DE1126187B

DE1126187B - Charging fan for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1126187B
Application number: DEW24706A
Authority: DE
Inventors: Costin Lane Densham
Original assignee: WADE ENGINEERING Ltd
Current assignee: WADE ENGINEERING Ltd
Priority date: 1957-12-24
Filing date: 1958-12-20
Publication date: 1962-03-22

Description

Ladegebläse für Brennkraftmaschinen Es ist vorgeschlagen worden, bei Ladegebläsen für Brennkraftmaschinen einen durch die Abgase der Maschine angetriebenen Roots-Motor mit einem Roots-Gebläse zu verbinden. Bei dem Roots-Gebläse und dem Roots-Motor sind jeweils die beiden Wellen in zwei Lagern gelagert und durch je ein Getriebe verbunden, so daß für solch ein Aggregat acht Lager und zwei Getriebe erforderlich sind. Durch die hohen Reibungsverluste in den Getrieben und in den Lagern wird der Wirkungsgrad eines solchen Aggregats sehr stark herabgesetzt, und diese Vereinigung von Motor und Gebläse ist sehr aufwendig und damit kostspielig im Aufbau.Supercharger for internal combustion engines It has been proposed at Charging blowers for internal combustion engines driven by the exhaust gases from the engine Connect the Roots motor to a Roots blower. With the Roots blower and the Roots motor are each supported by the two shafts in two bearings and by each a transmission connected, so that for such a unit eight bearings and two transmissions required are. Due to the high friction losses in the gears and in the Storage, the efficiency of such a unit is very much reduced, and this combination of motor and fan is very complex and therefore expensive under construction.

Es ist ferner bekannt, Ladegebläse mit einer Zentrifugal- oder Axialturbine zu verwenden, die auf einer gemeinsamen Welle mit einem Zentrifugal- oder Axialgebläse gekuppelt sind. Diese Zentrifugal- oder Axialmaschinen arbeiten mit gutem Wirkungsgrad nur bei einer bestimmten Drehzahl, während bei einem Erhöhen oder Erniedrigen der Drehzahl der Wirkungsgrad sehr stark abfällt. Da sich bei Brennkraftmaschinen die Drehzahl häufig in weiten Bereichen ändert, sind solche Zentrifugal- und Axialmaschinen hierfür wenig geeignet. Außerdem sind sie sehr verwickelt im Aufbau, und sie stellen bei einer Erhöhung der Drehzahl über den Normalwert eine nicht unbeträchtliche Gefahr dar.It is also known, supercharger with a centrifugal or axial turbine to use that on a common shaft with a centrifugal or axial fan are coupled. These centrifugal or axial machines work with good efficiency only at a certain speed, while increasing or decreasing the Speed, the efficiency drops very sharply. Since the internal combustion engines Such centrifugal and axial machines are often used for speed changes in wide ranges not very suitable for this. They are also very involved in construction, and they pose a not inconsiderable danger if the speed is increased above the normal value represent.

Durch die Erfindung wird ein Ladegebläse für Brennkraftmaschinen geschaffen, welches einfach und billig im Aufbau ist und in den verschiedensten Drehzahlbereichen immer einen guten Wirkungsgrad hat. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Läufer des Motors auf den Läuferwellen des Gebläses angeordnet und daß jede Welle von nur zwei Lagern getragen wird. Dadurch sind für das ganze aus Motor und Gebläse bestehende Aggregat nur noch vier Lager mit einem Getriebe erforderlich, so daß es dadurch nicht nur im Aufbau wesentlich vereinfacht wird, sondern es wird dadurch auch wesentlich der Wirkungsgrad erhöht.The invention creates a supercharger for internal combustion engines, which is simple and cheap in construction and in a wide variety of speed ranges always has a good level of efficiency. According to the invention, this is achieved by that the rotor of the motor is arranged on the rotor shafts of the fan and that each Shaft is supported by only two bearings. This is for the whole of the engine and Existing fan unit only requires four bearings with one gearbox, so that it is not only considerably simplified in structure, but also becomes this also significantly increases the efficiency.

Es ist zwar bei zweistufigen Druckluft-Zahnradmotoren bereits bekannt, je zwei Läufer, die zu verschiedenen Stufen gehören, auf einer Welle anzuordnen, welche in je zwei an den Wellenenden liegenden Lagern laufen. Eine solche Maschine kann jedoch sowohl bezüglich der thermischen Verhältnisse als auch bezüglich derübertragung der Leistung und der Kupplung der Wellen nicht als Vorbild für ein abgasgetriebenes Ladegebläse dienen.It is already known in two-stage pneumatic gear motors to arrange two runners each belonging to different levels on a shaft, which each run in two bearings located at the shaft ends. Such a machine can, however, both in terms of thermal conditions and in terms of transmission the performance and the coupling of the shafts are not a model for an exhaust gas powered one Serve charge blower.

Die von dem Roots-Motor an den einzelnen Wellen erzeugte Leistung wird bei einem Ladegebläse nach der vorliegenden Erfindung zu allen Zeiten und unter allen Arbeitsverhältnissen ohne mechanische Verluste auf die Wellen die Gebläses übertragen. Diese besondere Vereinigung stellt sicher, daß das Getriebe zu keiner Zeit Leistung überträgt, sondern lediglich zum Synchronisieren der beiden Läufer dient. Infolgedessen sind die Zahndrücke überaus gering, und darüber hinaus sind überhaupt nur vier Lager erforderlich, da Motor und Gebläse keine getrennten Einheiten bilden. Die mechanischen Verluste werden infolgedessen auf ein Minimum beschränkt. Es wird keine Leistung dem Ladegebläse anders als durch das durch ihn hindurchfließende Gas entnommen oderzugeführt. Infolgedessen können die Wellen vollkommen vom Gehäuse umschlossen sein.The power generated by the Roots motor on each shaft is used in a supercharger according to the present invention at all times and under all working conditions without mechanical losses on the shafts of the blower transfer. This particular association ensures that the gearbox does not become any Time transfers power, but only to synchronize the two runners serves. As a result, the tooth pressures are extremely small, and moreover are Only four bearings are required as the motor and fan are not separate units form. As a result, mechanical losses are kept to a minimum. There is no power to the charge fan other than what is flowing through it Gas withdrawn or supplied. As a result, the waves can be completely removed from the housing be enclosed.

Bei einem in Verbindung mit einer mehrzylindrischen Maschine verwendeten Ladegebläse sollte derselbe Roots-Motor nicht an mehrere Zylinder angeschlossen werden, welche eine beträchtliche Überschneidung der Auspuffsteuerzeiten haben. Infolgedessen können zwei oder mehrere Motoren mit je einem Läufer auf den beiden Wellen vorgesehen werden. Gewöhnlich werden bei einer Vierzylindermaschine zwei Zylinder, und zwar der erste und der vierte, mit dem einen Motorteil und die anderen beiden Zylinder, der zweite und der dritte, mit dem anderen Motorteil verwendet. Es ist aber auch durchaus möglich, mit nur einem von allen vier Zylindern gespeisten Motor zufriedenstellend zu arbeiten. Bei einer Sechszylindermaschine speisen drei Zylinder fast unveränderlich eine Motorgruppe.One used in conjunction with a multi-cylinder machine The same Roots motor should not be connected to multiple cylinders which have a considerable overlap in exhaust timing. As a result, you can have two or more motors, each with a rotor on the two Waves are provided. Usually there are two on a four cylinder engine Cylinders, namely the first and the fourth, with one engine part and the other both cylinders, the second and the third, used with the other engine part. But it is also quite possible to be fed with just one of all four cylinders engine to work satisfactorily. In a six-cylinder engine, three cylinders feed almost invariably a group of motors.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing, the invention is shown by way of example.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ladegebläse nach der Linie 1-I der Fig. 2; Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 sind Querschnitte nach den Linien 11-1I, 111-11l, IV-IV, V-V, VI-VI der Fig. l; Fig. 7 zeigt schematisch den Anbau eines Ladegebläses an eine Brennkraftmaschine; Fig. 8 zeigt in Ansicht ein Lagegebläse mit einem zweistufigen Gebläse.Fig. 1 is a longitudinal section through a supercharger along the line 1-I of Fig. 2; Figs. 2, 3, 4, 5 and 6 are cross-sections along lines 11-1I, 111-11l, IV-IV, V-V, VI-VI of Fig. 1; Fig. 7 shows schematically the attachment of a supercharger to an internal combustion engine; Fig. 8 shows a view of a position fan with a two-stage Fan.

Das Ladegebläse nach den Fig. 1 bis 7 enthält ein Gebläse 2 und zwei Roots-Motoren 4 und 6. Es hat zwei Wellen 8 und 10, von denen jede der Reihenfolge nach in Längsrichtung einen Gebläseläufer 12, ein Rollenlager 14, ein Getriebe 16, ein Getriebe 18, ein Kugellager 20, einen Turbinenläufer 22 und einen zweiten Turbinenläufer 24 trägt.The charging fan according to FIGS. 1 to 7 includes a fan 2 and two Roots motors 4 and 6. It has two shafts 8 and 10, each of which is the order in the longitudinal direction a fan rotor 12, a roller bearing 14, a gear 16, a gearbox 18, a ball bearing 20, a turbine runner 22 and a second turbine runner 24 wears.

Der Aufbau des Ladegebläses weist der Reihe nach ein Gebläsegehäuse 26, ein die Lager 14 tragendes Gehäuse 28, ein Getriebegehäuse 30, ein die Lager 20 tragendes Gehäuse 32, ein Motorgehäuse 34 und ein zweites Motorgehäuse 36 auf. Es sind ferner noch Stirnplatten 38 und 40 und an dem Motorende zwei Trennwände 42 und 44 und ein Abstandsstück 46 vorgesehen.The structure of the supercharger has, in sequence, a fan housing 26, a housing 28 supporting the bearings 14 , a gear housing 30, a housing 32 supporting the bearings 20 , a motor housing 34 and a second motor housing 36. There are also end plates 38 and 40 and at the engine end two partition walls 42 and 44 and a spacer 46 are provided.

Das Getriebegehäuse 30 ist von größerer Länge, so daß auf jeder der Wellen die beiden Lager 14 und 20' einen größeren Abstand voneinander haben, so daß die Welle kippsicher gehalten wird.The gear housing 30 is of greater length, so that on each of the shafts the two bearings 14 and 20 'have a greater distance from one another, so that the shaft is held in a stable manner.

Die Teile am Motorende des Ladegebläses bestehen aus Metall, welches der hohen Temperatur der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine widerstehen kann. Jede Welle ist aus zwei miteinander bei 52 befestigten Teilen 48 und 50 hergestellt. Dadurch wird der Zusammenbau des Ladegebläses erleichtert, und der Teil 48 kann aus einem billigeren Material hergestellt werden, welches nicht hohen Temperaturen zu widerstehen braucht. Die Wellen sind zwischen den Lagern 14 und 20 vergrößert, um eine gleichmäßige Steifheit zu ergeben, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Läufer über die Lager hinausfliegend angeordnet sind.The parts at the motor end of the supercharger are made of metal, which can withstand the high temperature of the exhaust gases from an internal combustion engine. Each shaft is made up of two parts 48 and 50 secured together at 52. This facilitates the assembly of the charge blower and the part 48 can be made of a cheaper material which does not have to withstand high temperatures. The shafts are enlarged between the bearings 14 and 20 to provide uniform rigidity, taking into account that the rotors are arranged overhung the bearings.

Die Läufer 12, 22 und 24 können aus Platten oder Lamellen aus gesintertem Metall bestehen. Sie sind an den Wellen durch Keile 54 befestigt. Die Getriebepaare 16 und 18 übertragen keine Leistung, sondern synchronisieren lediglich die Läufer. Die Getriebe haben die Form von Ringen, die winkelig einstellbar und an den Wellen durch Ringe 56 und Schrauben 58 festgeklemmt sind, so daß der Grad eines Spieles in dem Getriebe eingestellt werden kann.The rotors 12, 22 and 24 can consist of plates or lamellae made of sintered metal. They are attached to the shafts by wedges 54. The gear pairs 16 and 18 do not transmit any power, but only synchronize the rotors. The gears are in the form of rings which are angularly adjustable and clamped to the shafts by rings 56 and screws 58 so that the degree of backlash in the gears can be adjusted.

Um einen Hitzefluß zu den Lagern 20 von den Motoren 4 und 6 zu verhindern, sind die Lager 20 auf Fingern 60 angeordnet, welche vom Gehäuse 32 ausgehen. Diese Finger tragen einen Ring 62, innerhalb welchem das Lager durch einen Abdeckring 64 zurückgehalten wird. Für ein weiteres Hindernis gegenüber dem Hitzefluß besteht das Gehäuse aus zwei durch Zapfen 70 miteinander verbundenen parallelen Teilen 66 und 68. Eine ähnliche Anordnung mit Fingern wird für die Tragvorrichtung für die Lager 14 angewendet.In order to prevent heat flow to the bearings 20 from the motors 4 and 6, the bearings 20 are arranged on fingers 60 which extend from the housing 32. These fingers carry a ring 62 within which the bearing is retained by a cover ring 64. For a further obstacle to the flow of heat, the housing consists of two parallel parts 66 and 68 connected to one another by pins 70. A similar arrangement with fingers is used for the support device for the bearings 14.

Um zu verhindern, daß ö1 aus dem Getriebegehäuse in die Motoren gelangen und dort verkohlen kann, trägt jede Welle eine abgestufte Hülse 72 und einen ölschleuderring 74. Fig. 7 zeigt schematisch die Verbindung des Ladegebläses mit einer vierzylindrigen Dieselmaschine. Der Einlaßschlitz des Motors 4 ist mit den Auspuffschlitzen des zweiten und dritten Zylinders durch eine Leitung 72, der Einlaßschhtz des Motors 6 mit den Auspuffschlitzen des ersten und vierten Zylinders durch eine Leitung 74 verbunden. Der Auslaßschlitz 76 des Gebläses 2 ist durch Leitungen mit den Öffnungen bei 78 und 80 verbunden, die zu den Einlaßschlitzen des ersten, zweiten, dritten und vierten Zylinders entsprechend führen. Diese Leitungen sind durch gestrichelte Linien 82 dargestellt und nicht im einzelnen gezeigt, um nicht die anderen Teile undeutlich zu machen. Die Auspuffschlitze der Motoren 4 und 6 können mit der Auspuffleitung 84 verbunden werden. Der Einlaßschlitz 86 des Gebläses kann ein nicht dargestelltes Luftfilter haben.To prevent oil from getting into the motors from the gearbox housing and can char there, each shaft carries a stepped sleeve 72 and an oil slinger 74. Fig. 7 shows schematically the connection of the charge blower with a four-cylinder Diesel engine. The inlet slot of the engine 4 is with the exhaust ports of the second and third cylinders through conduit 72, the intake valve of the engine 6 with the exhaust ports of the first and fourth cylinders through a line 74 tied together. The outlet slot 76 of the fan 2 is through lines with the openings connected at 78 and 80 leading to the inlet slots of the first, second, third and fourth cylinder lead accordingly. These lines are indicated by dashed lines Lines 82 shown and not shown in detail so as not to the other parts obscure. The exhaust slots of engines 4 and 6 can be connected to the exhaust pipe 84 can be connected. The inlet slot 86 of the fan may be one not shown Have air filters.

Fig. 8 zeigt einen mit einem zweiten Roots-Gebläse 88 versehenes abgeändertes Ladegebläse, dessen Läufer auf der gleichen Welle wie das Gebläse 2 und die Motoren 4 und 6 angeordnet sind. Der Auspuffschlitz des Gebläses 88 ist durch eine Leitung 90 mit dem Einlaßschlitz des Gebläses 2 verbunden, so daß zwei Vorverdichtungsstufen vorgesehen sind.8 shows a modified one provided with a second Roots blower 88 Charging fan, its rotor on the same shaft as the fan 2 and the motors 4 and 6 are arranged. The exhaust port of the fan 88 is through a duct 90 connected to the inlet slot of the fan 2, so that two precompression stages are provided.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Charging fan for internal combustion engines, consisting of a Roots motor driven by exhaust gases from the machine, which drives a Roots fan, the two rotor shafts of which are coupled by a gear drive, characterized in that the rotor of the motor is on the rotor shafts of the Fan are arranged and that each shaft is supported by only two bearings.

2. Charging fan according to claim 1, characterized in that on each shaft (8, 10) one after the other in the longitudinal direction a fan, a bearing, a gear, a second bearing and a motor rotor are arranged.

3. Charger according to claim 2, characterized in that there is in turn a fan housing (26), a bearing (14) supporting housing (28), a gear housing (30), a second bearing (20) supporting housing (32) and includes a motor housing (34).

4. Charger according to claim 3, characterized in that the gear housing (30) has a length such that two bearings (14, 20) of a shaft are arranged at a distance from one another, which is necessary for proper shaft storage.

5. Charge fan after Claim 1, characterized in that the shafts (8, 10) of housings completely are enclosed.

6. Charger according to claim 4 or 5, characterized in that that the turbine adjacent bearing (20) is arranged in a ring (62), the connected to the housing (32) via webs (60) and arranged at a distance from it is.

7. Charger according to one of claims 4 to 6, characterized in that the housing (32) adjacent to the motor connected to one another by pins (70) parallel parts (66, 68). B.

Charger according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the shafts (8, 10) are in drive connection with one another by two pairs of gears, of which at least one gear wheel for adjusting the play between the rotors is arranged to be rotatable with respect to its shaft.

9. Charger according to one of claims 1 to 8, characterized by a second Roats fan (88), the runners of which are arranged on the same shafts (8, 10).

10. Charger according to one of claims 1 to 9, characterized by a second Roots motor, the rotors of which are arranged on the same shafts (8, 10).

11. Charger according to claim 9, characterized in that the two fans (2, 88) are connected in series on the air side.

12. Charging fan in connection with a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 10, characterized in that each of the Roots engines is connected to the exhaust lines of such cylinders whose exhaust control times do not overlap, while the fan supplies air to all cylinders. References considered: British Patent Nos. 237147, 309 685, 730870.