DE1129764B

DE1129764B - Method and device for charging internal combustion engines, in particular for motor vehicles

Info

Publication number: DE1129764B
Application number: DEST9678A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Steusloff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-03-30
Filing date: 1955-03-30
Publication date: 1962-05-17

Description

Verfahren und Einrichtung zum Aufladen insbesondere von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge ' Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufladen von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, durch ein von der Maschine angetriebenes Gebläse, durch welches der von der Maschine angesaugten Luft zusätzliche Luft zugeführt wird, wobei die Fördermenge der zusätzlich zugeführten Luft bei steigender Maschinenbelastung erhöht und bei abfallender Maschinenbelastung vermindert wird.Method and apparatus for charging in particular of internal combustion engines for motor vehicles' The invention relates to a method and apparatus for charging internal combustion engines, particularly for motor vehicles, by which the additional of the machine air sucked air is supplied by a driven by the engine blower, wherein the delivery rate of the additionally supplied air is increased with increasing machine load and decreased with falling machine load.

Zur Erzielung guter Fahreigenschaften ist es bei Kraftfahrzeugen erwünscht, besonders im Bereich unterer und mittlerer Drehzahlen zur Erzielung einer guten Beschleunigung ein möglichst hohes Drehmoment zu erreichen. Mit steigender Drehzahl fällt das Drehmornent von seinem Höchstwert stark ab. Es kommt darauf an, die indizierte Leistung einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge besonders im unteren und mittleren Drehzahlbereich zu erhöhen, so daß eine möglichst steil ansteigende, mit wachsender Drehzahl allmählich flacher verlaufende Leistungskurve entsteht.In order to achieve good driving characteristics, it is desirable in motor vehicles especially in the range of low and medium speeds to achieve a good Acceleration to achieve the highest possible torque. With increasing speed the torque drops sharply from its maximum value. It depends on the indexed Performance of an internal combustion engine for motor vehicles, especially in the lower and middle Increase the speed range, so that a rising as steeply as possible, with increasing Speed gradually flatter performance curve.

Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, bei steigender Maschinenbelastung im unteren und mittleren Drehzahlbereich den Ladedruck und damit das Drehmoment einer Brennkraftmaschine zu erhöhen und ihn selbständig der Charakteristik des Motors im Sinne besserer Fahreigenschaften anzupassen.The invention makes it its task with increasing machine load the boost pressure and thus the torque in the lower and middle speed range an internal combustion engine and it independently of the characteristics of the engine adapt in terms of better driving characteristics.

Es ist bekannt, die Leistung einer Brennkraftmaschine durch Vorverdichtung der Lademenge und Zuführung unter Druck zu steigern, wobei die Leistungssteigerung etwa proportional zum Ladedruck verläuft. Dieser muß also im unteren Drehzahlbereich am höchsten sein und mit steigender Drehzahl abfallen. Dieses Ziel ist ohne besondere Maßnahmen mit den gebräuchlichen Mitteln nicht zu erreichen, weil die Gebläse eine Fördercharakteristik aufweisen, bei der mit steigender Drehzahl auch die Fördermenge und damit der Ladedruck zunimmt. Gerade die umgekehrte Charakteristik ist aber erwünscht.It is known to increase the performance of an internal combustion engine through pre-compression to increase the load quantity and feed under pressure, with the increase in performance is roughly proportional to the boost pressure. So this must be in the lower speed range be highest and decrease with increasing speed. This goal is without special Measures cannot be achieved with the usual means, because the fan is a Have delivery characteristics in which, with increasing speed, so does the delivery rate and thus the boost pressure increases. However, it is precisely the opposite characteristic that is desirable.

Aber auch im oberen Drehzahlbereich kann eine vorübergehende Leistungssteigerung erwünscht sein, z. B. zur überwindung einer Steigung oder eines starken Gegenwindes. Es ist daher vorteilhaft -, eine leistungsabhängige Regelung der Ladeluftmenge vorzunehmen.However, a temporary increase in performance can also be achieved in the upper speed range be desirable, e.g. B. to overcome a slope or a strong headwind. It is therefore advantageous - to carry out a power-dependent regulation of the amount of charge air.

Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, das Ladegebläse überzabemessen und mit steigender Drehzahl zu drosseln, so daß der Motor im unteren Drehzahlbereich stark, mit ansteigender Drehzahl geringer aufgeladen wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß hohe Drosselverluste und eine starke Erwärmung der Luft entstehen. Man hat ferner zwischen Kurbelwelle und Verdichter ein Übersetzungsgetriebe angebracht, mit dem zur Erzeugung einer hohen Anfahrbeschleunigung die Drehzahl des Verdichters gegenüber der Kurbelwellendrebzahl im unteren Drehzahlbereich erhöht und im oberen Drehzahlbereich vermindert wird. Auf diese Weise wird die Fördermenge des Gebläses der Drehzahl des Motors angepaßt und eine drehzahlabhängige Regelung der Liefermenge vorgenommen. Die Maschinendrehzahl sagt aber nichts über den Leistungsbedarf aus. Im Leerlauf und bei geringer Geschwindigkeit im direkten Gang arbeitet ein Kraftfahrzeugmotor mit geringer Drehzahl, ohne daß ihm eine erhöhte Leistung abverlangt wird. Erst wenn das Fahrzeug beschleunigt werden soll, tritt ein erhöhter Leistungsbedarf auf, erst dann braucht der Motor eine erhöhte"Ladung. Einer solchen leistungsabhängigen Regelung wird auch dieses bekannte Verfahren nicht gerecht.The proposal has already been made to overzabemessen the charging fan and to throttle it with increasing speed so that the engine is charged more strongly in the lower speed range and less with increasing speed. This method has the disadvantage that high throttling losses and strong heating of the air occur. A transmission gear has also been installed between the crankshaft and the compressor, with which the speed of the compressor is increased in the lower speed range and decreased in the upper speed range in relation to the crankshaft speed to generate a high starting acceleration. In this way, the delivery rate of the fan is adapted to the speed of the motor and a speed-dependent control of the delivery rate is carried out. The machine speed does not say anything about the power requirement. When idling and at low speed in direct gear, a motor vehicle engine operates at low speed without any increased power being demanded of it. Only when the vehicle is to be accelerated does an increased power requirement arise; only then does the engine need an increased charge. This known method does not do justice to such a power-dependent regulation either.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Ladedruck einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Fahrwiderstand zu regeln, derart, daß die Kurbelwelle der Maschine auf ein Planetengetriebe arbeitet, dessen eine Abtriebswelle mit einem Ladekompressor verbunden ist, während die andere Abtriebswelle die Fahrzeugräder treibt. Mit ansteigendem Widerstand wird der Verdichter entsprechend schneller angetrieben. Diese Art der Regelung ermöglicht zwar, die Maschinenleistung an den jeweiligen Leistungsbedarf anzupassen, ist aber wegen des erforderlichen Getriebes aufwendig.It has also already been proposed to increase the boost pressure of a vehicle internal combustion engine to regulate depending on the driving resistance, in such a way that the crankshaft of the machine works on a planetary gear, one output shaft of which is connected to a charge compressor is connected, while the other output shaft drives the vehicle wheels. With increasing Resistance, the compressor is driven correspondingly faster. This kind of Regulation enables the machine power to match the respective power requirement adapt, but is expensive because of the necessary gear.

Es ist schließlich zur Verbesserung des volumetrischeu Wirkungsgrades einer Brennkraftmaschine der Vorschlag gemacht worden, in die Ansaugeleitung einer Sauggasmaschine Druckluft einzuführen. Diese bekannte Einrichtung dient dem Zweck, dem natürlichen Abfall des volumetrischen Wirkungsgrades im oberen Drehzahlbereich entgegenzuwirken und dort die Füllung zu erhöhen, während im unteren Drehzahlbereich, beim Absinken auch der Gebläsedrehzahl, keine Leistungssteigerung vorgenommen werden kann. Dieser Vorschlag betrifft daher nicht das der verliegenden Erfindung -zugrunde liegende Problem.Finally, in order to improve the volumetric efficiency of an internal combustion engine, the proposal has been made to introduce compressed air into the intake line of a suction gas machine. This known device serves the purpose of counteracting the natural drop in volumetric efficiency in the upper speed range and there to increase the filling, while in the lower speed range, the decrease also the fan speed, no performance improvement can be made. This proposal therefore does not address the problem on which the present invention is based.

Die im einzelnen geschilderten Maßnahmen zur Erhöhung der Maschinenleistung im unteren und mittleren Drehzahlbereich arbeiten entweder mit einer komplizierten und damit teuren Regelung oder sie arbeiten mit hohen Verlusten und benötigen ein Ladegebläse, mit dem die gesamte Verbrennungsluft über ein Gebläse gefördert wird. Sie arbeiten mit einer drebzahlabhängigenRegelung oder mit einer leistungsabhängigen Drosselung der gesamten Verbrennungsluft.The measures described in detail to increase the machine performance in the lower and middle speed range either work with a complicated one and thus expensive regulation or they work with high losses and require one Charging fan with which all of the combustion air is conveyed through a fan. They work with a speed-dependent regulation or with a performance-dependent one Throttling of the entire combustion air.

Erfindungsgemäß wird die Fördermenge eines Gebläses in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck im Zylinder einer Brennkraftmaschine geregelt und die geförderte Luft unmittelbar den Einlaßventilen zugeführt, während der Motor selbst als Saugmotor arbeitet. Diese Regelung des Hubvolumens eines Gebläses hat den Vorteil, daß immer gerade das zur Aufladung benötigte Luftgewicht zur Verfügung steht. Diese Art der Regelung ist aber auch auf das engste verbunden mit dem Gedanken, den Motor im Sauggasbetrieb arbeiten zu lassen und nur die zusätzliche Ladung über ein Gebläse zuzuführen, weil die Regelwiderstände eines großen Gebläses, das die gesamte Verbrennungsluft des Motors fördert, -viel zu groß wären.According to the invention, the delivery rate of a blower is dependent regulated by the working pressure in the cylinder of an internal combustion engine and the promoted Air is supplied directly to the intake valves, while the engine itself operates as a naturally aspirated engine is working. This regulation of the stroke volume of a fan has the advantage that always just the air weight required for charging is available. This kind of Regulation is also closely related to the idea of running the engine in suction gas mode to let work and only supply the additional charge via a fan, because the control resistances of a large blower that feeds all of the combustion air of the Motor promotes, -would be much too big.

Alle bekannten Gebläse sind drehzahlabhängig, d. h. ihre Fördermenge ist um so größer, je schneller sie umlaufen. Bei hohen Drehzahlen wird aber auch die Antriebsleistung eines solchen Gebläses sehr hoch und entsprechend hoch wären die Verstellwiderstände zur Regelung der Fördermenge.All known blowers are speed dependent, i. H. The faster they circulate, the greater their delivery rate. At high speeds, however, the drive power of such a fan is also very high and the adjustment resistances for regulating the delivery rate would be correspondingly high.

Wenn aber, wie vorgeschlagen wird, die Brennkraftmaschine im Sauggasbetrieb arbeitet und nur die der charakteristischen Regelung entsprechende Luftmenge durch ein Gebläse gefördert und zusätzlich dem Motor zugeführt wird, kann ein solches Gebläse entsprechend klein ausgeführt werden, so daß auch die aufzuwendenden Verstellkräfte gering sind. Diese Art der Aufladung ermöglicht es aber auch, gerade im unteren Drehzahlbereich, wenn dem Motor ein hohes Drehmoment abverlangt wird und die Drehzahl des Laders mit der Motordrehzahl abfällt, den Ladedruck und damit das Ladegewicht zu erhöhen, wobei der Arbeitsdruck im Zylinder die Verstellung der Fördermenge bewirkt, weil sich dieser Druck mit dem Drehmoment ändert. Erfindungsgemäß wird der Druck der Brenngase zur Verstellung des Hubvolumens des Laders herangezogen, so daß der Ladedrack mit ansteigendem Drehmoment erhöht wird. Die gleiche Regelung kann aber auch erzielt werden, wenn der Antrieb eines Laders üblicher Bauart durch ein Regelgetriebe erfolgt und dieses vom ansteigendemDruck der Brenngase im Sinne steigender Drehzahlen beeinflußt wird.But if, as proposed, the internal combustion engine is in suction gas operation works and only the amount of air corresponding to the characteristic regulation a fan is promoted and additionally fed to the motor, such a Blower are made correspondingly small, so that the adjustment forces to be used are low. This type of charging also enables it, especially in the lower Speed range when a high torque is required from the motor and the speed of the loader drops with the engine speed, the boost pressure and thus the load weight to increase, whereby the working pressure in the cylinder causes the delivery rate to be adjusted, because this pressure changes with the torque. According to the invention, the pressure the fuel gases used to adjust the displacement of the charger, so that the Loading rack is increased with increasing torque. The same rule can, however can also be achieved if the drive of a loader of the usual type is through a variable speed gearbox takes place and this from the increasing pressure of the fuel gases in the sense of increasing speeds being affected.

Es ist zwar bekannt, den Arbeitsdruck im Zylinder einer Brennkraftmaschine als Regelimpuls zu verwenden. Bei dieser bekannten Anordnung werden jedoch die Steuerzeiten der Ein- und Auslaßorgane verändert und nicht die Fördermenge eines Gebläses.It is known, the working pressure in the cylinder of an internal combustion engine to be used as a control pulse. In this known arrangement, however, the timing the inlet and outlet organs changed and not the flow rate of a fan.

Erfindungsgemäß wirkt derArbeitsdruck der Brenngase auf einen Kolben, der auf eine in einem Rohr eingeschlossene Flüssigkeitssäule drückt, wobei das freie Ende dieses Rohres schraubenförmig um eine Reglerwelle des Gebläses gewunden ist und bei einer Druckänderung im Inneren eine Drehung der Reglerwelle bewirkt. Dadurch erfolgt die Regelung unmittelbar und selbsttätig, weil mit steigender Belastung des Motors auch der Effektivdruck im Zylinder ansteigt.According to the invention, the working pressure of the combustion gases acts on a piston, which presses on a column of liquid enclosed in a tube, the free The end of this tube is helically wound around a regulator shaft of the fan and causes the regulator shaft to rotate when there is a pressure change inside. Through this the regulation takes place immediately and automatically, because with increasing load of the engine, the effective pressure in the cylinder also increases.

Dabei ist die Anordnung getroffen, daß die Gebläseluft -über besondere Leitungen, die von der Sangleitung durch Stautrichter und/oder Rückschlagventile getrennt sind, den Einlaßventilen unmittelbar zugeführt wird. Durch diese Maßnahme werden Luftschwingungen in der Ansaugeleitung vermieden und es wird eine bessere Durchwirbelung der Verbrennungsluft im Zylinder bewirkt.The arrangement is made that the blower air -over special Lines leading from the Sangleitung through storage funnels and / or check valves are separated, is fed directly to the inlet valves. By this measure air vibrations in the suction line are avoided and it becomes better Swirling the combustion air in the cylinder causes.

Zur näheren Erläuterung dienen die Abbildungen. Abb. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Vorkammer-Dieselmaschine; Abb. 2 zeigt die selbständige Verstelleinrichtung für das Ladegebläse; Abb. 3 zeigt die Zuführung der Gebräseluft am Grundriß einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine; Abb. 4 zeigt das Rückschlagventil.The illustrations serve for a more detailed explanation. Fig. 1 is a vertical section through an antechamber diesel engine; Fig. 2 shows the independent adjustment device for the charging fan; Fig. 3 shows the supply of the blown air on the plan of a four-cylinder internal combustion engine; Fig. 4 shows the check valve.

An dem Kurbelgehäuse 1 ist das Ladegebläse 2 angeflanscht und wird von der auf der Kurbelwelle sitzenden Riemenscheibe 3 durch den Riemen 4 angetrieben. Das Ladegebläse 2 saugt über die Luftleitung 5 und den Filter 6 die Luft an und drückt sie über die Leitung 7 in die, Ladeluftleitung 8. Der Motor saugt über die Ansaugeluftleitung 9 und über den Filter 10 seinen Normalluftbedarf an. Aus der Ladeluftleitung 8 wird die Ladeluft über die Zuleitungen 11 unmittelbar an das Einlaßventil geführt" über die Bohrung 12 steht d6r#Ve-rbiennungsraum des Zylinders mit dem Rohr 13 in Verbindung, das den Druck der Verbrennungsgase gegen den Meinbrankolben 14 leitet, so daß dieser gegen seine Eigenspannung zusammengedrückt wird und damit den Kolben 15 vorwärts treibt und die im Zylinder 16 und im Federrohr 17 befindliche Flüssigkeit komprimiert. Das Federrohr 17 ist schraubenförmig um die Reglerwelle 18 des Laders 2 gewickelt und ragt mit seinem freien Ende 19 in eine Querbohrung der Reglerwelle 18. The charging fan 2 is flanged to the crankcase 1 and is driven by the belt 4 from the belt pulley 3 seated on the crankshaft. The charge blower 2 sucks in the air via the air line 5 and the filter 6 and presses it via the line 7 into the charge air line 8. The engine sucks in its normal air requirement via the intake air line 9 and the filter 10 . From the charge air line 8 , the charge air is fed via the supply lines 11 directly to the inlet valve "The connection space of the cylinder is connected to the pipe 13 via the bore 12, which conducts the pressure of the combustion gases against the piston 14, so that the latter is compressed against its own tension and thus drives the piston 15 forward and compresses the liquid located in the cylinder 16 and in the spring tube 17. The spring tube 17 is helically wound around the regulator shaft 18 of the charger 2 and protrudes with its free end 19 into a transverse bore of the regulator shaft 18th

Steigt der Druck der Verbrennungsgase im Zylinder der Brennkraftmaschine an, dann wird dieser Druck über das Rohr 13 auf den Membrankolben 14 geleitet und von diesem und dem Kolben 15 übersetzt, so daß die im Federrohr 17 eingeschlossene Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird. Dieser Druck im Inneren des Federrohres 17 hat die Wirkung, daß sich seine, um die Reglerwelle 18 gewundenen Schraubenwindungen aufweiten und das freie Ende verdrehen, so daß auch die Regierwelle 18 verdreht wird. Auf der Reglerwelle 18 sind die Zahnräder 20 befestigt, die mit den Lagerbuchsen 21 im Eingriff stehen, so daß jede Drehung der Reglerwelle 18 auf die Lagerbuchsen 21 übertragen wird. Exzentrisch zur Lagerung der Lagerbuchsen 21 ist in diesen die Läuferwelle. 22 gelagert, die also bei einer Bewegung der Lagerbuchsen 21 gegenüber der Achse des Gehäuses verstellt wird und damit wird die Stellung des Läufers 2' zum Gehäuse geändert.If the pressure of the combustion gases in the cylinder of the internal combustion engine increases, then this pressure is passed through the pipe 13 to the diaphragm piston 14 and translated by this and the piston 15 so that the liquid enclosed in the spring tube 17 is pressurized. This pressure in the interior of the spring tube 17 has the effect that its screw turns wound around the regulator shaft 18 expand and twist the free end, so that the regulating shaft 18 is also rotated. On the governor shaft 18, the gears 20 are mounted which are associated with the bearing bushes 21 are engaged so that each rotation of the governor shaft is transmitted to the bearing bushings 21 eighteenth The rotor shaft is eccentric to the mounting of the bearing bushes 21 in these. 22 stored, which is thus adjusted with a movement of the bearing bushes 21 relative to the axis of the housing and thus the position of the rotor 2 'is changed to the housing.

Mit der Verstellung der Läuferwelle 22 bewegt sich auch die Achse des Antriebsritzels 23 auf einem Kreisbogen. Es ist deshalb das Innenzahnrad 24, das mit dem Antriebsritzel 23 zusammen kämmt, mit der gleichen Exzentrizität wie die Lagerbuchsen 21 im Lagerdeckel 25 gelagert, so daß in jeder Stellung das Antriebsritzel 23 mit dem Innenzahnrad 24 im Zahneingriff steht.With the adjustment of the rotor shaft 22, the axis of the drive pinion 23 also moves on an arc of a circle. It is therefore the internal gear 24, which meshes with the drive pinion 23 , mounted with the same eccentricity as the bearing bushes 21 in the bearing cover 25 , so that the drive pinion 23 is in meshing engagement with the internal gear 24 in every position.

Die Zuleitungen 11 führen die Ladeluft aus der Ladeluftleitung 8 unmittelbar vor die Einlaßventile, wobei der Weg durch die Ansaugeluftleitung 9 genommen wird. Die Zuleitungen 11 ragen in je einen Stautrichter 27 hinein. In der Ansaugeluftleitung 9 befinden sich noch weitere Stautrichter 28. The feed lines 11 lead the charge air from the charge air line 8 directly in front of the inlet valves, the route through the intake air line 9 being taken. The supply lines 11 each protrude into a storage funnel 27 . Further storage funnels 28 are located in the intake air line 9.

Die Stautrichter 27 können auch mit einem Anschlag 30 versehen sein, gegen den sich ein Ventilschieber 31 leg, wenn im Ventilvorraum 32 ein überdruck herrscht und damit den Raum 32 gegen die Saugleitung abschließt. Der Schieber 31 wird auf dem Zuleitungsrohr 11 geführt und von der Feder 34 in offener Stellung gehalten. Es entsteht so ein Rückschlagventil, das auf die kurzen Spielzeiten ansprechen soll. Zur Verringerung der Trägheitskräfte ist das Ventil 31 aus Polyamid gefertigt.The storage funnel 27 can also be provided with a stop 30 against which a valve slide 31 is placed when there is overpressure in the valve antechamber 32 and thus closes off the space 32 from the suction line. The slide 31 is guided on the supply pipe 11 and held in the open position by the spring 34. The result is a check valve that should respond to the short playing times. To reduce the inertia forces, the valve 31 is made of polyamide.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for charging internal combustion engines, especially for motor vehicles, by means of a fan driven by the machine, by means of which additional air is supplied to the air drawn in by the machine, characterized in that the delivery rate of the fan is regulated as a function of the combustion pressure in the internal combustion engine cylinder and the conveyed air is fed directly to the inlet valves, the conveyed amount being increased in a manner known per se with increasing machine load and reduced with decreasing machine load.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the working pressure of the fuel gases acts in a manner known per se on a piston and that the piston presses on a column of liquid enclosed in a tube, the free end of the tube in a helical manner a regulator shaft of the fan is wound and causes a rotation of the regulating shaft in the event of a pressure change inside. 3. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the blower air is fed to the inlet valves via special lines which are separated from the suction line by storage funnels and / or check valves.

Considered publications: German Patent Nos. 452 147, 496 637, 663 957, 705 746, 866 294; Swiss Patent No. 299 829; British Patent No. 511505; USA. Pat. No. 1,645,178.