DD285397A5

DD285397A5 - GAS-DYNAMIC DRUCKELLING MACHINE WITH NON-CONSTANT CELL-SECTIONAL CUTTING

Info

Publication number: DD285397A5
Application number: DD33002789A
Authority: DD
Inventors: Uwe Pfeifer; Stefan Garlich
Original assignee: Tu Dresden,Direkt. Forsch.,Dd
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1989-06-28
Publication date: 1990-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gasdynamische Druckwellenmaschine als Aufladeaggregat fuer einen Verbrennungsmotor. Die erfindungsgemaesze Aufgabe wird dadurch geloest, dasz der Querschnitt der Zellen mit zur Rotorachse parallelen Mittellinien ueber der Rohrlaenge von der Abgas- zur Luftseite hin stetig zunimmt. Es wurde gefunden, dasz bei einer vorzugsweisen AEnderung der radialen Zellenhoehe mit der Rotorlaenge x um den Betrag 2axb, mit a0,03 bis 0,1 und b1,5 bis 2,5, die in der Kopplung mit dem Verbrennungsmotor wichtigsten Parameter, wie Gesamtwirkungsgrad, Kompressionswirkungsgrad und Spuelgrad der Druckwellenmaschine, verbessert werden.{Druckwellenmaschine, gasdynamisch; Aufladeaggregat; Verbrennungsmotor; Zelle; Rotorachse; Rotorlaenge; Abgasseite; Luftseite; Zellenhoehe; Gesamtwirkungsgrad; Kompressionswirkungsgrad; Spuelgrad}The invention relates to a gas-dynamic pressure wave machine as a supercharger for an internal combustion engine. The object of the invention is achieved by the fact that the cross-section of the cells with center lines parallel to the rotor axis continuously increases over the length of the pipe from the exhaust gas side to the air side. It has been found that with a preferred change of the radial cell height with the rotor length x by the amount 2axb, with a0.03 to 0.1 and b1.5 to 2.5, the parameters most important in the coupling with the internal combustion engine, such as overall efficiency , Compression efficiency and Spülgrad the pressure wave machine to be improved. {Pressure wave machine, gas-dynamic; supercharger; Internal combustion engine; Cell; Rotor axis; Rotorlaenge; Exhaust side; Airside; Cell height; Overall efficiency; Compression efficiency; Spuelgrad}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention The invention relates to a gas-dynamic pressure wave machine as a supercharger for an internal combustion engine. Characteristic of the known state of the art

In gasdynamischen Druckwellenmaschinen wird durch Entspannung eines heißen, energiereichen Gases der Druck in einem anderen Gas erhöht. Der gasdynamische Prozeß vollzieht sich unter dem Einfluß von Kompressions- und Expansionswellen in den stirnseitig offenen Zellen des Rotors, die sich an den Zu· und Abströmöffnungen in den Seitenteilen des Gehäuses vorbeibewegen.In gas-dynamic pressure wave machines, the pressure in another gas is increased by relaxing a hot, high-energy gas. The gas-dynamic process takes place under the influence of compression and expansion waves in the frontally open cells of the rotor, which move past the inlet and outlet openings in the side parts of the housing.

Die serienmäßig für die Aufladung von Verbrennungsmotoren hergestellten Druckwellenmaschinen haben Rotoren mit konstantem Zellenquerschnitt über die Ro.'orlänge, im folgenden zylindrische Rotoren genannt.The pressure wave machines manufactured as standard for the supercharging of internal combustion engines have rotors with a constant cell cross section over the Ro.'orlänge, hereinafter referred to as cylindrical rotors.

Nach DE-AS 22 54 776 ist eine Druckwellenmaschine bekannt, die von der zylindrischen Rotorbauform abweicht. Bei ihr verlaufen die Mittellinien der Zellen von einem kleinen Rotordurchmesser auf der Luftseite zu einem größeren auf der Abgasseite. Dadurch liegt im gasdynamischen Prozeß der Druck des expandierten heißen Gases wesentlich höher als der des zu verdichtenden kalten Gases. Allerdings nimmt dabei das positive Spüldruckgefälle auf der Hochdruckseite infolge der Zentrifugalkraftkomponente in Zellenrichtung ab. Dadurch erhöht sich die Ladungswechselarbeit für den Arbeitsprozeß des Verbrennungsmotors und der Gesamtwirkungsgrad sinkt. Ein höherer Druck des expandierten heißen Gases ist an sich nicht erforderlich, da die Niederdruckverluste im Ansaug- und Auspuffsystem einer Druckwellenmaschine ohne weiteres angepaßt werden können. Die größere Zentrifugfalkraft in den Bereichen größerer Rotordurchmesser verstärkt die Tendenz zur Schichtung der Gase. Das kalte und schwere Gas, die Luft, wird an die Rotoraußenseite gedrückt und das leichtere Abgas schiebt sich keilförmig unter die Luft in Richtung der Hochdruckluftöffnung. Bezogen auf die Zellenlänge wird die Miscchungszone mit der Gefahr unerwünschter Abgasre^irkulation verbreitert.According to DE-AS 22 54 776 a pressure wave machine is known which deviates from the cylindrical rotor design. In her, the centerlines of the cells run from a small rotor diameter on the air side to a larger one on the exhaust side. As a result, in the gas-dynamic process, the pressure of the expanded hot gas is much higher than that of the cold gas to be compressed. However, the positive purge pressure gradient on the high pressure side decreases due to the centrifugal force component in the cell direction. This increases the charge exchange work for the working process of the internal combustion engine and the overall efficiency decreases. A higher pressure of the expanded hot gas is not necessary per se, since the low pressure losses in the intake and exhaust system of a pressure wave machine can be readily adapted. The greater centrifugal force in the areas of larger rotor diameters enhances the tendency to stratify the gases. The cold and heavy gas, the air, is forced to the rotor outside and the lighter exhaust pushes wedge-shaped under the air toward the high pressure air opening. Based on the cell length, the mixing zone is widened with the risk of undesired exhaust gas recirculation.

Aim of an invention

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der gasdynamischen Parameter der Druckwellenmaschine in der Kopplung mit einem Verbrennungsmotor.The aim of the invention is to improve the gas dynamic parameters of the pressure wave machine in the coupling with an internal combustion engine.

Explanation of the essence of the invention The object of the invention is to find such a rotor design with respect to the most important gas dynamic parameters

denen von zylindrischen Rotoren verbessert sind.which are improved by cylindrical rotors.

According to the invention, this object is achieved in that the cross section of the cells with parallel to the rotor axis centerlines

über der Rotorlänge von der Abgas- zur Luftseite hin stetig zunimmt.increases steadily over the rotor length from the exhaust to the air side.

It has been found that with a preferred change of the radial cell height with the rotor length χ by the amount 2ax ^b ,

mit a = 0,03 bis 0,1 undb = 1,5 bis 2,5, die in der Kopplung mit dem Verbrennungsmotor wichtigsten Parameter, wiewith a = 0.03 to 0.1 and b = 1.5 to 2.5, which in coupling with the internal combustion engine main parameters, such as

Overall efficiency, compression efficiency and degree of flushing of the pressure wave machine to be improved. embodiment

In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch die Zellen einer erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Die Mittellinien M der Zellen liegen parallel zur Achse A des Rotors. Die Höhe ζ der Zellen nimmt in Abhängigkeit von der Rotorlänge x, ausgehend von einem Betrag hander Abgasseite, um den Betrag 2ax^b zu. Mit a = 0,1 undb = 2,0 werden gegenüber einem zylindrischen Rotor mit der Zellenhöhe h folgende Werte erreicht:The drawing shows a longitudinal section through the cells of a solution according to the invention. The center lines M of the cells are parallel to the axis A of the rotor. The height ζ of the cells increases as a function of the rotor length x, based on an amount of hander exhaust side, by the amount 2ax ^b . With a = 0.1 and b = 2.0, the following values are achieved compared to a cylindrical rotor with the cell height h:

Cell height ζ = h to = h + 0.2x ² Total efficiency 50.2 52.4 Compression efficiency 92.1 92.6

Spülgrad 50,3 59,0Flushing 50.3 59.0

High pressure difference (kPa) 25.2 28.4

Claims

1. Gas-dynamic pressure wave machine as a supercharger for a combustion engine with a rotor and arranged on the circumference of cells whose center lines are axially parallel to the rotor axis, characterized in that the cell cross-section over the rotor length of the exhaust gas to the air side steadily increases.

2. Pressure wave machine according to claim 1, characterized in that the ladiale cell height increases with the rotor length χ by the amount 2ax ^b , with a = 0.03 to 0.1 andb = 1.5 to 2.5.

3. Pressure wave machine according to claim 1, characterized in that a = 0.1 and b = 2.0.