DD149688A1 - ARRANGEMENT OF A AIR PRESSER IN A MULTI-CYLINDER PISTON BURNER - Google Patents
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Abstract
Waehrend das Ziel der Erfindung darin besteht, kleinere Luftpresser verwenden zu koennen und die Laufzeit der Luftpresser zu verkuerzen, ist es die Aufgabe der Erfindung, bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine den Luftpresser so anzuordnen, dasz die Gestaltung der Ansaugleitungen einfacher, der Luftpresser thermisch entlastet und eine Erhoehung der Foerdermenge erreicht wird. Die Erfindung besteht nunmehr darin, dasz bei Zwischenkuehlung der Ladeluft durch einen in der Ladeluftleitung angeordneten Ladeluftkuehler die Saugleitung fuer den Luftpresser zwischen dem Ladeluftkuehler und den Einlaszkanaelen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist. Erfolgt die Zwischenkuehlung der Ladeluft durch besondere Mittel wie beispielsweise Waermetauscher, so ist es moeglich, dasz die Saugleitung fuer den Luftpresser zwischen dem Frischluftverdichter und den Einlaszkanaelen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen und in der Saugleitung ein Zwischenkuehler vorgesehen wird.While the object of the invention is to be able to use smaller air compressors and to shorten the running time of the air compressors, it is the object of the invention to arrange the air compressor in a supercharged internal combustion engine so that simplifies the design of the intake manifolds, the air compressor thermally relieved and a Increasing the amount of conveyer is achieved. The invention consists in the fact that the suction line for the air compressor between the charge air cooler and the intake ducts of the internal combustion engine is connected to the charge air duct when the charge air is intercooled by a charge air cooler arranged in the charge air duct. If the intermediate cooling of the charge air by special means such as heat exchangers, so it is possible that the suction line for the air compressor between the fresh air compressor and the Einlaszkanaelen the internal combustion engine connected to the charge air line and in the suction line an intercooler is provided.
Description
_4- 2 1*9 91 6 Berlin, den 3. 7. 80_4- 2 1 * 9 91 6 Berlin, 3. 7. 80
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Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraf tmaschine Arrangement of an air compressor in a multi-cylinder stroke piston-Brennkraf machine
Die Erfindung ist bei allen aufgeladenen Brennkraftmaschinen anwendbar» * .,.,,.The invention is applicable to all supercharged internal combustion engines ».
Die Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens einer aus einer Abgasturbine oder einem Antriebsmotor und einem Frischluftverdichter bestehenden Ladegruppo und einer Zwischenkühlung der Ladeluft ist bereits bekannt. Durch den Frischluftverdichter und die Zwischenkühlung wird eine wesentlich bessere Zylinderfüllung und damit eine höhere Leistung des Motors erreicht. Die Saugluft für den Luftpresser, der zur Speisung der Fahrzeug-Bremsen, der Luftfederung, für Türöffner u. a. dient, wird dabei zwischen dem Rohluftfilter und dem Ansaugstutzen des Frischluftverdichters abgezweigt, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß ein zusätzlicher Luftfilter für die Ansaugluft des Luftpressers und die damit anfallenden Wartungsarbeiten entfallen. Erkauft wird dieser Vorteil allerdings durch oft lange und wegen der Platzverhältnisse kompliziert gebogene und daher entsprechend teuere Ansaugleitungen für den Luftpresser. Der Bauaufwand ist daher oft erheblich.The arrangement of an air compressor in a multi-cylinder reciprocating internal combustion engine with at least one consisting of an exhaust gas turbine or a drive motor and a fresh air compressor Ladegruppo and an intermediate cooling of the charge air is already known. Due to the fresh air compressor and the intermediate cooling a much better cylinder filling and thus a higher power of the engine is achieved. The suction air for the air compressor, which feeds the vehicle brakes, the air suspension, door openers u. a. serves, it is branched off between the raw air filter and the intake of the fresh air compressor, resulting in the advantage that an additional air filter for the intake air of the air compressor and the resulting maintenance work accounts. However, this advantage is bought by often long and complicated because of the space and therefore bent accordingly expensive intake pipes for the air compressor. The construction cost is therefore often considerable.
Weiter hat die bekannte Anordnung den Nachteil, daß die Endtemperaturen am Luftpresser wegen Aufheizung der Ansaugluft und damit die thermische Belastung hoch sind, was sich durchNext, the known arrangement has the disadvantage that the final temperatures at the air compressor for heating the intake air and thus the thermal load are high, which is characterized by
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geringere Fördermengen bemerkbar macht. Die Einschaltdauer des Einzylinder-Luftpressers ist deshalb entsprechend hoch oder man muß einen Doppelluftpresser vorsehen, der ebenfalls einen höheren Energieaufwand und dazu mehr Raum benötigt.makes smaller flow rates noticeable. The duty cycle of the single-cylinder air compressor is therefore correspondingly high or you must provide a double air compressor, which also requires a higher energy consumption and more space.
Ziel der Erfindung ist es, kleinere Luftpresser verwenden zu können und die Laufzeit der Luftpresser zu verkürzen,The aim of the invention is to be able to use smaller air compressors and to shorten the duration of the air compressor,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art den Luftpresser derart anzuordnen, daß die Gestaltung der Ansaugleitungen einfacher, der Luftpresser thermisch entlastet und eine Erhöhung der Fördermenge erreicht wird.Object of the present invention is to arrange the air compressor in an internal combustion engine of the type described above such that the design of the intake easier, the air compressor thermally relieved and an increase in the flow rate is achieved.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch.gelöst, daß bei Zwischenkühlung der Ladeluft" durch einen in der Ladeluftleitung angeordneten Ladeluftkühler die Saugleitung für den Luftpresser zwischen dem Ladeluftkühler und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist.According to the invention, this object is achieved. Solves that with intercooling the charge air "is arranged by a charge air cooler arranged in the charge air cooler, the suction line for the air compressor between the charge air cooler and the intake ports of the internal combustion engine to the charge air line.
Erfolgt die Zwischenkühlung der Ladeluft durch ander© Mittel wie beispielsweise andere Wärmetauscher, so wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Saugleitung für den Luftpresser zwischen dem Frischluftverdichter und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist, und daß in der Saugleitung ein Luftzwischenkühler vorgesehen ist.If the intercooling of the charge air by other © means such as other heat exchangers, it is proposed according to the invention that the suction line for the air compressor between the fresh air compressor and the intake ports of the internal combustion engine is connected to the charge air line, and in that an air intermediate cooler is provided in the suction line.
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Durch die beschriebenen Möglichkeiten erhält man für den Luftpresser praktisch eine stufenweise Verdichtung mit Zwischenkühlung« Die erste Stufe stellt der Frischluftverdichter der Ladegruppe mit adiabater bzw. isentroper Verdichtung auf einen relativ niedrigen Druck dar, die Zwischenkühlung wird vom Ladeluftkühler oder vom Luftzwischenkühlor übernommen. Ersterer hat vor allem den Zweck, die erhitzte Ladeluft zum Erreichen einer besseren Zylinderfüllung auf eine für die Motorbeschickung günstige Temperatur zurückzukühlen. Die zweite Stufe übernimmt dann der Luftpresser mit politroper Verdichtung auf einen entsprechend hohen Druck»By the described possibilities one obtains for the air compressor practically a stepwise compression with intermediate cooling "the first stage represents the fresh air compressor of the loading group with adiabater or isentropic compaction to a relatively low pressure, the intermediate cooling is taken over by the intercooler or the intermediate air cooler. The former has the main purpose of cooling the heated charge air to achieve a better cylinder filling at a favorable temperature for the engine feed. The second stage then takes over the air compressor with political compression to a correspondingly high pressure »
Durch die Zwischenkühlung im Ladoluftkühler oder im Luftzwischenkühler entstehen am Luftpresser niedrigere Endtemperaturen als bei der bisherigen Anordnung, die thermische Belastung ist daher geringer« Es kann mit einer Tomperatureenkung um ca« 60 K gerechnet werden· VYaD die Fördermenge anbetrifft, so kann der Luftpresser bei gleichem Druck bis zu 70 % mehr leisten, wodurch sich seine Einschaltdauer erheblich verringert oder auf einen Doppelluftpresser verzichtet werden kann.Due to the intercooling in the charge air cooler or in the air intercooler, the air compressor produces lower final temperatures than the previous arrangement, the thermal load is therefore lower Pressure up to 70 % more, which significantly reduces its duty cycle or can be dispensed with a double air compressor.
Zu erwähnen wäre schließlich noch, daß sich die Druckbedingungen am Ende der Kompression bei gleichen Luftpresser-Drehzahlen nicht wesentlich ändern. Die spezifische Belastung der Lager erhöht sich deshalb nicht.Finally, it should be mentioned that the pressure conditions at the end of the compression do not change significantly at the same air compressor speeds. The specific load on the bearings therefore does not increase.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:
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Fig· 1: einen aufgeladenen Motor mit der erfindungsgemäßen Anordnung rein schematisch;Fig. 1: a supercharged engine with the inventive arrangement purely schematically;
Fig# 2: ein Diagramm über den Druck- und Temperaturvorlauf der Frischluft bis zur Endverdichtung;Fig. 2: a diagram of the pressure and temperature flow of the fresh air to the final compression;
Fig· 3: ein Diagramm, aus dem die Erhöhung der F'Tdermenge des Luftpressers erkennbar ist, die durch die Anordnung nach der Erfindung erreicht wird.Fig. 3 is a graph showing the increase in the amount of air compressor which is achieved by the arrangement according to the invention.
In Fig. 1 ist eine aus einer Abgasturbine 1 und einem mechanisch mit dieser gekuppelten Frischluftverdichter 2 bestehende Ladegruppe angedeutet. Die Abgasturbine 1 wird entsprechend den Pfeilen 3 von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmt und treibt den Frischluftverdichter 2 an, der über einen Rohluftfilter 5 entsprechend dem Pfeil 6 unterIn Fig. 1 an existing from an exhaust turbine 1 and a mechanically coupled with this fresh air compressor 2 charging group is indicated. The exhaust gas turbine 1 is flowed through by the exhaust gases of the internal combustion engine according to the arrows 3 and drives the fresh air compressor 2, which via a Rohluftfilter 5 according to the arrow 6 below
Atmosphärendruck stehende Frischluft ansaugt, sie auf etwa 2 bar verdichtet und dann durch eine Ladeluftleitung 7 in einen Ladeluftkühler 8 schiebt· Nimmt man an, daß die Frischluft eine Temperatur von 20 bis 30 0C hat, so wird sie beim Eintritt in den Frischluftverdichter 2 durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung auf ca· 50 bis 60 C erwärmt werden. Beim Austritt aus dem Frischluftverdichter 2 beträgt die Temperatur ca· 120 bis 130 0C. Im Ladeluftkühler 8 erfolgt eine Abkühlung auf ca. 60 0C. Mit dieser Temperatur wird die Frischluft durch die Ladeluftleitung 7a den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 4 zugeführt·Atmosphere pressurized F r ischluft sucks, compresses bar to about 2, and then pushed by a charge-air line 7 in a charge air cooler 8 x Assuming that the fresh air has a temperature 20 to 30 0 C, then it is entering the fresh air compressor 2 are heated by heat conduction and heat radiation to about 50 ° C to 60 ° C. When leaving the fresh air compressor 2, the temperature is approximately 120 to 130 ° C. The charge air cooler 8 cools to approximately 60 ° C. With this temperature, the fresh air is supplied through the charge air line 7a to the individual cylinders of the internal combustion engine 4.
Die Ladeluftleitung 7a weist einen Abzweig 9 auf, der zu einem als Kolbenverdichter ausgebildeten Luftpresser 10 fuhrt, der die Frischluft auf ca. 11 bar verdichtet«,The charge air line 7a has a branch 9, which leads to a piston compressor designed as an air compressor 10, which compresses the fresh air to about 11 bar,
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Wird die Zwischenkühlung durch andere Mittel als einen Ladeluftkühler 8 vorgenommen oder erfolgt gar keine Kühlung, so kann praktisch der gleiche Effekt erzielt werden, wenn man in den Abzweig 9 einen separaten Luftzwischenkühler 8a einbaut, wie er in Fig. 1 strichliert eingezeichnet ist.If the intermediate cooling is carried out by means other than an intercooler 8 or if no cooling takes place, the same effect can be achieved if a separate air intercooler 8a is installed in the branch 9, as shown in broken lines in FIG.
In Fig* 2 ist ein sog. pV-Diagramm dargestellt, d. h. auf der Ordinate 11 wird das Volumen V in dm und auf der Abszisse 12 der Verdichtungsdruck ρ in bar aufgetragen. Wird beispielsweise ein bestimmtes Frischluftvolumen bei einer Temperatur T von ca« 45 C und Atmosphärendruck von 1 bar angesaugt, so schneiden sich die Drucklinie 13, die Volumonlinie 14 und die Isotherme 15 in einem Punkt I. Verdichtet man die Frischluft auf 2 bar, so schneiden sich die Linien 13'; 14'; 15' im Punkt II, wo bereits eine Erwärmung auf T ca. 120 0C erfolgte. Es ergibt sich eine Kurve 16. Läßt man den Luftpresser 10 in herkömmlicher Art von ρ = 1 bar bis ρ = 11 bar verdichten, so führt die Verdichtungskurve 17 von Punkt II wie strichpunktiert dargestellt zum Punkt II1 , in dem sich die Linien 13"; 14"; 15" schneiden. Die Temperatur T in diesem Punkt beträgt ca» 280 0C.FIG. 2 shows a so-called pV diagram, that is, the ordinate 11 plots the volume V in dm and the abscissa 12 the compaction pressure p in bar. If, for example, a certain fresh air volume is drawn in at a temperature T of about 45 ° C. and atmospheric pressure of 1 bar, the pressure line 13, the volumetric line 14 and the isotherm 15 intersect at a point I. If the fresh air is compressed to 2 bar, then cut the lines 13 '; 14 '; 15 'in point II, where already a warming to T was about 120 0 C. A curve 16 is obtained. If the air compressor 10 is compressed in a conventional manner from ρ = 1 bar to ρ = 11 bar, the compression curve 17 leads from point II as shown in phantom to the point II 1 , in which the lines 13 " 14 "; 15 ", the temperature T at this point is about 280 ° C.
Nach der Erfindung erfolgt die Verdichtung von Punkt I nach Punkt II durch den Frischluftverdichter 2. Im Ladeluftkühler 8 wird sie von T ca. 120 0C auf T ca. 60 0C zurückgekühlt. Es ergibt sich der Punkt III. Nun setzt der Luftpresser 10 ein und verdichtet die Frischluft nach der Kurve 18 bis 11 bar, wo sich der Punkt IV ergibt und eine Temperatur T von ca. 220 0C herrscht.According to the invention, the compression of point I to point II is carried out by the fresh air compressor 2. In the intercooler 8, it is recooled from T about 120 0 C to T about 60 0 C. This results in the point III. Now uses the air compressor 10 and compresses the fresh air after the curve 18 to 11 bar, where the point IV results and a temperature T of about 220 0 C prevails.
Daraus geht hervor, daß durch die Zwischenkühlung am Ver-It can be seen from this that due to the intercooling at the
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dichtungsende niedrigere Temperaturen entstehen, wodurch die thermische Belastung geringer wird. Diese Überlegung kann durch folgende Berechnung bestätigt werden:sealing lower temperatures occur, whereby the thermal load is lower. This consideration can be confirmed by the following calculation:
Ist beispielsweise im Punkt III ein Frischluftvolumen VIT_ von 0,293 dm bei einem Druck von P111 ca· 2 bar und einer Temperatur von T111 ca. 60 C vorhanden, so gilt bei polytroper Verdichtung mit einem Polytropenexponenten von η « 1,3 auf 11 bar.For example, at point III, a fresh air volume V IT _ of 0.293 dm at a pressure of P 111 ca · 2 bar and a temperature of T 111 about 60 C available with, for the polytropic compression with a polytropic exponent of η "1.3 to 11 bar.
PIV n P IV n
IIIIII
PIV s PII* a ^1 bar P IV s P II * a ^ 1 bar
II 2 bar IV » 333 KII 2 bar IV »333 K
TIV » 333 K . (-f^- )\- - = 493 K = 220 °C.T IV »333 K. (-f ^ -) \ - - = 493 K = 220 ° C.
Vergleicht man dieses Ergebnis mit dem eines Luftpressers, der in der eingangs beschriebenen Art und Weise seine Ansaugluft auf der Verbindungsleitung zwischen Rohluftfilter und Frischluftverdichter erhält, so ergibt sich bei gleichem Frischluftvolumen, atmosphärischem Druck von 1 bar und ebenfalls durch Wärmeleitung und -strahlung erwärmter Ansaugluft von ca. 45 0C eine Endtemperatur von ca.Comparing this result with that of an air compressor, which receives its intake air in the manner described above on the connecting line between the raw air filter and fresh air compressor, so results in the same volume of fresh air, atmospheric pressure of 1 bar and also by heat conduction and radiation heated intake air approx. 45 0 C a final temperature of approx.
T11. «= 319 K . (-—-) \ = 553 K = 280 °C.T 11 . «= 319 K. (---) \ = 553 K = 280 ° C.
Es entsteht also eine Temperaturdifferenz von 60 K.This results in a temperature difference of 60 K.
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Eine nähere Erläuterung der Bezeichnungen dürfte sich erübrigen, sie beziehen sich jeweils auf die Punkte II; II1; III und IV in Fig. 2.A more detailed explanation of the names is not necessary, they refer to each of the points II; II 1 ; III and IV in Fig. 2.
Fig. 3 zeigt einen Vergleich der Fördermengen des Luftpressers 10, die pro Hub erreicht wird. Auf der Ordinate 19 ist das Volumen pro Hub Vj. und auf der Abszisse 22 wieder der Verdichtungsdruck ρ aufgetragen. Wird die Frischluft wie bisher von 1 bar (P3. in Fig. 2) auf 11 bar (P11. in Fig. 2) nur vom Luftpresser 10 verdichtet, so ergibt sich,wie aus den strichpunktiert dargestellten Linien 20; 21 erkennbar ist, bei polytroper Verdichtung ein Fördervolumen Vp,Fig. 3 shows a comparison of the flow rates of the air compressor 10, which is achieved per stroke. On the ordinate 19 is the volume per stroke Vj. and plotted on the abscissa 22 again the compression pressure ρ. If, as hitherto, the fresh air is compressed from 1 bar (P 3 in Fig. 2) to 11 bar (P 11 in Fig. 2) only by the air compressor 10, then, as shown by the dot-dash lines 20; 21 can be seen, with polytropic compression a delivery volume V p ,
Verdichtet hingegen der Luftpresser 10 erst von 2 bar (pTTJ) bei 60 C auf 11 bar (P ..), so erhält man bei gleichem Hubvolumen Vj, ein Fördervolucnen F.., das ca. 70 % größer ist. Auch diese Tatsache läßt sich rechnerisch belegen: If, on the other hand, the air compressor 10 only compresses from 2 bar (p TTJ ) at 60 C to 11 bar (P ..), the same displacement volume Vj results in a delivery volume F., Which is approximately 70 % greater. This fact can also be proved by calculation:
VF. - VH . ( Jj ) ηV F. - V H. ( Yy) η
»Ίΐ·"Ίΐ ·
Ρτττ A Vp = VH . ( —ϊίί- ) ηΡτττ A Vp = V H. (-Ϊίί-) η
P1VP 1 V
Vc ΡΙΙΙ . ΡΙΙ'V c Ρ ΙΙΙ. Ρ ΙΙ '
Piv . PiPiv. pi
VF = 2\ΓΤ" · V Χ'7 * VF· V F = 2 \ ΓΤ "· V Χ ' 7 * V F
Das Fördervolumen erhöht sich also nahezu auf das l,7fache. Abschließend sei erwähnt, daß das Diagramm gemäß Fig. 3 nicht maßstäblich gezeichnet ist.The delivery volume thus increases almost to 1, 7 times. Finally, it should be mentioned that the diagram of FIG. 3 is not drawn to scale.
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