DE2003408B1 - Two-stroke internal combustion engine with charging by at least one exhaust gas turbocharger group - Google Patents

Description

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. The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with supercharging through at least one exhaust gas turbocharger group and additional charge air delivery pumps mechanically driven by the internal combustion engine into the charge air manifold and a valve-controlled short-circuit line between the pump pressure line and the charge air manifold.

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. The requirement for the fastest possible start-up of a charged one Two-stroke engine requires a proportional for the increased fuel injection increased degree of filling. However, it is usually just right after the start there is insufficient air available to the engine and while it is being pulled up, to ensure perfect combustion. The reason for this is that the charging groups with the relatively large moment of inertia of the rotors in spite of the additional air supplied by the underside of the pistons not sufficient must be accelerated to meet the full air requirement. The consequence of this taking place Incomplete combustion of the fuel is a decreased power output of the engine as well as a heavy smoke during start-up.

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). To remedy this deficiency, it is known that the piston undersides Introducing the additional air supplied into the charge air supply in a particularly advantageous way, for example behind the charging fan by an injector that accelerates the flow (M.A.N.-Dieselmotoren-Nachrichten, Issue 45, 6/1965, p. 10) or immediately before the supercharger, with the compressed auxiliary air passing through drive nozzles acts on the fan blades and thus part of the energy requirement of the fan covers (Swiss patent specification 453 561).

Auch mit diesen Anordnungen kann jedoch bei stark erhöhter Kraftstoffeinspritzung nicht in jedem Falle eine ausreichende Luftversorgung gewährleistet werden. Even with these arrangements, however, the fuel injection can be greatly increased a sufficient air supply cannot be guaranteed in every case.

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. The object of the present invention is thus to utilize them also the advantages that can be achieved with the known methods, the adequate air supply when starting up a charged two-stroke engine without using other energy sources to ensure.

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. This object is achieved according to the invention in that in the pump pressure line a turbine is connected, which an additional charge air promoting compressor drives. In a preferred embodiment of the invention, the piston bottoms used as pumps.

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. It is advisable to protect the turbine from excessive pressure surges a shut-off line with a shut-off valve that opens at an adjustable pressure provided between the pump pressure line to the turbine and the charge air manifold.

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. The advantage of the invention is that the in the pump pressure line switched turbine, achieving good efficiency when starting up in their dimensions can be kept small, so that because of the low mass moment of inertia this small charging group, the latter reaches high speeds in a very short time and thus the additional air of the combustion in the piston undersides Cylinder is very quickly available to you during startup the overpressure of stored energy content but not largely due to throttle losses is lost, but is used to generate more air. The pressure gradient between the piston undersides and the charge air manifold is therefore still additional used to quickly generate more charge air, which is then used in a known manner fed to the charge blower or injected into the charge air manifold. As a result, the combustion in the cylinder stops very quickly when the engine is started up a sufficient amount of air is available.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Further features and advantages of the invention emerge from the following description on the basis of the drawing in conjunction with the subclaims.

Die Zeichnung stellt ein beispielweises Schema einer Aufladung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dar. The drawing shows an example of a charging scheme the method according to the invention.

In bekannter Weise treiben die Abgase aus einem Zylinder 1 eine Abgasturbine 2, die über eine gemeinsame Welle 3 wiederum ein Ladegebläse 4 antreibt. The exhaust gases from a cylinder 1 drive an exhaust gas turbine in a known manner 2, which in turn drives a charging fan 4 via a common shaft 3.

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.This compresses the sucked in atmospheric air and directs it by means of a charge air manifold 5 via an intercooler 6 as a flushing and Charge air to cylinder 1.

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. When the combustion gases are compressed, the underside of the piston sucks 7 in a manner known per se to air which, when the piston 8 moves on its Compressed bottom dead center and by means of a pump pressure line 9 a Turbine 10 is fed to a small supercharger group. The suction line for the When the additional air is compressed by a check valve, the bottom of the piston is removed 11, the pump pressure line 9 during suction through a further check valve 12 locked.

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.The turbine 10 drives a compressor via a common shaft 13 14, which draws in air from the atmosphere while at about the pressure of the charge air manifold 5 relaxed exhaust air of the turbine 10 through a check valve 15 of the charge air manifold 5 and thus the cylinder 1 is supplied. The air compressed by the compressor 14 is known per se via a check valve 16 by means of a line 17 Way supplied to the charging fan 4, where they are driven via drive nozzles, not shown in detail applied to the fan blades and then the delivery rate into the charge air manifold 5 enlarged. The air compressed by the compressor 14 can also be carried out by means of an injector are fed directly into the charge air manifold 5.

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. The additional air conveyed by the piston underside 7 is thus available after leaving the turbine 10, the cylinder 1 is immediately available during its pressure drop in the small charging group to generate additional charge air the compressor 14 is made usable.

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. In order to secure the turbine 10 from excessive pressure surges, a diverting line is required 18 provided with a shut-off valve 19 which opens at an adjustable pressure, by the inadmissibly high pressure in the line 9 from the piston undersides 7 compressed additional air is fed directly into the charge air manifold 5. If the small charging group is no longer needed, for example when a predetermined one is reached Speed when the air requirement from the air volume conveyed by the charge blower 4 alone can be covered by the Piston bottom 7 promoted Additional air by means of a slide 20 via a short-circuit line provided with a cooler 21 22 can be connected directly to the charge air conduit 5.

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. Of course, such a small charging group cannot can only be operated with additional air supplied from the piston undersides 7. but others can too. Auxiliary pumps driven by the motor shaft, for example, are used will. when they supply air at a higher pressure than it was at the time of supply this air in the charge air manifold 5 prevails.

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. Claims: 1. Two-stroke internal combustion engine with supercharging at least one exhaust gas turbocharger group and additional charge air delivery by from the internal combustion engine mechanically driven pumps in the charge air manifold. a valve-controlled short-circuit line between the pump pressure line and the charge air manifold. characterized. dal3 a turbine (10) is connected to the pump pressure line (9) is the one that drives an additional charge air compressor (14).

2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gezeichnet. daß in an sich bekannter Weise die Kolbenunterseiten (7) als Pumpen ausgebildet sind. 2. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized. that in a manner known per se, the piston undersides (7) are designed as pumps are.

Claims (1)

3. Zweitakt-Brennkraftmaschinc nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß zum Schutz der Turbine (10) vor zu starken Druckstößen eine Absteuerleitung (18) mit einem bei einem einstellbaren Druck öffnenden Absteuerventil (19) zwischen der Pumpendruckleitung (9) zur Turbine (10) und der Ladeluftsammelleitung (5) vorgesehen ist. 3. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized. that to protect the turbine (10) from excessive pressure surges, a discharge line (18) with a shut-off valve (19) which opens at an adjustable pressure between the pump pressure line (9) to the turbine (10) and the charge air manifold (5) are provided is.