1979 - Der "kombinierte" Upload - 1

Die Theorie eines revolutionären ungarischen Patents

1979 Augustund Novemberwurden zwei Artikel zum selben Thema in der Zeitschrift Automotor in dem - wie die Zeit gezeigt hat - das wirklich revolutionäre ungarische Patent, die bei kombinierter Aufstockung berichtet. Der erste Artikel, über die ALPINE, die bereits im BMW 528i im praktischen Einsatz war, und der zweite, über die der technische Inhalt der Konstruktion einen ausführlichen Rundgang. Da es logisch und historisch gerechtfertigt ist, werden die Artikel in umgekehrter chronologischer Reihenfolge wiederveröffentlicht. hier mehr lesen)

Nachstehend finden Sie die Unterlagen über die "kombinierte Füllung", die als ungarisches Patent geschützt ist später veröffentlichtaber hier ist es noch das Stück mit der Nummer eins. Abgeholt von November 1979 Schreiben Die Arbeit von Dr. Győző Kiss, dem damaligen stellvertretenden wissenschaftlichen Direktor des wissenschaftlichen Forschungsinstituts für Straßenverkehr.

Anwendung der weltweit ersten Erfindung von Gyula Cser (Ansaugkrümmer und Resonanzaufladung) am D-614 Csepel-Motor
Bildquelle: automobilizmus.hu

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In letzter Zeit wurde in mehreren ungarischen Zeitungen und Tageszeitungen über den Erfolg des kombinierten Hochladens berichtet, und in der Ausgabe 1979/19 von AM haben wir auch über eine seiner interessanten Anwendungen gelesen. Damals berichteten wir, dass das Spitzenmodell des BMW Alpina mit dieser ungarischen Erfindung hergestellt wurde. Abschließend kehren wir zu dieser wichtigen Erfindung zurück, die von fünf ungarischen Maschinenbauingenieuren entwickelt wurde. IMRE ANNUS, GYULA CSER, SÁNDOR FLÓRIÁN, GYÖRGY HORVÁTH und FERENC KOCSIS - das Ergebnis seines Einfallsreichtums, seiner Arbeit. Im Anschluss an unsere erste oben erwähnte Nachricht haben wir gefragt Dr. Győző Kissunserem Experten für Motorentechnik, um unsere Leser mit detaillierteren Informationen zu versorgen.

Die Entwicklung der Motorisierung, die internationale Energiesituation und die immer strenger werdenden Umweltstandards stellen auch die Fahrzeughersteller vor große Herausforderungen. Vor allem im Bereich der Ressourcen wird die Entwicklung bedarfsgerechter Motoren klassischer Bauart immer problematischer. Dies spiegelt sich in den vielfältigen Bestrebungen wider, von denen die lohnendsten im Folgenden kurz skizziert werden:

- verschiedene Kraftstoffe (Methanol, Wasserstoff, Propan-Butan usw.),

- Einrichtungen zur Reduzierung schädlicher Bestandteile in den Abgasen (thermischer Reaktor oder Nachbrenner, Katalysator, Abgasrückführungssystem),

- die Rotationskolbenmotoren, 

- der Motor mit geschichtetem Gemisch (FORD PROCO) und die Version mit Vorkammer (HONDA CVCC),

- Außenbordmotoren,

- Dampfmaschine,

- STIRLING Wärmekraftmaschine,

- Gasturbinen.

Jeder versucht, seinen Weg in seinem eigenen technischen, wirtschaftlichen und geografischen Kontext zu finden.

Dabei ist das grundsätzliche Ziel aller Lösungen, die motorseitigen Voraussetzungen für gute Leistung, gute Fahrdynamik und umweltfreundlichen Betrieb zu gewährleisten, und ich möchte diese nicht zu Lasten von Sicherheit, wirtschaftlicher und moderner Handhabung und Wartung als zusätzliche Anforderung in den Vordergrund stellen.

Die oben genannten Anforderungen müssen erfüllt werden, ohne die äußeren Abmessungen und das Gewicht des Motors zu vergrößern oder wesentlich zu erhöhen. Die Leistung als wichtigster Parameter kann durch die erste naheliegende Lösung gesteigert werden: Erhöhung der Motordrehzahl! Dieser Ansatz wird vor allem bei Pkw-Motoren verfolgt, wo Nenndrehzahlen von bis zu 6000 U/min keine Seltenheit sind.
In Bezug auf die Masse ist dies bei größeren Motoren weniger machbar, und früher oder später werden hochdrehende Automotoren einen Punkt erreichen, an dem die Drehzahlen nicht mehr wirtschaftlich und sicher erhöht werden können!
Eine andere Lösung besteht darin, in der zur Verfügung stehenden Zeit mit dem richtigen Gemisch mehr Kraftstoff in den Zylinder zu bekommen, was jedoch mehr Luft erfordert, der der Motor durch die Sogwirkung des Kolbens weniger leicht folgen kann.
Die logische Lösung ist das bereits bekannte Boosten oder Überboosten durch weitere Erhöhung des Ladedrucks. In diesen Fällen bläst der Lader - Gebläse oder Kompressor - mehr Luft in die Motorzylinder ein, als der Motor selbst aus der Umgebung ansaugen kann, wodurch mehr Kraftstoff verbrannt oder das Temperaturniveau gesenkt werden kann.

Aufladung wird im Allgemeinen als leistungssteigernde Technik betrachtet, eine etwas einseitige Sichtweise. Die Aufladung ist in der Tat eines der wirksamsten Mittel zur Leistungssteigerung, aber sie kann auch den Wärmefluss und den Kraftstoffverbrauch verringern. Neben den Vorteilen gibt es auch einige Probleme bei der Verwendung von Turboladern (Turbolader = der Turbolader-Kompressor wird von einer Turbine angetrieben, die von den Abgasen des Motors gespeist wird, und seine Welle ist nicht mechanisch mit der Motorwelle verbunden).

Dies ergibt sich aus dem Prinzip des Turboladers:

- Mit zunehmender Motordrehzahl nimmt die geförderte Luftmenge fast proportional oder stärker zu, während gleichzeitig

- je höher die Motordrehzahl, desto mehr Abgas, desto schneller dreht sich die Turbine und desto mehr Luft liefert der Kompressor.

Verbrennungsmotoren benötigen nach diesem Effekt kein Luft- oder Kraftstoffgemisch, sondern:

- beim Anlassen des Motors und beim Einlegen der ersten Gänge mehr Kraftstoff benötigt und dann

- um die bei höheren Drehzahlen erforderlichen Drehmomente zu erreichen. 

Bei niedrigen Drehzahlen liefert der Turbolader wenig oder keine Luft, der Motor arbeitet also wie ein klassischer Saugmotor. Verzichtet man nun darauf und erhöht die Kraftstoffmenge, so erhöhen sich durch die ungünstige Gemischbildung die schädlichen Bestandteile im Abgas und der Kraftstoffverbrauch steigt ebenso, um nur die wichtigsten zu nennen.
Um diese unerwünschten Effekte zu beseitigen, werden Versuche durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Lader nicht auf die maximale Motordrehzahl abgestimmt wird, so dass er den erforderlichen Luftlieferwert früher erreicht. Der schädliche hohe Druck bei höheren Drehzahlen wird durch ein Regelventil korrigiert. Diese Lösung führt leider zu Energieverlusten!
Der andere Weg ist die dynamische Aufladung, die bei Rennwagen und Rennmotorrädern eingesetzt wird. Die Idee dahinter ist, dass bei richtiger Dimensionierung des Ansaugkrümmers die pulsierende Bewegung, die durch das sequentielle Ansaugen des Kolbens erzeugt wird, und der Eigenrückfluss der Luftsäule im Ansaugkrümmer koordiniert werden können! 
Die so in Schwingung versetzte Luftsäule, die zum richtigen Zeitpunkt in den Zylinder eintritt, erhöht die Luftmenge, die während des Ansaughubs einströmt.

Das Institut für Automobilforschung, damals noch Institut für Fahrzeugentwicklung, arbeitete bereits Anfang der 1960er Jahre an Saugschlauchsystemen für die dynamische Aufladung. Aufgrund der positiven Erfahrungen bei der Verbesserung der Motorkennwerte entstand die Idee, die beiden Lösungen mit einem Turbolader zu kombinieren, um die Unzulänglichkeiten des Kompressors, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, auszugleichen. So entstand die Idee der kombinierten Aufladung, die den Kern der in der Einleitung erwähnten Erfindung darstellt.

Die Idee war hervorragend, aber die Umsetzung gestaltete sich schwieriger. Es wurde sofort klar, dass die notwendige Abstimmung für niedrige Drehzahlen geometrische Abmessungen erfordert hätte, die zu ernsthaften Bauraumproblemen geführt hätten, und die relativ große Größe bei hohen Drehzahlen hätte die für die Erregung erforderliche Arbeit sowie den Verbrauch des Motors erhöht. Die Idee und dann die Anwendung des Resonanzbehälters löste dieses Problem auf einen Schlag und wurde zu einem entscheidenden Bestandteil der Erfindung. Die vollständige Konstruktion ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt. Der Resonanzbehälter ermöglicht es, das Ansaugsystem auf die Drehzahl abzustimmen, die die Natur des Motors erfordert, ohne dass die Abmessungen die eines herkömmlichen Ansaugkrümmers wesentlich überschreiten und ohne die Verluste zu erhöhen. Um dies zu verdeutlichen, betrachten wir die beteiligten Prozesse.

Der Kolben drückt die überschüssigen Verbrennungsgase aus dem Zylinder, indem er sich nach oben bewegt, und setzt sich im Ansaugkrümmer nach unten in Bewegung. In der ersten Hälfte dieser Bewegung muss er nun nicht nur Luft ansaugen, sondern auch die Bewegung der Luftsäule beschleunigen und die Schwingungen anregen. Dies ist natürlich mehr

Energie als im klassischen Fall des Ansaugens. In der zweiten Hälfte des Kolbenweges erreicht die Luftsäule mit der richtigen Anzahl von Hüben ihren Spitzendruck. Dieser Druck drückt das überschüssige Luftvolumen um den unteren Totpunkt des Kolbens und teilweise darüber hinaus in den Zylinder. Der soeben beschriebene Vorgang ist typisch für die Geschwindigkeit, auf die das Resonanzsystem abgestimmt ist, die so genannte Resonanzgeschwindigkeit.

Bei höheren Drehzahlen ändert sich das Bild radikal, da der Kolben relativ zur Schwinge eilt, so dass die Luft am Ende des Einlasshubs des Kolbens nicht mehr die Öffnung des Einlassventils erreicht oder kurz vor dem Ende des Moments steht, in dem die durch die Schwinge beschleunigte Luft versucht, in den Zylinder zu drängen.

Zu diesem Zeitpunkt hat das Einlassventil einen kleineren Strömungsquerschnitt und lässt diesen zusätzlichen Druck nicht eindringen, so dass seine Energie nach dem Schließen des Ventils nicht genutzt werden kann. Abgesehen davon ist klar, dass die verzögerte Luftbewegung nur Energie verbraucht, aber nicht die erforderliche Luftmenge bei der höheren Drehzahl liefert, wenn keine Änderungen an den Schläuchen vorgenommen werden, die an jedem einzelnen Zylinder angebracht sind.

Deshalb mussten die so genannten Resonanztanks eingebaut werden. Die Idee ist, dass 3-4 Zylinder an einen einzigen Resonatortank angeschlossen werden. Hier findet die Schwingung also nicht in einem einzelnen Rohr statt, sondern im Resonatortank und dem im Rohr strömenden Gas zusammen. Dies bedeutet auch, dass die kombinierte Wirkung mehrerer Zylinder für eine optimale Auslegung berücksichtigt werden kann. Bei niedrigen Drehzahlen um und unter der Resonanzdrehzahl ändert sich die Situation im Vergleich zum eben Gesagten nicht wesentlich.

Aber die Veränderung bei hohen Drehzahlen ist grundlegend. In diesem Fall haben wir gerade festgestellt, dass die verzögerte Schwingung die Öffnung des Einlassventils nicht erreicht. Nun aber geht der Überdruck nicht verloren, sondern wird im Resonanzbehälter zurückgehalten, und diese Luftbewegung geht sogar der Öffnung des Einlassventils des nächsten Zylinders voraus. Die Situation ist nun so, dass der hohe Druck der Luft, die bereits von dem einen Kolben angeregt wurde, nun mit hoher Geschwindigkeit in den anderen Zylinder strömt und den Kolben vor sich her schiebt. Dieser Kolben muss daher in der ersten Hälfte des Ansaugtaktes nur sehr wenig Arbeit leisten, die zum größten Teil von der Bewegung der durch den vorherigen Kolben angeregten Luft übernommen wird.

Eine weitere Folge dieser veränderten Schwungphase ist, dass die Hochdruck-Frischluft in den Zylinder strömt, wenn das Einlassventil geöffnet ist, d.h. wenn das Auslassventil noch geöffnet ist, um das sogenannte Spülen zu erleichtern. Diese Situation führt natürlich zu einem Anstieg der Spülluft bei hohen Drehzahlen. Es ist jedoch auch der Fall, dass die für die Verbrennung benötigte relative Luftmenge (Füllfaktor) abnimmt, zum einen durch die Erhöhung der Spülluftmenge und zum anderen dadurch, dass das Druckmaximum, die für die Verbrennung benötigte relative Luftmenge, in der zweiten Phase der Kolbenbewegung, wenn das Einlassventil bereits geschlossen ist, abnimmt. 

Die Erfindung der Motorradexperten des AUTO INDUSTRIAL RESEARCH INSTITUTE ist durch Patente in fast 30 Ländern geschützt. Nach anfänglicher Zurückhaltung hat das Tempo zugenommen!

Nach RÁBA, MAN, VOLVO und SAURER aus der Schweiz haben nordamerikanische und japanische Lkw-Hersteller den Einsatz der kombinierten Aufladung für ihre Motoren angeordnet. Auch die Hersteller von Pkw-Motoren haben sich engagiert: ALPINA, ein Hersteller von Spezialfahrzeugen, hat die Technologie als erster mit seinem Benzinfahrzeug auf den Markt gebracht, aber auch andere Diesel- und Benzinfahrzeuge werden die Technologie bald nutzen. In der Zwischenzeit veranschaulichen konkrete Daten und Diagramme der Umsetzung den bisher eingeschlagenen Weg.

Die Erfindung ist von großer Bedeutung für die heutigen motorischen Probleme. Die Erfinder selbst betonen jedoch, dass es sich nicht um ein "Allheilmittel" für alle motorischen Probleme handelt.

Die optimalen Anwendungen werden erforscht und an die jeweiligen Motortypen angepasst. Eines ist jedoch sicher: Um einen wirtschaftlichen und bedarfsgerechten Betrieb der klassischen Verbrennungsmotoren und eine prosperierende Motorenproduktion in den nächsten 10-15 Jahren zu gewährleisten, wird eine Kombination von Turboaufladung und Resonanzaufladung, also eine kombinierte Aufladung, unabdingbar sein!

DR KISS GYŐZ

den Straßenverkehr
Wissenschaftliches Forschungsinstitut 
Stellvertretender wissenschaftlicher Direktor