DE10001063B4 - Mechanically driven compressor for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Mechanisch angetriebener Kompressor für eine Brennkraftmaschine, mit einer in einem Gehäuse (9) angeordneten Verdichtereinrichtung, über die in den Kompressor (4) einströmendes Gas auf einen erhöhten Ladedruck komprimierbar ist, und mit einer Antriebseinheit zum Antrieb der Verdichtereinrichtung, wobei in der Wandung des Gehäuses (9) ein Zwischenraum (19) ausgebildet ist, der von einem Kühlmittel durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Kühlmittel des Kompressors (4) durchströmter Ladeluftkühler (5) des auf Ladedruck verdichteten Gases in das Gehäuse (9) des Kompressors (4) integriert ist.Mechanically powered compressor for an internal combustion engine, with a in a housing (9) arranged compressor device, via the in the compressor (4) inflowing Gas on an elevated Boost pressure is compressible, and with a drive unit for driving the compressor device, wherein in the wall of the housing (9) a gap (19) is formed, which is a coolant flows through characterized in that one of the coolant of the compressor (4) flowed through Intercooler (5) the charge-compressed gas into the housing (9) of the compressor (4) is integrated.

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Description

Die Erfindung betrifft einen mechanisch angetriebenen Kompressor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a mechanically driven compressor for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Aus der Druckschrift DE 518 702 A ist ein mechanischer Kompressor bekannt, der in Brennkraftmaschinen zur Verdichtung angesaugter Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck eingesetzt wird. Der Kompressor wird mechanisch über ein Getriebe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, so dass die Verdichtungsarbeit für den Kompressor unmittelbar von der Brennkraftmaschine geleistet wird. Der Vorteil derartiger mechanisch angetriebener Kompressoren liegt gegenüber Abgasturboladern insbesondere darin, dass im niederen Drehzahlbereich die mechanischen Kompressoren im Gegensatz zu Abgasturboladern bereits eine signifikante Verdichtungsarbeit leisten können und somit bereits bei niedrigen Drehzahlen einen erhöhten Ladedruck mit einhergehendem Momentenaufbau erzeugen können.From the publication DE 518 702 A a mechanical compressor is known, which is used in internal combustion engines for compressing sucked combustion air to an increased boost pressure. The compressor is mechanically driven via a transmission from the crankshaft of the internal combustion engine, so that the compression work for the compressor is made directly from the internal combustion engine. The advantage of such mechanically driven compressors compared to exhaust gas turbochargers, in particular, that in the low speed range, the mechanical compressors can already perform a significant compression work in contrast to exhaust gas turbochargers and thus can produce an increased boost pressure with concomitant torque build-up even at low speeds.

Grundsätzlich besteht bei derartigen Kompressoren das Problem, dass durch die Verdichtung der Ansaugluft Wärme abgegeben wird, die je nach Betriebszustand des Kompressors auf Grund der Wärmedehnung der Werkstoffe zu einer Spaltbildung führen kann, was Fehlluftströme mit einhergehenden Verlustleistungen und einer Minderung des Verdichtungswirkungsgrades zur Folge haben kann. Zwar ist beim Kompressor der DE 518 702 A eine Wasserkühlung in das Kompressorgehäuse integriert; diese Wasserkühlung kann jedoch nur die durch die mechanische Arbeit der Verdichterein richtung erzeugte Wärme ableiten, nicht jedoch die durch die Komprimierung erzeugte Wärme.Basically, in such compressors has the problem that heat is released by the compression of the intake air, which can lead to a gap depending on the operating condition of the compressor due to the thermal expansion of the materials, which can lead to leakage air flows with associated power losses and a reduction in the compression efficiency , Although the compressor is the DE 518 702 A a water cooling integrated into the compressor housing; However, this water cooling can only derive the heat generated by the mechanical work of Verdichterein device, but not the heat generated by the compression.

Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, einen mechanisch angetriebenen Kompressor mit hohem Wirkungsgrad und geringer Schallabstrahlung anzugeben.Of the Invention is based on the problem, a mechanically driven Compressor with high efficiency and low sound radiation specify.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This Problem is inventively with the Characteristics of claim 1 solved.

In die Wandung des Gehäuses des neuartigen Kompressors ist ein Zwischenraum eingebracht, welcher von Kühlmittel durchströmt wird. Dadurch wird zum einen eine permanente Kühlung sowohl der Bauteile des Kompressors als auch der angesaugten und der komprimierten Luft erreicht. Zum andern wird auch der im Kompressor insbesondere während des Verdichtungsprozesses erzeugte Schall gedämpft und dadurch die Schallausbreitung, insbesondere über die Ladeluftrohre der Brennkraftmaschine, stark vermindert bzw. vollständig unterbunden.In the wall of the housing of the novel compressor, a gap is introduced, which of coolant flows through becomes. As a result, on the one hand, a permanent cooling of both the components of Compressor as well as the sucked and the compressed air reached. On the other hand, the compressor in the particular during the compression process sound generated and muffled characterized the sound propagation, in particular via the charge air pipes of the internal combustion engine, greatly diminished or complete prevented.

Die Kühlung führt zu einem konstanteren Temperaturniveau des Kompressors, so dass dieser auf einen Betrieb im Bereich einer vorgegebenen Betriebstemperatur ausgelegt werden kann, wobei im Vergleich zum Stand der Technik erheblich kleinere Temperaturschwankungen zu erwarten sind. Das geringere Schwankungsniveau der Temperatur mindert die Gefahr wärmebedingter Ausdehnungen und Spaltbildungen, wodurch Fehlluftströme insbesondere zwischen der Druck- und der Ansaugseite des Kompressors weitgehend vermieden werden und der Kompressorwirkungsgrad erhöht ist.The cooling leads to a more constant temperature level of the compressor, so this on designed operation in the range of a predetermined operating temperature can be, compared to the prior art considerably smaller temperature fluctuations are to be expected. The lower one Fluctuation of the temperature reduces the risk of heat-related Expansions and fissures, whereby Fehuftuftströme in particular between the pressure and the suction side of the compressor largely be avoided and the compressor efficiency is increased.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass der verdichteten Luft während des Verdichtungsprozesses Wärme entzogen wird, was zur Folge hat, dass der Verdichtungsprozess anstelle eines isentropen Verlaufes zunehmend in Richtung eines isothermischen Verlaufes verschoben wird. Dadurch sinkt die zwischen den festliegenden Anfangs- und Enddrücken aufzuwendende Arbeit der Verdichtung gegenüber dem adiabaten Fall.Farther It is advantageous that the compressed air during the compression process Heat deprived which results in the compression process instead of a isentropic course increasingly towards isothermal History is moved. This reduces the between the fixed Start and end press work to be done on compression compared to the adiabatic case.

In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das Gehäuse doppelwandig ausgeführt ist, wobei der das Kühlmittel aufnehmende Zwischenraum zwischen der Innenwand und der Außenwand des Gehäuses gebildet ist. In dieser Ausführung kann die den Kompressorinnenraum einschließende Kühlfläche maximiert werden, so dass auch die Kühlleistung ein Maximum einnimmt und darüber hinaus auch eine optimale Schalldämpfung gegeben ist.In a preferred embodiment is provided that the housing double-walled where is the coolant receiving space between the inner wall and the outer wall of the housing is formed. In this version For example, the cooling surface enclosing the compressor interior can be maximized so that also the cooling capacity takes a maximum and above In addition, an optimal sound attenuation is given.

Die in die Wandung des Gehäuses integrierte Kühlung bietet zusätzlich den Vorteil einer besonders raumsparenden, kompakten Bauform.The in the wall of the housing integrated cooling offers additional the advantage of a particularly space-saving, compact design.

In das Gehäuse des Kompressors ist ein Ladeluftkühler integriert, der vom Kühlmittel des Kompressors durchströmt wird. In dieser Ausführung übernimmt das Kühlmittel sowohl die Kühlung über das Gehäuse des Kompressors als auch über den in das Gehäuse integrierten Ladeluftkühler. Die Integration des Ladeluftkühlers in das Gehäuse verringert erheblich den Raumbedarf von Kompressor und Ladeluftkühler und vereinfacht darüber hinaus auch die Montage des zu einer Baueinheit zusammengefassten Aggregates. Die gemeinsame Durchströmung von Gehäuse und Ladeluftkühler mit Kühlmittel vereinfacht die konstruktive Ausfüh rung des Bauteils, da im Bauteil lediglich ein gemeinsamer Kühlmitteleintritt und ein gemeinsamer Kühlmittelaustritt vorgesehen sein muss.In the housing the compressor has an intercooler integrated with the coolant flows through the compressor becomes. In this execution takes over the coolant both the cooling over the casing of the compressor as well into the case integrated intercooler. The integration of the intercooler in the case significantly reduces the space required by the compressor and intercooler and simplified about it In addition, the assembly of summarized into a unit Aggregates. The common flow of housing and Intercooler with coolant simplifies the constructive Ausfüh tion of the component, as in the component only a common coolant inlet and a common coolant outlet must be provided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung besteht die Verdichtereinrichtung (insbesondere der Rotor) aus einem Werkstoff mit einem geringen Ausdehnungskoeffizienten, um Wärmedehnungen weiter zu reduzieren.According to one further advantageous embodiment the compressor device (in particular the rotor) consists of a Material with a low coefficient of expansion to thermal expansion on to reduce.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient Ausfüh ments are to be found in the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer einen mechanischen Kompressor und einen Ladeluftkühler umfassenden Baueinheit, wobei Kompressor und Ladeluftkühler von einem gemeinsamen Kühlmittel durchströmt werden, 1 a schematic representation of an internal combustion engine with a mechanical compressor and a charge air cooler comprehensive unit, wherein compressor and intercooler are flowed through by a common coolant,

2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kompressor. 2 a section through a compressor according to the invention.

Gemäß 1 wird dem Motor 1, insbesondere einer Brennkraftmaschine, über eine Ladeluftleitung 2 auf einen erhöhten Druck verdichtete Verbrennungsluft zugeführt, welche in einer Baueinheit 3 komprimiert wird, die einen Kompressor 4 und einen Ladeluftkühler 5 umfasst. Der Kompressor 4 saugt Umgebungsluft mit Umgebungsdruck an und verdichtet die Umgebungsluft mit Hilfe einer Verdichtereinrichtung auf den gewünschten Ladedruck. Der Kompressor 4 wird mechanisch über eine Antriebseinheit angetrieben, insbesondere erfolgt der Antrieb über eine direkte oder indirekte mechanische Kopplung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1. Nach der Verdichtung der angesaugten Umgebungsluft im Kompressor 4 erfolgt im Ladeluftkühler 5 eine Kühlung der verdichteten Luft. Im Anschluss an die Kühlung im Ladeluftkühler 5 wird die verdichtete Luft mit dem gewünschten Ladedruck der Brennkraftmaschine zugeführt.According to 1 gets the engine 1 , in particular an internal combustion engine, via a charge air line 2 supplied to an increased pressure compressed combustion air, which in a structural unit 3 is compressed, which is a compressor 4 and a charge air cooler 5 includes. The compressor 4 sucks ambient air to ambient pressure and compresses the ambient air with the help of a compressor device to the desired boost pressure. The compressor 4 is mechanically driven by a drive unit, in particular the drive is via a direct or indirect mechanical coupling with the crankshaft of the internal combustion engine 1 , After compression of the sucked ambient air in the compressor 4 takes place in the intercooler 5 a cooling of the compressed air. Following the cooling in the intercooler 5 the compressed air is supplied with the desired boost pressure of the internal combustion engine.

Der Kompressor 4 und der Ladeluftkühler 5 bilden zweckmäßig eine gemeinsame Baueinheit 3. In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Ladeluftkühler 5 in das Gehäuse des Kompressors 4 integriert.The compressor 4 and the intercooler 5 Suitably form a common unit 3 , In a particularly advantageous embodiment, the intercooler 5 in the housing of the compressor 4 integrated.

Zur Kühlung der Baueinheit 3 ist ein Luft-/Wasserkühler 6 vorgesehen. Der Luft-/Wasserkühler 6 ist über eine Zufuhrleitung 7 mit der Baueinheit 3 verbunden; über die Zufuhrleitung 7 wird der Baueinheit 3 Kühlmittel zugeführt, das zweckmäßig sowohl den Kompressor 4 als auch den Ladeluftkühler 5 durchströmt und über die Rückführleitung 8 dem Luft-/Wasserkühler 6 wieder zugeführt wird. Alternativ zum Antrieb über die Brennkraftmaschine 1 kann der Kompressor 4 auch über einen Elektromotor betrieben werden. Gegebenenfalls kann es auch angezeigt sein, den Kompressor als Teil eines Abgasturboladers auszubilden und den Antrieb des Kompressors über eine Abgasturbine vorzunehmen.For cooling the unit 3 is an air / water cooler 6 intended. The air / water cooler 6 is via a supply line 7 with the unit 3 connected; via the supply line 7 becomes the unit 3 Coolant supplied, which expedient both the compressor 4 as well as the intercooler 5 flows through and over the return line 8th the air / water cooler 6 is fed again. Alternatively to the drive via the internal combustion engine 1 can the compressor 4 also be operated via an electric motor. Optionally, it may also be appropriate to form the compressor as part of an exhaust gas turbocharger and to drive the compressor via an exhaust gas turbine.

In 2 ist die den Kompressor 4 und den Ladeluftkühler 5 umfassende Baueinheit 3 im Schnitt dargestellt, wobei der Ladeluftkühler 5 in das Gehäuse 9 des Kompressors 4 integriert ist. Der Kompressor 4 ist vorteilhaft als Rootsgebläse oder Schraubenverdichter ausgeführt und weist als Verdichtereinrichtung zwei Rotoren 10, 11 auf, die drehbar im Gehäuse 9 gelagert sind und von der den Kompressor beaufschlagenden Antriebseinheit gegenläufig angetrieben werden. Der vom Gehäuse 9 umschlossene Innenraum 12 des Kompressors 4 weist eine Lufteintrittsöffnung 13 auf, über die in Pfeilrichtung 14 Frischluft mit Umgehungsdruck in den Innenraum 12 angesaugt wird. Die Verdichtereinrichtung trennt den Innenraum 12 in einen der Lufteintrittsöffnung benachbarten druckfreien Raum und einen dem Ladeluftkühler 5 benachbarten Druckraum; über die Lufteintrittsöffnung 13 einströmende Verbrennungsluft wird durch die Rotoren 10, 11 in den dem Ladeluftkühler 5 benachbarten Druckraum gefördert und hierbei zugleich verdichtet. Die verdichtete Luft wird in Pfeilrichtung 15 aus dem Druckraum innerhalb des Innenraums 12 ausgeleitet und dem Ladeluftkühler 5 zugeführt, in welchem eine Kühlung der verdichteten Luft erfolgt. Anschließend wird die gekühlte Luft als Ladeluft in Pfeilrichtung 16 aus dem Gehäuse 9 des Kompressors 4 ausgeleitet und der Brennkraftmaschine zugeführt.In 2 is the compressor 4 and the intercooler 5 comprehensive unit 3 shown in section, with the intercooler 5 in the case 9 of the compressor 4 is integrated. The compressor 4 is advantageously designed as a Roots blower or screw compressor and has two rotors as a compressor device 10 . 11 on, which is rotatable in the housing 9 are stored and driven in opposite directions by the compressor acting on the drive unit. The one from the case 9 enclosed interior 12 of the compressor 4 has an air inlet opening 13 on, in the direction of the arrow 14 Fresh air with bypass pressure in the interior 12 is sucked. The compressor device separates the interior 12 in a pressure-free space adjacent to the air inlet opening and a charge air cooler 5 adjacent pressure chamber; over the air inlet opening 13 incoming combustion air is through the rotors 10 . 11 in the intercooler 5 promoted adjacent pressure chamber and this compressed at the same time. The compressed air is in the direction of the arrow 15 from the pressure chamber inside the interior 12 discharged and the intercooler 5 supplied, in which a cooling of the compressed air takes place. Subsequently, the cooled air as charge air in the direction of arrow 16 out of the case 9 of the compressor 4 discharged and fed to the internal combustion engine.

Das Gehäuse 9 ist zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt und weist eine Innenwand 17 und eine Außenwand 18 auf, zwischen denen ein Zwischenraum 19 gebildet ist. Die doppelwandige Ausführung der Gehäusewand erstreckt sich über einen Großteil des den Innenraum 12 umschließenden Gehäusebereiches.The housing 9 is at least partially double-walled and has an inner wall 17 and an outer wall 18 on, between which a gap 19 is formed. The double-walled design of the housing wall extends over much of the interior 12 enclosing housing area.

Der Zwischenraum 19 zwischen Innenwand 17 und Außenwand 18 der Gehäusewandung ist zur Aufnahme eines Kühlmittels ausgebildet, welches zweckmäßig über einen Kühlmittel-Eintrittsstutzen 20, der in der Außenwand 18 vorgesehen ist, in Pfeilrichtung 21 in den Zwischenraum 19 eingeleitet wird. Das im Zwischenraum 19 befindliche Kühlmittel bildet einen Kühlmittelmantel, der den Innenraum 12 und damit auch die wärme- und geräuschbildenden Bauteile im Innenraum 12 zumindest zu einem großen Teil umschließt. Es wird dadurch sowohl eine optimale Wärmeableitung als auch eine optimale Geräuschdämpfung erzielt.The gap 19 between inner wall 17 and outer wall 18 the housing wall is designed to receive a coolant, which expediently has a coolant inlet connection 20 in the outer wall 18 is provided, in the arrow direction 21 in the gap 19 is initiated. That in the space 19 located coolant forms a coolant jacket, which is the interior 12 and thus also the heat and noise forming components in the interior 12 at least to a large extent encloses. It achieves both optimum heat dissipation and optimum noise attenuation.

Der Kühlmittel-Eintrittsstutzen 20 befindet sich im Bereich einer Seite des Kompressors 4. Das Kühlmittel wird durch den Zwischenraum 19 zwischen Innen- und Außenwand 17, 18 geleitet und auf der gegenüberliegenden Wandseite über eine Übertrittsbohrung 22, welche in der Außenwand 18 ausgebildet ist, in den Ladeluftkühler 5 geleitet, der sich in einem zum Innenraum 12 be nachbarten Gehäuseabschnitt im Gehäuse 9 des Kompressors 4 befindet. Über einen Kühlmittel-Austrittsstutzen 23, welcher vorteilhaft auf der gleichen Seite wie der Eintrittsstutzen 20 am Gehäuse 9 angeordnet ist, verlässt das Kühlmittel nach Durchströmen des Ladeluftkühlers 5 das Gehäuse 9 des Kompressors in Pfeilrichtung 24.The coolant inlet nozzle 20 is located in the area of one side of the compressor 4 , The coolant is through the gap 19 between inner and outer wall 17 . 18 passed and on the opposite wall side via a Übertrittsbohrung 22 which are in the outer wall 18 is formed in the intercooler 5 directed, in a to the interior 12 Be adjacent housing section in the housing 9 of the compressor 4 located. Via a coolant outlet nozzle 23 which is advantageously on the same side as the inlet nozzle 20 on the housing 9 is arranged, leaving the coolant after flowing through the intercooler 5 the housing 9 of the compressor in the direction of the arrow 24 ,

Mit der gezeigten Ausführung wird eine effiziente Kühlung der Bauteile des Kompressors 4 und der Ladeluft erreicht. Es erfolgt zunächst eine Kühlung des Innenraums im Kompressor 4 einschließlich der darin befindlichen Bauteile und der komprimierten Ladeluft und anschließend eine weitere Kühlung der verdichteten Luft über den Ladeluftkühler 5.With the illustrated embodiment, an efficient cooling of the components of the compressor 4 and the charge air reached. There is first a cooling of the interior in the compressor 4 including the components therein and the compressed charge air, and then further cooling the compressed air via the intercooler 5 ,

Claims (6)

Mechanisch angetriebener Kompressor für eine Brennkraftmaschine, mit einer in einem Gehäuse (9) angeordneten Verdichtereinrichtung, über die in den Kompressor (4) einströmendes Gas auf einen erhöhten Ladedruck komprimierbar ist, und mit einer Antriebseinheit zum Antrieb der Verdichtereinrichtung, wobei in der Wandung des Gehäuses (9) ein Zwischenraum (19) ausgebildet ist, der von einem Kühlmittel durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Kühlmittel des Kompressors (4) durchströmter Ladeluftkühler (5) des auf Ladedruck verdichteten Gases in das Gehäuse (9) des Kompressors (4) integriert ist.Mechanically driven compressor for an internal combustion engine, with one in a housing ( 9 ) arranged compressor device via which in the compressor ( 4 ) is compressible to an increased boost pressure, and with a drive unit for driving the compressor device, wherein in the wall of the housing ( 9 ) a gap ( 19 ), which is flowed through by a coolant, characterized in that one of the coolant of the compressor ( 4 ) through-flow intercooler ( 5 ) of the charge-compressed gas into the housing ( 9 ) of the compressor ( 4 ) is integrated. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) doppelwandig ausgeführt ist.Compressor according to claim 1, characterized in that the housing ( 9 ) is double-walled. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) eine Übertrittsbohrung (22) aufweist, welche mit einem Kühlmitteleinlass des Ladeluftkühlers (5) kommuniziert.Compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 9 ) a transfer hole ( 22 ), which with a coolant inlet of the intercooler ( 5 ) communicates. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) einen Kühlmittel-Austrittsstutzen (23) aufweist, der mit dem Kühlmittelauslass des Ladeluftkühlers (5) kommuniziert.Compressor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing ( 9 ) a coolant outlet nozzle ( 23 ) which communicates with the coolant outlet of the intercooler ( 5 ) communicates. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinrichtung aus einem Werkstoff mit geringem Ausdehnungskoeffizienten besteht.Compressor according to one of claims 1 to 4, characterized that the compressor device made of a material with low Expansion coefficient exists. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (4) als Rootsgebläse oder Schraubenverdichter ausgebildet ist.Compressor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the compressor ( 4 ) is designed as a Roots blower or screw compressor.
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