Verbrennungsmotoren
erzielen bessere Wirkungsgrade, besseres Abgasverhalten und höhere Leistungs-
und Drehmomentdichten, wenn ein Kompressor die Frischluft vorverdichtet.
Besonders geeignet zum Antrieb solcher Verdichter sind Turbinen, die
aus der Abgasenergie gespeist werden. Nachteilig dabei ist die Tatsache,
dass somit ein passives System aufgebaut wir, bei dem zunächst die
Kraftstoffmenge über
die Leistungsregelung erhöht
wird, ohne dass die Vorverdichtungsleistung gleichzeitig zunimmt,
und damit zunächst
eine geringe Leistungszunahme entsteht, mit der auch ein Anstieg
der Abgasenergie einhergeht, durch den die Turbine beschleunigt
wird. Die Folge ist ein zeitverzögertes
Ansprechen des Motors auf Leistungsanforderung, bekannt als Turboloch.
Zusätzlich
verstärkt
wird dieses Phänomen
durch die Tatsache, dass die Turbine in dieser instationären Phase
nicht nur zu geringe Abgasenthalpie vorfindet sondern darüber hinaus
die Strömungsgeschwindigkeit
nicht zur Schaufelgeometrie passt, die Turbine also im Zustand partiellen Strömungsabrisses
betrieben wird.combustion engines
achieve better efficiencies, better emissions and higher performance
and torque densities when a compressor pre-compresses the fresh air.
Particularly suitable for driving such compressors are turbines that
be fed from the exhaust gas energy. The disadvantage here is the fact
that we have built a passive system in which the first
Amount of fuel over
the power control increases
without simultaneously increasing the precompression performance,
and at first
a small increase in performance occurs, with an increase
associated with the exhaust gas energy through which the turbine accelerates
becomes. The result is a time-delayed one
Motor response to power demand, known as turbo lag.
additionally
reinforced
will this phenomenon
by the fact that the turbine in this transient phase
not only to low exhaust enthalpy finds but beyond
the flow velocity
does not match the blade geometry, ie the turbine in a state of partial stall
is operated.
Abhilfe
sollen dazu Registersysteme schaffen, bei denen mehrere kleine Verdichter
mechanisch oder über
die Abgasenergie angetrieben mit entsprechend geringeren Massenträgheitsmomenten
verwendet werden, wodurch die beschriebenen, negativen Auswirkungen
reduziert aber nicht eliminiert werden.remedy
are to create register systems in which several small compressors
mechanically or over
the exhaust energy driven with correspondingly lower mass moments of inertia
be used, reducing the negative effects described
reduced but not eliminated.
Eine
andere Alternative ist die Verwendung eines rein mechanisch angetriebenen
Verdichters in Kombination mit einem stufenlosen Getriebe mit schneller
Regelaktuatorik, die als aktives System Luft und Kraftstoff synchron
regelt. Damit lassen sich sowohl hohe Leistungsdichten als auch
schnelles Ansprechen und gute Abgaswerte erzielen.A
Another alternative is the use of a purely mechanically driven
Compressor in combination with a continuously variable transmission with faster
Regelaktuatorik, as an active system air and fuel synchronous
regulates. This can be both high power densities and
achieve fast response and good emissions.
Der
Nachteil dieser Lösung
liegt in der hohen Antriebsleistung, die permanent der Kurbelwelle
entzogen und durch die Getriebe des Laderpaketes transportiert wird.
Damit wird die Gesamtenergiebilanz schlechter, da die Abgasenthalpie
ungenutzt bleibt und die Getriebe müssen gross, schwer und teuer
auf lange Betriebszeiten ausgelegt werden.Of the
Disadvantage of this solution
lies in the high drive power, which is permanent of the crankshaft
withdrawn and transported by the gearbox of the loader package.
Thus, the total energy balance is worse because the exhaust enthalpy
remains unused and the gears must be big, heavy and expensive
be designed for long periods of operation.
Mit
der vorliegenden Erfindung wird eine neue Anordnung festgelegt,
bestehend aus:
- • Einem regelbaren Getriebe
- • Einem
Hochgetriebe (falls notwendig je nach Verdichtertyp)
- • Einem
Strömungsverdichter
- • Einem
Freilauf
- • Einer
Abgasturbine
With the present invention, a new arrangement is defined, consisting of: - • An adjustable transmission
- • a high gearbox (if necessary depending on compressor type)
- • A flow compressor
- • A freewheel
- • an exhaust gas turbine
Von
der Kurbelwelle wird mechanische Leistung entnommen, mit der das
regelbare Getriebe passend zur Leistungsanforderung auf die Drehzahl eingeregelt
wird, die nach Übersetzung
durch das Hochgetriebe zur benötigten
Drehzahl des Verdichters führt.
Die Turbine wird dabei ebenfalls hoch beschleunigt. Die somit spontan
erhöhte
Leistung des Verbrennungsmotors führt gleichzeitig zum Anstieg der
Abgasenthalpie und damit zu erhöhter
Turbinenleistung. Die bereits anliegende, erhöhte Drehzahl der Turbine garantiert
einen strömungstechnisch
optimalen Wirkungsgrad ohne regelbare Leitschaufeln. Sobald die
Turbinenleistung ausreicht, um den Verdichter anzutreiben, wird über den
Freilauf der mechanische Leistungszweig abgekoppelt.From
the crankshaft is removed mechanical power, with the
adjustable gearbox adjusted to the speed according to the power requirement
will, after translation
through the high gear to the required
Speed of the compressor leads.
The turbine is also accelerated high. The thus spontaneous
increased
Power of the internal combustion engine leads at the same time to the rise of
Exhaust gas enthalpy and thus increased
Turbine power. The already applied, increased speed of the turbine guarantees
a fluidic
optimal efficiency without adjustable vanes. As soon as the
Turbine power is sufficient to drive the compressor is over the
Freewheel disconnected from the mechanical power branch.
Mit
dieser Anordnung wird die Abgasenthalpie in maximaler Weise genutzt
zur Erzeugung der Vorverdichtungsleistung und dennoch ein aktives System
mit optimalem Transientverhalten erzielt. Beide vorgeschalteten
Getriebe können
kostengünstig
und kompakt ausgelegt werden, da die Betriebszyklen extrem kurz
sind. Bei Regelzeiten von 100 ms bei hohen Stufensprüngen in
der Leistungsanforderung würden
in den 4000 Betriebsstunden eines Fahrzeugmotors mit 40000 stufenartigen
Leistungsanforderungen ergäbe
sich eine Gesamtbetriebszeit für
das Getriebe bei maximaler Last und höchster Übersetzung von ca. 11 Stunden.
Wegen der sehr kurzen Lastintervalle würde eine aufwendige Kühlung des
Getriebeöls
entfallen können.
Die Abkopplung des Getriebes erfolgt kombiniert oder alternativ sowohl
passiv über
den Freilauf als auch aktiv über die
Aktuatorik des regelbaren Getriebes.With
This arrangement, the exhaust enthalpy is used in the maximum way
for generating the precompression performance and yet an active system
achieved with optimal transient behavior. Both upstream
Gear can
economical
and compact, since the operating cycles are extremely short
are. With control times of 100 ms for high incremental steps in
the performance requirement would
in the 4000 hours of operation of a vehicle engine with 40000 step-like
Performance requirements
a total operating time for
the gearbox at maximum load and maximum gear ratio of about 11 hours.
Because of the very short load intervals, a complex cooling of the
transmission oil
can be omitted.
The decoupling of the transmission is combined or alternatively both
passively over
the freewheeling as well as active over the
Actuatorics of the variable transmission.
In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist das regelbare Getriebe ein Satellitengetriebe.In
a preferred embodiment
In the invention, the variable speed transmission is a satellite transmission.