DE1114059B

DE1114059B - Rotary piston flushing and charging blower for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1114059B
Application number: DEK29568A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Christian Schmid
Original assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Current assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Priority date: 1956-08-09
Filing date: 1956-08-09
Publication date: 1961-09-21

Description

Drehkolben-Spül- und Ladegebläse für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehkolbengebläse mit veränderlicher Fördermenge, welches zur Spülung und Aufladung von Brennkraftmaschinen, vorzugsweise Zweitakt-Brennkraftmaschinen, dient.Rotary piston flushing and charging fan for internal combustion engines The invention refers to a positive displacement blower with variable flow rate, which is used for Flushing and charging internal combustion engines, preferably two-stroke internal combustion engines, serves.

Drehkolbengebläse bestehen bekanntlich aus einem Gehäuse, in dem zwei (vorzugsweise zweiflügelige) Rotoren mit gleicher Drehzahl auf ihren Wellen, von denen die eine angetrieben wird und ihrerseits die andere über einen Zahnradtrieb antreibt, umlaufen. Bei der Verwendung solcher Gebläse als Spül- oder Ladegebläse von Brennkraftmaschinen erfolgt deren Antrieb unmittelbar und vielfach unter Zwischenschaltung geeigneter Getriebe von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aus. Insbesondere bei Zweitaktmotoren wird jedoch bei einer derartigen Spülung bzw. Aufladung die jeweils eingespritzte Brennstoffmenge' über den ganzen Drehzahlbereich nicht völlig ausgenutzt. Dieser Mangel beruht auf dem Umstand, daß nur bei einer bestimmten Drehzahl, und zwar allgemein bei der höchsten Drehzahl, die in den Zylinder eingeblasene Spülluftmenge in der Weise auf die eingespritzte Brennstoffmenge abgestimmt ist, daß sich der günstigste Luftüberschuß und damit eine vollkommene Verbrennung des Brennstoffes ergibt. Dagegen reichen bei kleineren Drehzahlen die Gebläseluftmengen nicht mehr aus, so daß nicht das Motordrehmoment erzielt wird, das der eingespritzten Brennstoffmenge entsprechen würde.Rotary piston blowers are known to consist of a housing in which two (preferably double-bladed) rotors with the same speed on their shafts, from one of which is driven and the other via a gear drive drives, circulate. When using such blowers as flushing or loading blowers internal combustion engines are driven directly and often with interposition suitable gear from the crankshaft of the internal combustion engine. In particular in two-stroke engines, however, the the amount of fuel injected in each case 'over the entire speed range is not completely exploited. This deficiency is due to the fact that only at a certain speed, and generally at the highest speed, the amount of scavenging air blown into the cylinder is matched in such a way to the amount of fuel injected that the favorable excess air and thus a perfect combustion of the fuel results. On the other hand, the fan air quantities are no longer sufficient at lower speeds off, so that the engine torque is not achieved that of the amount of fuel injected would correspond.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen worden, den Antrieb von Drehkolbengebläsen zur Spülung und Aufladung von Brennkraftmaschinen mittels eines Planetengetriebes durchzuführen, um dadurch die Drehzahl des Gebläses und damit seine Fördermenge den jeweils vorliegenden Betriebsverhältnissen des Motors anzupassen.In order to avoid this disadvantage, it has already been proposed that Drive of rotary piston blowers for flushing and charging internal combustion engines carry out by means of a planetary gear, thereby increasing the speed of the fan and thus its delivery rate depending on the current operating conditions of the engine adapt.

Diese Planetengetriebe erfordern jedoch einen erheblichen Raumbedarf, sind in der Herstellung teuer und bringen eine erhöhte Störungsanfälligkeit der gesamten Aufladegruppe mit sich. Diese Mängel haben zur Folge, daß sich diese bekannten Gebläseantriebe bisher in der Praxis nicht durchgesetzt haben.However, these planetary gears require a considerable amount of space, are expensive to manufacture and make the entire charging group with you. These deficiencies have the consequence that they are known Fan drives have so far not been implemented in practice.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, mehrere Drehkolbengebläse hintereinander anzuordnen und unter Zwischenschaltung entsprechender Zahnradverbindungen derart miteinander zu kuppeln, daß ein gemeinsamer regelbarer Betrieb dieser Drehkolbengebläsesätze möglich ist. Solche Anordnungen weisen jedoch den Nachteil großen Platzbedarfs auf und sind darüber hinaus wegen der zwischengeschalteten Zahnradverbindungen außerordentlich teuer. Ebenso ist es bekannt, die Gehäuse von Drehkolbengebläsen durch Zwischenwände in axial hintereinanderliegende Zellen aufzuteilen, wobei in jeder dieser Zellen ein Drehkolbenpaar angeordnet ist und wobei die Drehkolben sämtlicher Zellen auf gemeinsamen Wellen befestigt sind. Eine Änderung der Fördermenge bei derartigen Drehkolbengebläsen ist ebenfalls nur durch eine Drehzahländerung der Drehkolben, also durch Vorschaltung entsprechender Getriebe, möglich.Several positive displacement blowers have also been proposed to be arranged one behind the other and with the interposition of corresponding gear connections to be coupled with one another in such a way that a common controllable operation of these rotary piston blower units is possible. However, such arrangements have the disadvantage of requiring a large amount of space and are also extraordinary because of the interposed gear connections expensive. It is also known that the housings of rotary blowers are provided with partitions divide into axially one behind the other cells, in each of these cells a rotary piston pair is arranged and wherein the rotary pistons of all cells common shafts are attached. A change in the delivery rate for such Rotary lobe blowers is also only possible by changing the speed of the rotary lobes, so by connecting appropriate gear, possible.

Schließlich ist es bekanntgeworden, mehrere Drehkolbengebläse hintereinander oder im rechten Winkel zueinander aufzustellen und durch ein zwischengeschaltetes Getriebe miteinander zu verbinden, wobei die einzelnen Drehkolbengehäuse auch durch Zwischenwände in mehrere Zellen aufgeteilt sein können. Diese Anordnung weist nicht nur ebenfalls einen erheblichen Platzbedarf auf und ist wegen des zwischengeschalteten Getriebes teuer, sondern es sind bei ihr die einzelnen Drehkolben in den Zellen fest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und können nur gemeinsam miteinander angetrieben werden.Finally, it has become known to have several positive displacement blowers one behind the other or set up at right angles to each other and through an intermediary To connect gears to one another, the individual rotary piston housings also through Partitions can be divided into several cells. This arrangement does not have also only takes up a considerable amount of space and is because of the intermediary Gearbox is expensive, but it is the individual rotary lobes in the cells fixed on a common shaft and can only be used together are driven.

Endlich ist es bekannt, eine Pumpe und einen von ihr belieferten Motor hintereinanderzuschalten und beide als Drehkolbenmaschine auszubilden, wobei die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit durch Zulaufräume in den Motor und von diesem durch Rücklaufräume wieder zur Pumpe gefördert wird. Dabei ist zwischen Pumpe und Motor ein Freilauf vorgesehen, der bei unterbrochenem Flüssigkeitskreislauf bewirkt, daß die Drehkolben des Motors nicht leer mitlaufen.Finally it is known, a pump and a motor it supplied connect in series and train both as a rotary piston machine, the Liquid delivered by the pump through inlet spaces into and from the motor is conveyed back to the pump through return chambers. There is between pump and Motor is provided with a freewheel, which causes the fluid circuit to be interrupted, that the rotary pistons of the engine do not run idle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehkolbengebläse mit einem in axialer Richtung durch Zwischenwände in Zellen aufgeteilten Gehäuse und mit veränderlicher Fördermenge zu schaffen, welches zur Spülung und Aufladung von Brennkraft maschinen geeignet ist und bei dem mit einfachen Mitteln die Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen dieser Art vermieden werden können. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß die Drehkolben auf der Antriebswelle mittels einzeln schaltbarer-vorzugsweise elektromagnetisch betätigter -Kupplungen drehfest mit der Antriebswelle verbunden werden können, daß ferner jeder Drehkolben auf der anderen Welle mit dem dazugehörigen Drehkolben auf der Antriebswelle über ein eigenes Paar von Zahnrädern verbunden ist und daß dabei die Drehkolben der Drehkolbenpaare mehrerer oder aller Zellen in an sich bekannter Weise mittels Hohlwellenstücken auf den durchgehenden Wellen gelagert sind.The invention is based on the object of having a rotary piston blower a housing divided into cells in the axial direction by partition walls and to create with variable delivery rate, which is used for flushing and charging of Internal combustion engine is suitable and with the simple Means the disadvantages of the previously known devices of this type can be avoided. According to the invention it is proposed for this purpose that the rotary piston on the drive shaft by means of individually switchable - preferably electromagnetically actuated - clutches can be rotatably connected to the drive shaft that each rotary piston on the other shaft with the associated rotary piston on the drive shaft its own pair of gears is connected and that the rotary pistons of the rotary piston pairs several or all cells in a known manner by means of hollow shaft pieces are mounted on the continuous shafts.

Die Anordnung von Drehkolben auf Hohlwellenstücken ist an sich bereits bei einem Drehkolbengebläse, das nicht in einzelne Zellen unterteilt ist, bekannt. Hierbei sind zwischen den Drehkolben und den Wellen kraftschlüssige Organe, beispielsweise Reibungskupplungen, vorgesehen. Durch diese Ausbildung soll jedoch nur erreicht werden, daß gefährliche Torsionsschwingungen, insbesondere Resonanzschwingungen, in dem System verhindert werden. Auch ist es an sich bei einem Zahnradwechselgetriebe bekannt, daß sämtliche Zahnräder der Hauptwelle und der Vorgelegewelle ständig miteinander im Eingriff sind, wobei jeweils ein Zahnrad eines Zahnradpaares mittels einer Kupplung mit seiner zugehörigen Welle verbunden bzw. von dieser gelöst werden kann.The arrangement of rotary pistons on hollow shaft pieces is already in itself in a rotary piston blower that is not divided into individual cells, known. Here, force-fit organs, for example, are between the rotary lobes and the shafts Friction clutches are provided. However, this training is only intended to achieve that dangerous torsional vibrations, especially resonance vibrations, in the system can be prevented. It is also per se in a gear change transmission known that all gears of the main shaft and the countershaft are constantly with each other are in engagement, one gear of a gear pair by means of a clutch connected to or detached from its associated shaft.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Drehkolbengebläsen ist es nicht nur möglich, die in den einzelnen Zellen untergebrachten Drehkolbenpaare nacheinander zu- bzw. abzuschalten, sondern es kann innerhalb mehrerer Zellen eines Gebläses jeweils jede beliebige Zelle mit der Antriebswelle gekuppelt werden. Dieser Umstand ermöglicht es, daß die einzelnen Zellen des Gebläses in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in an sich bekannter Weise unterschiedliche Längen aufweisen können, so daß eine Veränderung der Fördermenge in sehr kleinen Stufen möglich ist. Wenn beispielsweise ein Gebläse in vier Zellen unterteilt ist, so können die Zellen »eins« und »zwei« jeweils ein Achtel der Gesamtlänge des Gebläses aufweisen, während die Zelle »drei« ein Viertel der Gesamtlänge und die Zelle »vier« die Hälfte der Gesamtlänge aufweist. Dadurch ist es möglich, die Fördermenge des Gebläses in acht Stufen von jeweils einem Achtel der Gesamtfördermenge zu verändern. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß zunächst nur die Zelle »eins« betrieben wird und dann bei der zweiten Stufe die Zelle »zwei« hinzugeschaltet wird. Statt dessen ist es aber auch möglich, bei der zweiten Stufe die Zelle »eins« stillzulegen und nur die Zelle »drei« anzutreiben. Bei der dritten Stufe kann der Zelle »drei« die Zelle »eins« zugeschaltet werden, bei der vierten Stufe kann zusätzlich noch die Zelle »zwei« zugeschaltet werden, oder aber es werden die Zellen »eins«, »zwei« und »drei« abgeschaltet und statt dessen nur die Zelle »vier« in Betrieb genommen, usw.Due to the inventive design of rotary piston blowers, it is not only possible, the rotary piston pairs housed in the individual cells one after the other on or off, but it can be done within several cells of a fan any cell can be coupled to the drive shaft. This condition makes it possible that the individual cells of the fan in a further embodiment of the Invention can have different lengths in a known manner, so that a change in the delivery rate is possible in very small steps. For example, if a fan is divided into four cells, so the cells "one" and "two" each have an eighth of the total length of the fan, while the cell "three" a quarter of the total length and the cell "four" is half the total length. This makes it possible to adjust the flow rate of the blower in eight stages of each to change one eighth of the total delivery rate. This can e.g. B. happen by that at first only cell "one" is operated and then in the second stage cell "two" is added. Instead, it is also possible at In the second stage, shut down cell "one" and only drive cell "three". In the third stage, cell "one" can be switched on to cell "three", In the fourth stage, cell "two" can also be switched on, or the cells "one", "two" and "three" are switched off and instead of which only cell "four" is put into operation, etc.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, die Kupplungen zur Verbindung der Hohlwellen mit der Antriebswelle in den Zahnrädern der auf der Antriebswelle gelagerten Drehkolben unterzubringen. Schließlich ist es zweckmäßig, wenn die Antriebswelle in an sich bekannter Weise ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet ist und zur Aufnahme der Betätigungsmittel für die Kupplungen dient. In besonders einfacher Weise ist dies bei Verwendung elektromagnetischer Kupplungen möglich. In diesem Fall dient die hohle Antriebswelle zur Aufnahme der Stromzuführungsleitungen zu den einzelnen Kupplungen.In a further embodiment of the invention, it is proposed that Couplings for connecting the hollow shafts with the drive shaft in the gear wheels the rotary piston mounted on the drive shaft. Finally is it is useful if the drive shaft is also used as a hollow shaft in a manner known per se is designed and serves to accommodate the actuating means for the clutches. This is particularly easy when using electromagnetic clutches possible. In this case, the hollow drive shaft is used to accommodate the power supply lines to the individual couplings.

Die Zu- und Abschaltung der einzelnen Zellen des Gebläses kann in an sich bekannter Weise durch entsprechende Vorrichtungen automatisch, beispielsweise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder der Stellung des Brennstoffhebels, durchgeführt werden.The individual cells of the fan can be switched on and off in in a known manner automatically by appropriate devices, for example depending on the engine speed or the position of the fuel lever will.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Drehkolbengebläse mit veränderlicher Fördermenge und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.1. Das Drehkolbengebläse 1 ist durch Zwischenwände 2 in vier Zellen 3 aufgeteilt, wobei in jeder Zelle ein aus den Drehkolben 4 und 5 gebildetes Drehkolbenpaar umläuft. Jeder derDrehkolben 4 (der ganz links gezeichnete ausgenommen) ist auf je einer Hohlwelle 6 befestigt, wobei auf jeder Hohlwelle 6 je ein Zahnrad 7 aufgekeilt ist. Weiterhin sind die Drehkolben 4 mittels der Hohlwellen 6 auf einer durchgehenden Welle 8 drehbar gelagert. Drei der Drehkolben 5 sind wiederum auf Hohlwellen 9 befestigt, die ihrerseits drehbar auf der Antriebswelle 10 gelagert sind. Auf den Hohlwellen 9 ist je ein Zahnrad 11 aufgekeilt, welches mit den Zahnrädern 7 der Hohlwellen 6 der Drehkolben 4 im Eingriff steht. In den Zahnrädern 11 ist eine elektromagnetische Kupplung 12 eingebaut, deren zweiter Teil fest auf der Antriebswelle 10 befestigt ist. Die Antriebswelle 10 ist als Hohlwelle ausgebildet und dient zur Aufnahme der Stromzuführungsleitungen 13 zu den Kupplungen 12.In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically, namely FIG. 1 shows a longitudinal section through a rotary piston blower with a variable delivery rate and FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG. The rotary piston blower 1 is divided into four cells 3 by partition walls 2, a rotary piston pair formed from the rotary pistons 4 and 5 rotating in each cell. Each of the rotary pistons 4 (with the exception of the one shown on the far left) is fastened to a hollow shaft 6, with a gear wheel 7 being keyed onto each hollow shaft 6. Furthermore, the rotary pistons 4 are rotatably mounted on a continuous shaft 8 by means of the hollow shafts 6. Three of the rotary pistons 5 are in turn fastened to hollow shafts 9, which in turn are rotatably mounted on the drive shaft 10. On each of the hollow shafts 9 a gear 11 is keyed, which meshes with the gear wheels 7 of the hollow shafts 6 of the rotary pistons 4. An electromagnetic clutch 12, the second part of which is firmly attached to the drive shaft 10 , is built into the gears 11. The drive shaft 10 is designed as a hollow shaft and serves to accommodate the power supply lines 13 to the couplings 12.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Drehkolben der ersten Zelle des Gebläses mit den Hohlwellen unverdrehbar auf den Wellen 8 und 10 angeordnet und über Zahnräder 14, 15 ständig miteinander verbunden. In diesem Falle ist die erste Zelle des Gebläses ununterbrochen in Betrieb, während die drei weiteren Zellen beliebig einzeln zu- oder abgeschaltet werden können.In the illustrated embodiment, the rotary pistons are the first The fan cell with the hollow shafts is arranged on the shafts 8 and 10 so that they cannot rotate and continuously connected to one another via gears 14, 15. In this case it is The first cell of the fan operates continuously while the other three cells can be switched on or off individually as required.

Wie bereits anfangs gesagt, ist es bekannt, mehrere Drehkolbengebläse hintereinander anzuordnen und unter Zwischenschaltung entsprechender Zahnradverbindungen miteinander zu kuppeln. Mit diesen »Zahnradverbindungen« sind die üblichen Synchronisations-Zahnräder 7, 11 jedoch nicht gemeint.As already stated at the beginning, several positive displacement blowers are known to be arranged one behind the other and with the interposition of corresponding gear connections to couple with each other. With these "gear connections" are the usual synchronization gears 7, 11 but not meant.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Rotary piston flushing and charging fan for internal combustion engines, especially two-stroke internal combustion engines, with a housing that is divided in the axial direction by partition walls into cells that are connected to a common manifold and in which the - preferably in the manner of Roots rotors - rotary pistons are arranged on two continuous shafts, one of which serves as a drive shaft, whereby the flow rate of the fan can be changed by switching the individual cells on and off, characterized in that the rotary pistons (5) on the drive shaft ( 10) can be connected non-rotatably to the drive shaft by means of individually switchable - preferably electromagnetically actuated - clutches (12) that furthermore each rotary piston (4) on the other shaft (8) with the associated rotary piston (5) on the drive shaft (10) its own pair of gears (7, 11) is connected and that the rotary piston (4, 5) of the rotary piston pairs of several or all cells (3) are mounted in a known manner by means of hollow shaft pieces (6, 9) on the continuous shafts (8, 10).

2. Rotary piston blower according to claim 1, characterized in that the couplings (12) for connection the hollow shafts (9) with the drive shaft (10) in the gears (11) on the Drive shaft (10) mounted rotary piston (5) are housed.

3. Rotary piston blower according to claim 1, characterized in that the drive shaft (10) is known per se Way is also designed as a hollow shaft and for receiving the actuating means (13) is used for the couplings (12).

4. Rotary piston blower according to one of the preceding Claims, characterized in that the individual cells (3) of the fan in have different lengths in a manner known per se. Considered Publications: German Patent Nos. 415 863, 420 665, 620 797; Swiss Patent Specification No. 201385; French Patent No. 996156; British patent specification No. 1135 from 1907; "Electrical World", January 1955, p. 28.