DE19624978A1 - Internal combustion engine for motor vehicles - Google Patents
Internal combustion engine for motor vehiclesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.The invention relates to an internal combustion engine in the preamble of claim 1 Art.
Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE 42 23 500 A1 be kannt.Such an internal combustion engine is from DE 42 23 500 A1 knows.
Die gattungsgemäße Konstruktion weist eine Expansionseinrichtung und eine Kompressionseinrichtung auf. Diese können jeweils ein oder mehrere Kammern variablen Volumens aufweisen, die bei spielsweise als Zylinder mit Hubkolben ausgebildet sind. Die Ex pansionseinrichtung entspannt Druckluft und treibt das Fahrzeug. Die Kompressionseinrichtung erzeugt Druckluft, wobei für den momentanen Fahrbetrieb nicht benötigte überschüssige Druckluft oder beispielsweise bei Verzögerung des Fahrzeuges gewinnbares Druckluft in einem Druckspeicher bevorratet wird, aus dem nach Umschaltung auf Druckluftbetrieb die Expansionseinrichtung ver sorgbar ist. Damit läßt sich in den meisten Beschleunigungsphasen, solange ausreichend Druckluft zur Verfügung steht, das Kraft fahrzeug nur mit Luft betreiben. Die bei üblichen Brennkraft maschinen bei Beschleunigung verstärkt anfallenden Abgase können somit vermieden werden. Im häufig vorkommenden Stadtbetrieb mit abwechselnden Verzögerungen und Beschleunigungen des Fahr zeuges lassen sich so der Verbrauch und die Abgasbelastung erheb lich verringern.The generic construction has an expansion device and a compression device. These can be one or have several chambers of variable volume, which at are designed, for example, as cylinders with reciprocating pistons. The ex expansion device relaxes compressed air and drives the vehicle. The compression device generates compressed air, whereby for the Excess compressed air that is not required at the moment of driving or obtainable, for example, when the vehicle is decelerated Compressed air is stored in a pressure accumulator, from which after Switching to compressed air operation the expansion device ver is careful. So in most acceleration phases, as long as sufficient compressed air is available, the force only operate the vehicle with air. The usual combustion power machines can accelerate exhaust gases thus be avoided. In the frequently occurring city business with alternating decelerations and accelerations of the driving the consumption and exhaust gas pollution can be increased diminish.
Bei der genannten bekannten gattungsgemäßen Konstruktion dient die Expansionseinrichtung auch als Brenneinrichtung. In ihr wird Brennstoff gezündet und das gezündete Brennstoff/Luftgemisch expandiert. Dazu sind insbesondere Kolbenmaschinen geeignet, wie sie in der DE 42 18 847 A1 beschrieben sind. Leider sind zur Zeit derartige Kolbenmaschinen noch nicht betriebsbereit.In the known known generic construction serves the expansion device also as a burning device. In it will Ignited fuel and the ignited fuel / air mixture expands. Piston machines are particularly suitable for this, such as they are described in DE 42 18 847 A1. Unfortunately are currently such piston machines are not yet ready for operation.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Brenn kraftmaschine der eingangs genannten Art mit heute verfügbaren Mitteln zu verwirklichen.The object of the present invention is a burning Engine of the type mentioned with today's available Means to realize.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 sowie alternativ mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 2 gelöst.This object is achieved with the features of Labeling part of claim 1 and alternatively with the Features of the characterizing part of claim 2 solved.
Nach beiden Ausführungsformen der Erfindung werden die Vorteile der gattungsgemäßen Konstruktion beibehalten, wenigstens bei Fahrzeugbeschleunigung, solange ausreichend Druck vorhanden ist, das Fahrzeug mittels der Expansionseinrichtung aus dem Druckgas vorrat und somit schadstoffarm anzutreiben. Als Brenneinrichtung ist eine gesonderte Einrichtung vorgesehen.According to both embodiments of the invention, the advantages maintain the generic construction, at least at Vehicle acceleration as long as there is sufficient pressure the vehicle from the compressed gas by means of the expansion device stock and thus to drive low pollution. As a burner a separate facility is provided.
Im Falle des Anspruches 1 ist dies eine selbständig arbeitende Hilfsbrennkraftmaschine, die beispielsweise als kleiner konventio neller Dieselmotor vorgesehen sein kann. Dieser treibt bei man gelndem Druckgasvorrat die Kompressionseinrichtung zum Auffül len des Druckspeichers. Er kann dabei, da Beschleunigungsspitzen des Fahrbetriebes aus dem Druckgasvorrat versorgt werden, im ab gasoptimalen mittleren Leistungsbetrieb laufen. Die Hilfsbrenn kraftmaschine kann auch bei leerem Druckspeicher zum Fahrzeug antrieb genutzt werden oder bei Vollast zum Druckgasbetrieb zuge schaltet werden. In the case of claim 1, this is an independent one Auxiliary internal combustion engine, for example as a small konventio neller diesel engine can be provided. This drives at man Geldenem pressurized gas supply, the compression device for filling len of the pressure accumulator. He can do this because of acceleration peaks of the driving operation are supplied from the compressed gas supply in the gas-optimized medium power operation. The auxiliary burn Engine can also go to the vehicle when the pressure accumulator is empty drive can be used or at full load for compressed gas operation be switched.
Gemäß Anspruch 2 ist ein Heißgaserzeuger vorgesehen, der Druck gas zur Versorgung der Expansionseinrichtung liefert, welche in diesem Fall als alleinige Antriebseinrichtung für das Fahrzeug dient und entweder im Brennstoffbetrieb vom Heißgaserzeuger oder im Druckgasbetrieb vom Druckspeicher mit Druckgas versorgt wird. Die Kompressionseinrichtung wird bei dieser Ausführungsform von der Expansionseinrichtung angetrieben.According to claim 2, a hot gas generator is provided, the pressure supplies gas to supply the expansion device, which in this case serves as the sole drive device for the vehicle and either in fuel mode from the hot gas generator or in Compressed gas operation is supplied with compressed gas from the pressure accumulator. The compression device is in this embodiment of the expansion device driven.
Bei beiden Ausführungsformen ergibt sich der Vorteil, daß die Ex pansionseinrichtung ohne Rücksicht auf Verbrennungsbetrieb nur für den Betrieb mit Druckgas oder Heißgas auszulegen ist, was mit vorhandenen Mitteln leicht möglich ist.In both embodiments, there is the advantage that the Ex expansion device regardless of combustion operation only for operation with compressed gas or hot gas, what is to be designed with existing funds is easily possible.
Die erfindungsgemäßen Konstruktionen bieten darüber hinaus eine große Vielzahl von Varianten, die im Hinblick auf einfache Kon struktion oder auf Verbrauchs- und Abgasoptimierung ausgerichtet sein können. So kann im Falle der Konstruktion des Anspruches 1 beispielsweise die Hilfsbrennkraftmaschine im Stadtbetrieb mit sei nen typischen Wechselbelastungen ständig mit konstanter Leistung betrieben werden in einem Betriebsbereich, bei dem der Verbrauch und die Abgase minimal sind. Die Hilfsbrennkraftmaschine kann dabei über den Kompressor ständig Druckgas liefern, mit dem die Expansionseinrichtung bedarfsweise das Fahrzeug treibt, und zwar nicht nur bei Beschleunigung, sondern auch in anderen Fahrzustän den. Ein solcher Betrieb bedingt zwar Umwandlungsverluste, hat aber den Vorteil, daß zur Energielieferung die Hilfsbrennkraftma schine im Konstantbetrieb, also unter optimalen Betriebsbedingun gen laufen kann, was sich günstig auf Verbrauch und Abgaserzeu gung auswirkt. Für Höchstleistungen, beispielsweise auf der Auto bahn, kann dann die Hilfsbrennkraftmaschine auch mit höheren Leistungen außerhalb ihres Optimalbereiches eingesetzt werden und dann auch zu direktem Antrieb umgeschaltet werden.The constructions according to the invention also offer a large variety of variants with regard to simple con structure or geared towards optimizing consumption and exhaust gas could be. So in the case of the construction of claim 1 for example, the auxiliary internal combustion engine in the city with typical alternating loads with constant power be operated in an operating area where consumption and the exhaust gases are minimal. The auxiliary engine can always deliver compressed gas via the compressor with which the Expansion device drives the vehicle when necessary, namely not only when accelerating, but also in other driving conditions the. Such an operation does cause conversion losses but the advantage that the auxiliary combustion ma machine in constant operation, i.e. under optimal operating conditions can run, which is favorable for consumption and exhaust gas effect. For top performance, for example on the car track, the auxiliary engine can then also with higher Services outside of their optimal range are used and can then also be switched to direct drive.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Auf diese Weise kann durch Umwandlung der Verzögerungsenergie des Kraftfahrzeuges in im Druckspeicher abgespeichertes Druckgas er heblich Kraftstoff und Abgas gespart werden.The features of claim 3 are advantageously provided. On this way, by converting the delay energy of the Motor vehicle in compressed gas stored in the pressure accumulator considerable savings in fuel and exhaust gas.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Hier mit läßt sich durch Antrieb des Fahrzeuges sowohl mit Druckgas als auch mit der Hilfsbrennkraftmaschine die Höchstleistung der Brennkraftmaschine erhöhen.The features of claim 4 are advantageously provided. Here with can by driving the vehicle both with compressed gas as well as with the auxiliary engine the maximum performance of the Increase internal combustion engine.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich die Expansionseinrichtung, wenn ihre Verbin dung mit dem Abtriebstrang des Kraftfahrzeuges nicht erforderlich ist, abkuppeln, womit durch ihr Mitlaufen bedingte Verluste ver mieden werden.The features of claim 5 are advantageously provided. On this way the expansion device can be used when its connection tion with the drive train of the motor vehicle is not required is uncoupling, which entails losses due to their tracking be avoided.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 6 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich die Kompressionseinrichtung auskuppeln, um Reibungsverluste einzusparen, wenn sie nicht benötigt wird, also beispielsweise, wenn der Druckspeicher gefüllt ist oder wenn für Dauerhöchstleistungen auf der Autobahn alle erzeugte Energie zum Fahrzeugantrieb verwendet werden muß.The features of claim 6 are advantageously provided. On in this way, the compression device can be disengaged Saving friction losses when it is not needed, so for example, if the pressure accumulator is full or if for Continuous peak performance on the highway all energy generated Vehicle drive must be used.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 7 vorgesehen. Damit läßt sich die Antriebsverbindung der Kompressionseinrichtung mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges unterbrechen, so daß die Kompressionseinrichtung nur im Bremsbetrieb mit dem Antriebs strang gekuppelt werden kann, ansonsten aber mit der auf anderem Drehzahlniveau laufenden Hilfsbrennkraftmaschine.The features of claim 7 are advantageously provided. In order to can the drive connection of the compression device with interrupt the drive train of the motor vehicle, so that the Compression device only in braking mode with the drive strand can be coupled, but otherwise with the other Speed level of running auxiliary engine.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, the invention is exemplary and schematic shown. Show it:
Fig. 1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in Ausfüh rungsform mit Hilfsbrennkraftmaschine, Fig. 1: an internal combustion engine according to the invention in exporting approximate shape with an auxiliary internal combustion engine,
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in Ausfüh rungsform mit Heißgaserzeuger, FIG. 2 shows an internal combustion engine according to the invention in exporting approximate shape with hot gas generator,
Fig. 3 in Teildarstellung der Fig. 1 im Bereich der Kompres sionseinrichtung eine Variante mit zwei Kompressi onseinrichtungen, Fig. 3 in partial view of Fig. 1 in the region of the compres sion means a variant with two Kompressi onseinrichtungen,
Fig. 4 in Teildarstellung der Fig. 1 im Mo tor/Kompressorbereich eine Variante mit zwei Mo tor/Kompressoreinheiten, Fig. 4 in partial view of Fig. 1 in the motor / compressor section of a variant with two motor / compressor units,
Fig. 5 eine Variante zur Ausführungsform der Fig. 2 mit zwei Expansionseinrichtungen und Fig. 5 shows a variant of the embodiment of FIG. 2 with two expansion devices and
Fig. 6 eine Variante der Ausführungsform der Fig. 1 mit an derer Getriebeverbindung zwischen den Einrichtun gen. Fig. 6 shows a variant of the embodiment of FIG. 1 with the gear connection between the devices gene.
Fig. 1 zeigt den Abtriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeuges mit Getriebe G zum Antrieb des Fahrzeuges beispielsweise über eine nicht dar gestellte Kardanwelle und Hinterachse. Über mehrere Winkelge triebe 2 sind an den Abtriebsstrang 1 Wellen 4, 5 und 6 gekoppelt, die jeweils eine steuerbare Trennkupplung 7, 8 und 9 aufweisen und die Getriebeverbindung mit einem als Hilfsbrennkraftmaschine dienenden Motor M, einer Kompressionseinrichtung K und einer Expansionseinrichtung E bewirken. Der Motor M und die Kom pressionseinrichtung K stehen ferner in einer Triebverbindung über eine Welle 10 mit Trennkupplung 11. Fig. 1 shows the drive train 1 of a motor vehicle with a transmission G for driving the vehicle, for example, via a propshaft and rear axle, not shown. Over several Winkelge gear 2 shafts 4 , 5 and 6 are coupled to the drive train 1 , each having a controllable clutch 7 , 8 and 9 and effecting the transmission connection with an engine serving as an auxiliary engine M, a compression device K and an expansion device E. The motor M and the compression device K are also in a drive connection via a shaft 10 with a clutch 11 .
Der Motor M ist als selbständig arbeitende Brennkraftmaschine ausgebildet, beispielsweise als schadstoffarmer Dieselmotor. Die Kompressionseinrichtung K und die Expansionseinrichtung E kön nen ein oder mehrere Kammern variablen Volumens aufweisen, je weils ausgebildet z. B. als Hubkolbenkammern oder als Drehkolben kammern, vorteilhaft in Ausführung wie in DE 42 18 847 A1 be schrieben.The engine M is an independently working internal combustion engine trained, for example as a low-pollution diesel engine. The Compression device K and the expansion device E can NEN have one or more chambers of variable volume, each Weil trained z. B. as reciprocating piston chambers or as rotary pistons chambers, advantageous in execution as in DE 42 18 847 A1 be wrote.
Die Kompressionseinrichtung K erzeugt Druckgas, z. B. aus einem mit einem speziellen Gas gefüllten Vorratsbehälter, in den das Gas in geschlossenem System nach Entspannung zurückgeführt wird. The compression device K generates compressed gas, e.g. B. from one with a special gas-filled storage container into which the gas in a closed system after relaxation.
Vorteilhaft wird als Druckgas jedoch Druckluft verwendet, die aus der Umgebungsluft erzeugt wird. Das Druckgas wird über eine Leitung 15 an eine Steuereinrichtung S geliefert, die zur Druckgas verteilung und Steuerung ausgebildet ist. An die Steuereinrichtung S ist über eine Leitung 16 ein Druckspeicher D angeschlossen, der als Luftspeichertank geeigneter Größe und Druckfestigkeit ausge bildet ist.However, compressed air, which is generated from the ambient air, is advantageously used as the compressed gas. The compressed gas is supplied via a line 15 to a control device S, which is designed for pressure gas distribution and control. To the control device S, a pressure accumulator D is connected via a line 16 , which forms an air storage tank of suitable size and pressure resistance.
Die Steuereinrichtung S kann überschüssiges Druckgas bei Über schreiten eines Maximaldruckes im Druckspeicher D über eine Lei stung 17 ins Freie abblasen und Druckgas bedarfsgesteuert aus dem Druckspeicher D über eine Leitung 18 der Expansionseinrichtung E zur dortigen Entspannung zuführen.The control device S can blow off excess pressure gas when exceeding a maximum pressure in the pressure accumulator D via a power supply 17 and supply pressure-controlled pressure gas from the pressure accumulator D via a line 18 to the expansion device E for relaxation there.
Eine Umschalteinrichtung U, z. B. in Ausführung als Steuercompu ter, überwacht den Betrieb der dargestellten Brennkraftmaschine. Über gestrichelt dargestellte Signalleitungen ist sie an verschiedene Stellen der Brennkraftmaschine angeschlossen. Im Ausführungsbei spiel empfängt sie über eine Leitung 20 vom Getriebe D Signale über den Fahrzustand des Kraftfahrzeuges insbesondere zur Fest stellung, ob das Fahrzeug beschleunigt, verzögert oder stillsteht. Über Leitungen 21, 22, 23 und 24 werden die Kupplungen 9, 8, 7 und 11 zum Ein- oder Ausrücken gesteuert. Über eine Leitung 25 werden Signale mit der Steuereinrichtung S ausgetauscht.A switching device U, z. B. in execution as Steuercompu ter, monitors the operation of the internal combustion engine shown. It is connected to various points of the internal combustion engine via signal lines shown in broken lines. In the exemplary embodiment, it receives signals via line 20 from the transmission D about the driving state of the motor vehicle, in particular to determine whether the vehicle is accelerating, decelerating or at a standstill. The clutches 9 , 8 , 7 and 11 are controlled for engagement or disengagement via lines 21 , 22 , 23 and 24 . Signals are exchanged with the control device S via a line 25 .
Wenn nach längerem Betriebsstillstand der Druckspeicher D leer ist und das Kraftfahrzeug anfahren soll, so wird bei laufendem Motor M die Kupplung 7 geschlossen. Der Motor M treibt den Antriebs strang 1 und somit das Kraftfahrzeug an. Wird nicht Maximallei stung des Motors M benötigt, so wird gleichzeitig die Kupplung 11 geschlossen und die Kompressionseinrichtung K angetrieben. Die Kupplungen 8 und 9 sind geöffnet. Ein Mitlaufen der Expansions einrichtung E unter Reibungsverlusten wird somit vermieden.If the pressure accumulator D is empty after a prolonged shutdown and the motor vehicle is to start, the clutch 7 is closed while the engine M is running. The motor M drives the drive train 1 and thus the motor vehicle. If maximum power of the motor M is not required, the clutch 11 is simultaneously closed and the compression device K is driven. The clutches 8 and 9 are open. Running along the expansion device E with friction losses is thus avoided.
Bei laufender Kompressionseinrichtung K kann die Steuereinrich tung S den Druckspeicher D bis zum maximalen Druck füllen. Ist dieser erreicht, so kann die Kupplung 11 wieder geöffnet werden, um Reibungsverluste in der Kompressionseinrichtung K zu vermei den.With the compression device K running, the control device S can fill the pressure accumulator D up to the maximum pressure. If this is reached, the clutch 11 can be opened again in order to avoid friction losses in the compression device K.
Ist der Druckspeicher D ausreichend gefüllt und soll das Kraftfahr zeug jetzt beschleunigen, so schaltet die Steuereinrichtung S auf Druckgasbetrieb um. Sie versorgt aus dem Druckspeicher D die Expansionseinrichtung E über die Leitung 18 mit Druckgas. Die Kupplung 9 wird geschlossen und das Kraftfahrzeug wird nun von der Expansionseinrichtung E angetrieben. Der Motor M kann abge schaltet oder im Leerlauf betrieben werden. Die Kupplungen 7, 8 und 11 können geöffnet werden, um Verluste zu vermeiden.If the pressure accumulator D is sufficiently filled and the motor vehicle should now accelerate, the control device S switches to compressed gas operation. It supplies the expansion device E with compressed gas from the pressure accumulator D via the line 18 . The clutch 9 is closed and the motor vehicle is now driven by the expansion device E. The engine M can be switched off or operated at idle. The clutches 7 , 8 and 11 can be opened to avoid losses.
Wird das Fahrzeug nur über die Expansionseinrichtung E angetrie ben und wird dabei Druckgas aus dem Druckspeicher D verbraucht, so kann der Motor M auch weiterlaufen und über die Kompres sionseinrichtung K laufend Druckgas erzeugen, das dem Druckspei cher D zugeführt wird. Es wird dabei vom Motor M erzeugte En ergie in Druckgas gewandelt und zum Druckluftantrieb des Fahr zeuges verbraucht. Dabei treten Wandlungsverluste auf gegenüber direktem Antrieb des Fahrzeugs durch den Motor M. Dennoch kann dieser Betrieb von Vorteil sein, da der Motor M in einem ab gas- und verbrauchsoptimierten Bereich kleiner Leistung betrieben wird, die dem mittleren Leistungsverbrauch im stark schwankenden Stadtbetrieb entspricht. Dadurch lassen sich die En ergiewandlungsverluste mehr als ausgleichen. Nur z. B. bei Höchstleistung auf der Autobahn ist es dann erforderlich, das Fahr zeug direkt vom Motor M in nicht optimalen Betriebszuständen an zutreiben.If the vehicle is only driven via the expansion device E. ben and thereby compressed gas is consumed from the pressure accumulator D, so the motor M can continue to run and over the compresses Sionseinrichtung K continuously generate compressed gas that the Druckspei cher D is supplied. It is generated by the engine M En energy converted into compressed gas and for driving the compressed air stuff consumed. Conversions are lost direct drive of the vehicle by the engine M. Nevertheless This operation can be advantageous because the engine M in one gas and consumption-optimized area with low power that fluctuates in the average power consumption City operation corresponds. This allows the En energy conversion losses more than compensate. Only z. B. at Top performance on the highway then requires driving testifies directly from the engine M in less than optimal operating conditions to drive.
Alternativ dazu kann der Betrieb auch so erfolgen, daß streng zwi schen Brennkraftbetrieb und reinem Druckgasbetrieb aus dem Druckspeicher D unterschieden wird, also bei Fahrzeugantrieb über die Expansionseinrichtung E der Motor M stets völlig abgeschaltet wird. Alternatively, the operation can also be carried out so that strictly between internal combustion operation and pure compressed gas operation from the A differentiation is made between pressure accumulator D, that is to say with vehicle drive the expansion device E the engine M always switched off completely becomes.
Wird Maximalleistung verlangt, so kann der Motor M zusätzlich durch Schließen der Kupplung 7 zum Fahrzeugantrieb eingesetzt werden.If maximum power is required, the motor M can also be used to drive the vehicle by closing the clutch 7 .
Auch bei anschließender Normalfahrt, solange noch ausreichend Druckgas im Druckspeicher D zur Verfügung steht, kann unter Ab schalten des Motors M das Kraftfahrzeug von der Expansionsein richtung E im Druckgasbetrieb betrieben werden.Even with subsequent normal travel, as long as sufficient Compressed gas in the pressure accumulator D is available under Ab the engine M switch the motor vehicle from expansion direction E can be operated in compressed gas mode.
Steht das Fahrzeug still, z. B. vor einer Ampel, und ist der Druck speicher D ausreichend gefüllt, so kann zur Anfahrbeschleunigung ebenfalls im Druckgasbetrieb nur mit der Expansionseinrichtung E und bei abgeschaltetem Motor M angefahren werden.If the vehicle is stationary, e.g. B. in front of a traffic light, and is the pressure memory D is sufficiently filled so that acceleration can start also in compressed gas operation only with the expansion device E. and be started with engine M switched off.
Bei Verzögerung des Fahrzeuges kann unter Öffnungen der Kupp lungen 7, 9 und 11 nur die Kupplung 8 geschlossen sein, so daß die Kompressionseinrichtung K aus der Verzögerung des Kraftfahrzeu ges Druckgas zum Auffüllen des Druckspeichers D liefert.If the vehicle is decelerated, openings 7 of the couplings 7 , 9 and 11 can only be used to close the clutch 8 so that the compression device K supplies compressed gas for filling up the pressure accumulator D from the deceleration of the motor vehicle.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 sind, soweit möglich, die Be zugszeichen der Ausführungsform der Fig. 1 verwendet. Die Aus führungsform der Fig. 2 stimmt mit der Ausführungsform der Fig. 1 hinsichtlich der Anordnung von Antriebsstrang 1, Kompressions einrichtung K, Expansionseinrichtung E, Steuereinrichtung S, Drucklufteinrichtung D, Umschalteinrichtung U und der zugehöri gen Druckluftleitungen und Steuerleitungen überein. Es fehlt der Motor M mit den zugehörigen Wellen 4 und 10 und Steuerleitun gen.In the embodiment of FIG. 2, the reference numerals of the embodiment of FIG. 1 are used as far as possible. The imple mentation form of FIG. 2 corresponds to the embodiment of Fig. 1 with respect to the arrangement of the drive train 1, compression means K, expansion device E, control means S, compressed air device D, switching means U and the related contractual compressed air lines and control lines match. The motor M with the associated shafts 4 and 10 and control lines is missing.
Statt dessen ist ein Heißgaserzeuger H vorgesehen, der über eine Leitung 30 Brennstoff und Verbrennungsluft erhält und über eine Leitung 31 Heißgas unter Druck an die Steuereinrichtung S liefert, die im Brennstoffbetrieb über die Leitung 18 die Expansions einrichtung E bedarfsgesteuert mit hochgespanntem Heißgas zum Antrieb des Fahrzeuges versorgt. Über eine Steuerleitung 32 wird der Heißgaserzeuger H bedarfsweise von der Umschalteinrichtung U ein- und ausgeschaltet.Instead, a hot gas generator H is provided, which receives fuel and combustion air via a line 30 and supplies hot gas under pressure to the control device S via a line 31 , which in fuel operation via line 18, the expansion device E is demand-controlled with high-tension hot gas for driving the vehicle provided. The hot gas generator H is switched on and off by the switching device U as required via a control line 32 .
Im Druckgasbetrieb läuft die Brennkraftmaschine der Ausführungs form der Fig. 2 genauso wie die der Ausführungsform der Fig. 1. Im Brennstoffbetrieb dagegen erfolgt der Antrieb des Fahrzeuges über die Expansionseinrichtung E bei geschlossener Kupplung 9 durch Versorgung mit Heißgas. Über eine Welle 33 mit Kupplung 34 sind Kompressionseinrichtung K und Expansionseinrichtung E bei Ansteuerung der Kupplung 34 über eine Steuerleitung 35 an triebskuppelbar zum Auffüllen des Druckspeichers D mit Druckgas. Es kann jedoch im Druckspeicher D auch Heißgas für den Druck gasbetrieb abgespeichert werden.In compressed gas operation, the internal combustion engine of the embodiment of FIG. 2 runs exactly like that of the embodiment of FIG. 1. In fuel operation, on the other hand, the vehicle is driven via the expansion device E with the clutch 9 closed by supplying hot gas. Compression device K and expansion device E can be coupled via a shaft 33 with clutch 34 when the clutch 34 is actuated via a control line 35 to fill up the pressure accumulator D with compressed gas. However, hot gas for pressure gas operation can also be stored in the pressure accumulator D.
Die Brennkraftmaschine der Fig. 2 läuft also bei Druckgasbetrieb während Fahrzeugbeschleunigungen, auch bei Fahrzeugstillstand oder bei Normalfahrt, solange ausreichend Druckgas im Druckspei cher D zur Verfügung steht, mit Versorgung der Expansions einrichtung E aus dem Druckspeicher D. Ist der Druckspeicher D leer, so wird die Expansionseinrichtung E aus dem Heißgaserzeuger H mit hochgespanntem Heißgas versorgt und treibt sowohl das Fahrzeug über die Kupplung 9 als auch die Kompressions einrichtung K über die Kupplung 34 zum Wiederauffüllen des Druckspeichers D.The internal combustion engine of FIG. 2 thus runs in compressed gas operation during vehicle accelerations, even when the vehicle is stationary or during normal driving, as long as compressed gas is sufficiently in Druckspei cher D available, with supply of the expansion device E from the pressure accumulator D. If the pressure accumulator D empty, then the expansion device E from the hot gas generator H is supplied with high-pressure hot gas and drives both the vehicle via the clutch 9 and the compression device K via the clutch 34 to refill the pressure accumulator D.
Die Brennkraftmaschine der Fig. 2 kann auch auf andere Weise betrieben werden, wobei nicht zwischen Brennkraftbetrieb und Druckgasbetrieb streng unterschieden wird. Dabei kann der Heiß gaserzeuger H mit mittlerem verbrauchs- und abgasorientiertem Betrieb ständig laufen, wobei die Expansionseinrichtung E das Fahrzeug treibt und gleichzeitig über die Kompressionseinrichtung K Druckgas für den Druckspeicher D erzeugt, und zwar auf höhe rem als vom Heißgaserzeuger H geliefertem Druck. Für kurzfri stige Leistungsspitzen beim Beschleunigen kann dann die nicht aus reichende Versorgung vom Heißgaserzeuger H durch Druckgaslie ferung aus dem Druckspeicher D ausgeglichen werden, während bei niedrigerer Leistungsanforderung der Druckspeicher D wieder aufgefüllt wird. Für Dauerhöchstleistung auf der Autobahn wird dann der Heißgaserzeuger H mit höherer Leistung betrieben, also außerhalb seines optimalen Arbeitsbereiches.The internal combustion engine of FIG. 2 can also be operated in another way, with no strict distinction being made between internal combustion engine operation and compressed gas operation. Here, the hot gas generator H with medium consumption and exhaust gas-oriented operation can run continuously, the expansion device E driving the vehicle and at the same time generating compressed gas for the pressure accumulator D via the compression device K, and at a higher rem than the pressure supplied by the hot gas generator H. For short-term power peaks during acceleration, the insufficient supply from the hot gas generator H can be compensated for by supplying compressed gas from the pressure accumulator D, while the pressure accumulator D is replenished at a lower power requirement. The hot gas generator H is then operated at a higher output for continuous maximum output on the motorway, that is to say outside of its optimal working range.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante zur Konstruktion der Fig. 1. Es ist dabei in einem Ausschnitt der Fig. 1 nur der Bereich der Kompressionseinrichtung K dargestellt, die bei der in Fig. 3 darge stellten Variante zwei Kompressionseinrichtungen K₁ und K₂ auf weist. Die Kompressionseinrichtung K₁ ist über die Welle 10 und die Trennkupplung 11 mit dem Motor M gekuppelt. Die Kompres sionseinrichtung K₂ ist über die Welle 5 und die Trennkupplung 8 an den Antriebsstrang 1 des Fahrzeuges gekuppelt. Beide Kompres sionseinrichtungen K₁ und K₂ fördern gemeinsam auf die zur Steuereinrichtung S führende Leitung 15. Die beiden Kompressi onseinrichtungen K₁ und K₂ sind über eine Welle 10′ und eine Trennkupplung 11′ getrieblich gekuppelt. Fig. 3 shows an embodiment of the construction of Fig. 1. It is shown in a section of Fig. 1, only the area of the compression device K, which has two compression devices K₁ and K₂ in the variant shown in Fig. 3 Darge. The compression device K₁ is coupled to the motor M via the shaft 10 and the separating clutch 11 . The compression device K₂ is coupled via the shaft 5 and the separating clutch 8 to the drive train 1 of the vehicle. Both compression devices K₁ and K₂ promote together on the line leading to the control device S 15th The two compression on devices K₁ and K₂ are coupled via a shaft 10 'and a separating clutch 11 '.
Bei dieser Ausführungsform können die beiden Kompressionsein richtungen K₁ und K₂ unterschiedlich ausgelegt werden. Die Kom pressionseinrichtung K₂ ist für sehr große Kompressionsleistungen ausgelegt und kann bei Kupplung über die Trennkupplung 8 an den Antriebsstrang 1 die volle Bremsleistung des Fahrzeuges zur Auf füllung des Druckspeichers D ausnutzen. Dadurch wird eine rest lose Rückgewinnung der Bremsenergie des Fahrzeuges möglich.In this embodiment, the two compression devices K₁ and K₂ can be interpreted differently. The compression device K₂ is designed for very large compression capacities and can use the full braking power of the vehicle to fill the pressure accumulator D when coupling via the clutch 8 to the drive train 1 . This enables a restless recovery of the braking energy of the vehicle.
Die Kompressionseinrichtung K₁ dagegen ist relativ klein ausgebil det und daher für den Betrieb bei der mittleren Leistung optimiert, mit der der Motor M im Stadtverkehr die Druckgasauffüllung des Druckspeichers D besorgt. Im Bedarfsfall lassen sich über die Trennkupplung 11′ beide Kompressionseinrichtungen K₁ und K₂ kuppeln, um Bremsleistungsspitzen aufzufangen oder um bei Bedarf den Druckspeicher D vom Motor M her mit Höchstleistung schnell aufzufüllen.The compression device K₁, however, is relatively small ausgebil det and therefore optimized for operation at the medium power with which the engine M provides the compressed gas filling of the pressure accumulator D in city traffic. If necessary, can be coupled via the separating clutch 11 'both compression devices K₁ and K₂ in order to absorb braking peaks or to quickly fill up the pressure accumulator D from the engine M if required with maximum output.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Konstruktion der Fig. 1, bei der die aus Motor M und Kompressionseinrichtung K bestehende Funktionseinheit doppelt ausgeführt ist mit Motor M₁ und Kompressionseinrichtung K₁ sowie Motor M₂ und Kompressi onseinrichtung K₂, die jeweils über Wellen 4₁, 5₁ sowie Wellen 4₂, 5₂ mit entsprechenden Trennkupplungen an den Antriebsstrang 1 gekoppelt sind und untereinander über Wellen mit Trennkupplun gen 11₁ und 11₂ gekoppelt sind. Beide Kompressionseinrichtungen K₁ und K₂ liefern Druckgas auf die zur Steuereinrichtung S füh rende Leitung 15. Fig. 4 shows a further embodiment of the construction of FIG. 1, in which the functional unit consisting of motor M and compression device K is double with motor M 1 and compression device K 1 and motor M 2 and compression device K 2, each via shafts 4 1, 5 ₁ and shafts 4 ₂, 5 ₂ are coupled to the drive train 1 with corresponding separating couplings and are coupled to one another via shafts with separating couplings 11 ₁ and 11 ₂. Both compression devices K₁ and K₂ deliver compressed gas to the line 15 leading to the control device S.
Bei dieser Variante können die beiden jeweils aus Motor und Kom pressionseinrichtung bestehenden Einheiten getrennt auf unter schiedliche Leistungsbereiche ausgelegt werden, wodurch sich der konstruktive Mehraufwand rechtfertigt. Sind Motor M₁ und Kom pressionseinrichtung K₁ für kleine Leistungen ausgelegt, so können sie im Stadtverkehr die dort nur geringe mittlere Druckgasleistung zum Betrieb des Fahrzeuges aufbringen, wobei Leistungsspitzen aus dem Druckspeicher D ausgeglichen werden. Für Dauerhöchstleistungen auf der Autobahn wird der größere Motor M₂ verwendet, der mit der größeren Kompressionseinrichtung K₂ auch eine Schnell aufladung des Druckspeichers D besorgen kann. Die größere Kom pressionseinrichtung K₂ kann auch für hohe Kompressionsleistun gen beim Bremsbetrieb des Fahrzeuges verwendet werden.In this variant, the two can each consist of engine and comm existing unit separately on below different performance ranges are designed, which the justifies additional constructive effort. Are engine M₁ and Kom pressure device K₁ designed for low power, so can the only low average compressed gas output in city traffic apply to the operation of the vehicle, with power peaks the pressure accumulator D are balanced. For permanent peak performance on the highway the larger engine M₂ is used, the with the larger compression device K₂ also a Schnell can charge the pressure accumulator D. The larger comm compression device K₂ can also be used for high compression performance be used when braking the vehicle.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante der Konstruktion der Fig. 2, wobei die Darstellung weitgehend der Darstellung der Fig. 2 ent spricht. Die gestrichelten Steuerleitungen und die Umschalteinrich tung U sind zur Vereinfachung weggelassen. Wie Fig. 5 zeigt, ist die Steuereinrichtung S etwas anders ausgelegt, und es ist zusätzlich zu der Expansionseinrichtung E₁, die der Expansionseinrichtung E der Ausführungsform der Fig. 2 entspricht, eine zweite Expansi onseinrichtung E₂ vorgesehen, die über eine Welle 6₂ mit Trenn kupplung an den Antriebsstrang 1 gekuppelt ist. Fig. 5 shows an embodiment of the construction of FIG. 2, the representation largely speaks ent the representation of FIG. 2. The dashed control lines and the Umschalteinrich device U are omitted for simplicity. As shown in Fig. 5, the control device S is designed somewhat differently, and it is in addition to the expansion device E₁, which corresponds to the expansion device E of the embodiment of FIG. 2, a second expansion device E₂ is provided, which has a shaft 6 ₂ with separation clutch is coupled to drive train 1 .
Mit dieser Konstruktion ist ein Betrieb möglich, bei dem der Heiß gaserzeuger H nur zum Betrieb der Expansionseinrichtung E₁ ver wendet wird. Diese lädt ständig über die Kompressionseinrichtung K den Druckspeicher D auf. Druckgas aus dem Druckspeicher D wird über die Leitung 18₂ der zweiten Expansionseinrichtung E₂ zum Antrieb des Fahrzeuges zugeführt. Im Normalfall, also bei kleineren Betriebsleistungen, erfolgt der Antrieb des Fahrzeuges ausschließlich über die Expansionseinrichtung E₂, die mit den wechselnden Leistungen, die der Fahrbetrieb erfordert, aus dem Druckspeicher D betrieben wird, während der Heißgaserzeuger H stets mit gleichmäßigem optimiertem Betrieb im mittleren Lei stungsbereich arbeitet. Bei Dauerhöchstleistungen wird der Heiß gaserzeuger H zu höheren Leistungen hochgefahren und treibt das Fahrzeug über die Expansionseinrichtung E₂ oder bedarfsweise auch parallel über die Expansionseinrichtung E₁. Die Kompressi onseinrichtung K wird dann abgekuppelt.With this construction, an operation is possible in which the hot gas generator H is used only to operate the expansion device E 1 ver. This constantly charges the pressure accumulator D via the compression device K. Pressurized gas from the pressure accumulator D is fed via line 18 ₂ to the second expansion device E₂ for driving the vehicle. In the normal case, i.e. with lower operating powers, the vehicle is driven exclusively via the expansion device E₂, which is operated with the changing powers that the driving operation requires, from the pressure accumulator D, while the hot gas generator H always has a uniformly optimized operation in the middle performance range is working. At continuous peak performance, the hot gas generator H is ramped up to higher powers and drives the vehicle via the expansion device E₂ or, if necessary, also in parallel via the expansion device E₁. The compression device K is then uncoupled.
Die vorliegende Erfindung läßt eine große Vielzahl von Ausfüh rungsvarianten zu, die sich hinsichtlich der Steuerung der Be triebszustände und auch hinsichtlich der baulichen Anordnung sehr weitgehend unterscheiden können. Ein Beispiel wird anhand der Fig. 6 erläutert, die eine Ausführungsvariante der Grundkonstruk tion der Fig. 1 zeigt. Der wesentliche Unterschied liegt darin, daß der Motor M die Kompressionseinrichtung K und die Expansions einrichtung E nicht wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 parallel über Wellen 4, 5 und 6 an den Antriebsstrang 1 gekuppelt sind, sondern, wie die Fig. 6 zeigt, in Reihe hintereinander gekuppelt sind.The present invention allows a large variety of Ausfüh approximate variants that can be very different in terms of the control of the operating conditions and also in terms of the structural arrangement. An example is explained with reference to FIG. 6, which shows an embodiment variant of the basic construction of FIG. 1. The main difference is that the motor M, the compression device K and the expansion device E are not coupled in parallel to the drive train 1 as in the embodiment of FIG. 1 via shafts 4 , 5 and 6 , but as shown in FIG. 6 , are coupled in a row.
Motor M, Expansionseinrichtung E und Kompressionseinrichtung K₂ sind mit Wellen und Kupplungen in Reihe hintereinander ge kuppelt, wobei die Kompressionseinrichtung K₂ direkt mit dem Antriebsstrang 1 zum Getriebe G verbunden ist. Mit dieser Anord nung M, E, K₂ können alle zu Fig. 1 erläuterten Betriebszustände gefahren werden. Der Unterschied ist lediglich der, daß nicht die Möglichkeit besteht, bei Antrieb des Fahrzeuges über den Motor M die Expansionseinrichtung E und die Kompressionseinrichtung K₂ abzukuppeln. Diese müssen vielmehr mitlaufen, was Reibungsver luste mit sich bringt. Es kann aber bei Bremsbetrieb nur die Kom pressionseinrichtung K₂ vom Fahrzeug angetrieben werden, wäh rend M und E abgekuppelt sind. Treibt im reinen Druckgasbetrieb die Expansionseinrichtung E das Fahrzeug, so kann immerhin noch der Motor M abgekuppelt werden.Motor M, expansion device E and compression device K₂ are coupled with shafts and couplings in series one behind the other, the compression device K₂ being connected directly to the drive train 1 for the transmission G. With this arrangement M, E, K₂ all of the operating states explained in FIG. 1 can be operated. The difference is only that it is not possible to decouple the expansion device E and the compression device K₂ when driving the vehicle via the motor M. Rather, they have to run with them, which causes friction losses. But it can only be driven by the vehicle compression device K₂ during braking, while M and E are uncoupled. If the expansion device E drives the vehicle in pure compressed gas operation, the engine M can still be uncoupled.
Wie Fig. 6 zeigt, kann zusätzlich eine Kompressionseinrichtung K₁ vorgesehen sein, die auf der anderen Seite des Motors M über Welle und Trennkupplung angeschlossen ist. Sie ist parallel zur Kompressionseinrichtung K₂ an die zur Steuereinrichtung S füh rende Leitung 15 angeschlossen. Damit ist es möglich, bei Tren nung der Kupplung zwischen M und E mit dem Motor M über die Kompressionseinrichtung K₁ Druckgas zu erzeugen und mit dem erzeugten Druckgas über die Expansionseinrichtung E das Fahrzeug zu treiben, wobei, wie bereits bei den anderen Ausführungsformen erwähnt, sich im Stadtverkehr Verbrauchs- und Abgasvorteile erge ben. Für kurzfristige Spitzenleistungen besteht wiederum die Mög lichkeit, das Fahrzeug gleichzeitig von E und von M anzutreiben.As shown in Fig. 6, a compression device K₁ can also be provided, which is connected on the other side of the motor M via shaft and clutch. It is connected in parallel to the compression device K₂ to the line 15 leading to the control device S. This makes it possible to generate compressed gas at Tren voltage of the clutch between M and E with the motor M via the compression device K 1 and to drive the vehicle with the generated compressed gas via the expansion device E, whereby, as already mentioned in the other embodiments, itself In urban traffic, there are advantages in terms of fuel consumption and emissions. For short-term peak performance, there is again the option of driving the vehicle from E and M at the same time.
Claims (7)
mit Druckgas den Druckspeicher (D) bis zu einem Maximal druck auffüllt,
wobei die Steuereinrichtung die Expansionseinrichtung (E) bedarfsgesteuert aus dem Druckspeicher (D) versorgt,
wobei dieser Druckgasantrieb wenigstens bei Fahrzeugbe schleunigung eingeschaltet ist, solange der Druckspeicher (D) ausreichend gefüllt ist,
und wobei die Brennkraftmaschine von einer Brenneinrich tung unter Verbrennung von Brennstoff mit Energie versorgt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brenneinrichtung als selbständig arbeitende Hilfs brennkraftmaschine (Motor M) ausgebildet ist, von der die Kompressionseinrichtung (K) antreibbar ist. 1. Fuel engine for motor vehicles, with an expansion device (E) for vehicle drive, a compression device (K) for generating compressed gas, a pressure accumulator (D) and a control device (S) that receives compressed gas from the compression device and the
Fills the pressure accumulator (D) up to a maximum pressure with compressed gas,
wherein the control device supplies the expansion device (E) under demand from the pressure accumulator (D),
wherein this compressed gas drive is switched on at least during vehicle acceleration, as long as the pressure accumulator (D) is sufficiently filled,
and wherein the internal combustion engine is supplied with energy by a combustion device by burning fuel,
characterized,
that the combustion device is designed as an independently operating auxiliary engine (motor M), from which the compression device (K) can be driven.
mit Druckgas den Druckspeicher (D) bis zu einem Maximal druck auffüllt,
wobei die Steuereinrichtung die Expansionseinrichtung (E) bedarfsgesteuert aus dem Druckspeicher (D) versorgt,
wobei dieser Druckgasantrieb wenigstens bei Fahrzeugbe schleunigung eingeschaltet ist, solange der Druckspeicher (D) ausreichend gefüllt ist,
und wobei die Brennkraftmaschine von einer Brenneinrich tung unter Verbrennung von Brennstoff mit Energie versorgt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brenneinrichtung als brennstoffverbrennender Heiß gaserzeuger (H) ausgebildet ist, der Heißgas unter Druck an die Steuereinrichtung (S) liefert zur bedarfsgesteuerten Ver sorgung der Expansionseinrichtung (E), von der die Kompressionseinrichtung (K) antreibbar ist.2. Fuel engine for motor vehicles, with an expansion device (E) for vehicle drive, a compression device (K) for generating compressed gas, a pressure accumulator (D) and a control device (S) which receives compressed gas from the compression device and which
Fills the pressure accumulator (D) up to a maximum pressure with compressed gas,
wherein the control device supplies the expansion device (E) under demand from the pressure accumulator (D),
wherein this compressed gas drive is switched on at least during vehicle acceleration, as long as the pressure accumulator (D) is sufficiently filled,
and wherein the internal combustion engine is supplied with energy by a combustion device by burning fuel,
characterized,
that the combustion device is designed as a fuel-burning hot gas generator (H), the hot gas under pressure to the control device (S) supplies for demand-controlled supply of the expansion device (E), from which the compression device (K) can be driven.
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