei die komprimierte Zusatzluft durch Antriebsdüsen hindurch
die Gebläseschaufeln beaufschlagt und somit einen Teil des Energiebedarfs des Gebläses
deckt (schweizerische Patentschrift 453 561).
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Auch mit diesen Anordnungen kann jedoch bei stark erhöhter Kraftstoffeinspritzung
nicht in jedem Falle eine ausreichende Luftversorgung gewährleistet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, unter Ausnutzung
auch der mit den bekannten Verfahren erreichbaren Vorteile, die ausreichende Luftversorgung
beim Hochfahren eines aufgeladenen Zweitakt-Motors ohne Heranziehung weiterer Energiequellen
sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Pumpendruckleitung
eine Turbine geschaltet ist, die einen zusätzliche Ladeluft fördernden Verdichter
antreibt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Kolbenunterseiten
als Pumpen eingesetzt.
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Zum Schutz der Turbine vor zu starken Druckstößen ist zweckmäßig
eine Absteuerleitung mit einem bei einem einstellbaren Druck öffnenden Absteuerventil
zwischen der Pumpendruckleitung zur Turbine und der Ladeluftsammelleitung vorgesehen.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die in die Pumpendruckleitung
geschaltete Turbine unter Erzielung eines guten Wirkungsgrades beim Anfahren in
ihren Abmessungen klein gehalten werden kann, so daß wegen des geringen Massenträgheitsmoments
dieser kleinen Aufladegruppe letztere in sehr kurzer Zeit hohe Drehzahlen erreicht
und somit die von den Kolbenunterseiten geförderte Zusatzluft der Verbrennung im
Zylinder während des Hochfahrens sehr schnell ganz zur Verfügung steht, ihr durch
den Überdruck gespeicherter Energieinhalt je-
doch nicht durch Drosselverluste weitgehend
verloren ist, sondern zur Erzeugung weiterer Luft verwendet wird. Das Druckgefälle
zwischen den Kolbenunterseiten und der Ladeluftsammelleitung wird also noch zusätzlich
zur schnellen Erzeugung weiterer Ladeluft herangezogen, die dann in bekannter Weise
dem Ladegebläse zugeleitet oder in die Ladeluftsammelleitung injiziert werden kann.
Dadurch steht der Verbrennung im Zylinder beim Hochfahren des Motors sehr schnell
eine ausreichende Luftmenge zur Verfügung.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.
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Die Zeichnung stellt ein beispielweises Schema einer Aufladung nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren dar.
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In bekannter Weise treiben die Abgase aus einem Zylinder 1 eine Abgasturbine
2, die über eine gemeinsame Welle 3 wiederum ein Ladegebläse 4 antreibt.
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Dieses verdichtet die angesaugte atmosphärische Luft und leitet sie
mittels einer Ladeluftsammelleitung 5 über einen Zwischenkühler 6 als Spül- und
Ladeluft dem Zylinder 1 zu.
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Bei der Kompression der Verbrennungsgase saugt die Kolbenunterseite7
in an sich bekannter Weise Luft an, die bei der Bewegung des Kolbens 8 auf seine
untere Totpunktlage zu komprimiert und mittels einer Pumpendruckleitung 9 einer
Turbine 10 einer kleinen Aufladegruppe zugeführt wird. Die Ansaugleitung für die
Kolbenunterseiten wird bei der Kompression der Zusatzluft durch ein Rückschlagventil
11, die Pumpendruckleitung 9 beim Ansaugen durch ein weiteres Rückschlagventil 12
verschlossen.
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Die Turbine 10 treibt über eine gemeinsame Welle 13 einen Verdichter
14, der Luft aus der Atmosphäre ansaugt, während die auf etwa den Druck der Ladeluftsammelleitung
5 entspannte Abluft der Turbine 10 durch ein Rückschlagventil 15 hindurch der Ladeluftsammelleitung
5 und damit dem Zylinder 1 zugeführt wird. Die vom Verdichter 14 komprimierte Luft
wird über ein Rückschlagventil 16 mittels einer Leitung 17 in an sich bekannter
Weise dem Ladegebläse 4 zugeführt, wo sie über nicht näher dargestellte Antriebsdüsen
die Gebläseschaufeln beaufschlagt und anschließend die Fördermenge in die Ladeluftsammelleitung
5 vergrößert. Die vom Verdichter 14 komprimierte Luft kann auch mittels eines Injektors
unmittelbar in die Ladeluftsammelleitung 5 eingespeist werden.
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Damit steht die von der Kolbenunterseite 7 geförderte Zusatzluft
nach Verlassen der Turbine 10 dem Zylinder 1 sofort zur Verfügung, während ihr Druckgefälle
in der kleinen Aufladegruppe zur Erzeugung weiterer zusätzlicher Ladeluft durch
den Verdichter 14 nutzbar gemacht wird.
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Um die Turbine 10 vor zu hohen Druckstößen zu sichern, ist eine Absteuerleitung
18 mit einem bei einem einstellbaren Druck öffnenden Absteuerventil 19 vorgesehen,
durch die bei unzulässig hohem Druck in der Leitung 9 die von den Kolbenunterseiten
7 komprimierte Zusatzluft unmittelbar in die Ladeluftsammelleitung 5 geführt wird.
Wird die kleine Aufladegruppe nicht mehr benötigt, etwa bei Erreichen einer vorgegebenen
Drehzahl, wenn der Luftbedarf aus der vom Ladegebläse 4 allein geförderten Luftmenge
gedeckt werden kann, so kann die von der
Kolbenunterseite 7 geförderte
Zusatzluft mittcls eines Schiebers 20 über eine mit einem Kühler 21 versehene Kurzschlußleitung
22 unmittelbar zur Ladcluftsmmelleitung 5 clcitet werden.
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Selbstverständlich kann eine derartige kleine Aufladegruppe nicht
nur mit von den Kolbenunterseiten 7 gelieferter Zusatzluft betrieben werden. sondern
es können auch andere. etwa von der Motorwelle angetriebene Hilfspumpen verwendet
werden. wenn sie Luft mit einem höheren Druck liefern als er zum Zeitpunkt der Zuleitung
dieser Luft in der Ladeluftsammelleitung 5 herrscht.
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Patentansprüche: 1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Auf]adung durch
mindestens eine Abgasturboladergruppe und zusätzlicher Ladeluftförderung durch von
der Brennkraftmaschine mechanisch ange-
triebene Pumpen in die Ladeluftsammelleitung.
einer ventilgesteuerten Kurzschlul3leitung zwisehen Pumpendruckleitung und Ladeluftsammelleitung.
dadurch gekennzeichnet. dal3 in die Pumpendruckleitung (9) eine Turbine (10) geschaltet
ist die einen zusätzliche Ladeluft fördernden Verdichter (14) antreibt.
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2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gezeichnet.
daß in an sich bekannter Weise die Kolbenunterseiten (7) als Pumpen ausgebildet
sind.