DE1806235A1

DE1806235A1 - Combustion engine with supercharging by exhaust gas turbine and positive displacement charger

Info

Publication number: DE1806235A1
Application number: DE19681806235
Authority: DE
Inventors: Kickbusch Dipl-Ing Ernst
Original assignee: KICKBUSCH DIPL ING ERNST
Current assignee: KICKBUSCH DIPL ING ERNST
Priority date: 1968-10-31
Filing date: 1968-10-31
Publication date: 1970-09-10

Description

Verbrennungsmotor mit Aufladung durch Abgasturbine und Verdrängerlader.Combustion engine with supercharging by exhaust gas turbine and displacement charger.

Die Erfindung betrifft einen durch Abgasturbine und VerdrEngerlader auRgeladenen Verbrennungsmotor nach der Patentanmeldung Az. P 1751 941.4.The invention relates to an exhaust gas turbine and positive displacement supercharger Charged internal combustion engine according to patent application Az. P 1751 941.4.

Dieses System, bestehend aus Motor und der ungesteuerten Aufladeeinrichtung, durchläuft immer Gleichgewichtszustände, wobei die Betriebspunkte im ArbeitsSeld des Motors durch die Jeweilige BrennstoffzuRuhr bestimmt werden. Die Aufladeeinri¢htung ist dabei den Bedingungen so angepasstJ daß das VerhCltnis von Verbrennungsluft zu Brennstoff in gewissen Grenzen bleibt und die Rauchgrenze und die Temperaturgrenze vermieden werden. Motore der in Frage stehenden Art sind wegen der Möglichkeit, in einem breiten Bereich ihres Arbeitsfeldes als Konstantleistungsmotore zu arbeiten, besonders für Fahrzeugantriebe geeignet.und auf diesem Anwendungsgebiet wird schnelles Reagieren au! veränderte BrennstofRzuSuhr, besonders ein schneller Übergang von Leerlauf auf maximales Drehmoment für das Anfahren verlangt. Das ungesteuerte Ladesystem nach der Patentanmeldung Az. P 1751 941.4 wird mit einer gewissen Verzögerung auf geänderte Brennstoffzuteilung reagieren, so daß die Maschine nicht in Sekundenschnelle von Leerlauf auf Vollast hochlaufen kann. Zweck der Erfindung ist die Abstellung dieses Mangels.This system, consisting of the engine and the uncontrolled charging device, always passes through states of equilibrium, with the operating points in the working field of the engine can be determined by the respective fuel supply. The charging device is adapted to the conditions so that the ratio of combustion air to fuel remains within certain limits and the smoke limit and the temperature limit be avoided. Motors of the type in question are because of the possibility of to work as constant power motors in a wide range of their field of work, particularly suitable for vehicle drives. and in this field of application is fast React ouch! changed fuel supply, especially a quick transition from Idling to maximum torque required for starting. The uncontrolled charging system according to the patent application Az. P 1751 941.4, with a certain delay changed fuel allocation react so that the machine does not respond in seconds can run up from idling to full load. The purpose of the invention is storage this defect.

Es ist bei Dieselmotoren mit Abgasturboaufladung bekannt, zur schnelleren Beschleunigung der Aufladegruppe einen Verdlchterhilfsantrieb vorzusehen. Gewöhnlich beauSschlagt Druckluft durch besondere Rußen entweder Teile der Laurradßchaufeln direkt oder dazu ausgebildete Taschen am Radkdrper. Verwendet wlrd teils Fremdluft, teils Luft aus dem Aufladesystem; bei 2-Takt-Motoren wird sie von den Kolbenunterßoiten geliefert. Es gibt auch derartige Hilfsantriebssystem mit Drucköl, die nach Art der Peltonturbine ausgebildet sind.It is known for diesel engines with exhaust gas turbocharging for faster operation Acceleration of the charging group to provide an auxiliary compressor drive. Usually If compressed air is blown through special soot, either parts of the Laurradßschaufeln directly or specially designed pockets on the wheel body. Partly external air is used, partly air from the charging system; in 2-stroke engines it is caused by the piston mounts delivered. There are also such auxiliary drive systems with pressurized oil, which according to Art the Pelton turbine are formed.

Das USa-Patent Nr. 3.370 417 beschreibt eine besonders wirksame und vollständige Ausführung eines Druckluftzusatzantriebes für Motore mit Abgasturboaufladung.US Pat. No. 3,370,417 describes a particularly effective and Complete version of an additional compressed air drive for engines with exhaust gas turbocharging.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fUr den Verbrennungsmotor mit Auf ladung durch Abgasturbine und Verdrängerlader nach der Patentanmeldung Az. P 1751 941.4 geeignete Einrichtung zu schaffen, welche die dem Gleichgewichtssystem dieser besonderen Aufladung anhaftenden Trägheit gegenüber momentanen höheren Leistungsanforderungen aufhebt und den damit ausgerüsteten Motor besonders für denFAhrzeuganttrieb lebendiger macht.The present invention is based on the object of one for the Combustion engine with supercharging by exhaust gas turbine and displacement charger according to the To create patent application Az. P 1751 941.4 suitable device, which the System of equilibrium against this particular charge adhering to inertia current higher power requirements cancels and the engine equipped with it makes it livelier, especially for vehicle propulsion.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Reaktion auf eine momentane Vergrößerung der Brennstoffzufuhr - bei auf LKW angebauten Motoren dieser Art also bei Treten des Brennstoffpedals - Druckluft als Treibmittel einer Luftstrahlpumpe in der Ladeluftleitung zwischen Verdrängerlader und Motor hinter dem Verdrängerlader den Druckabsenkt und dem Motor eine vergrößerte Ladeluftmenge bei höherem ladedruck zur Verfügung stellt. Die Einleitung der Druckluft erfolgt beispielsweise über ein vom Brennstoffpedal abhängiges Ventil, das nur Bruchteile einer Sekunde geöffnet wird Das vorgeschlagene Beschleunigungssystem ist grundsätzlich unabhängig von der Ausführung der hydrodynamischen Übertragung; es ist aber möglich, die Einführung der Druckluft in die Speiseleitung des Motors entweder direkt oder über einen Bypass vorzunehmen, wozu dann noch ein Rückschlagventil gehören würde.This object is achieved according to the invention in that as a reaction to a momentary increase in the fuel supply - with engines mounted on trucks of this kind when you step on the fuel pedal - compressed air as a propellant Air jet pump in the charge air line between the positive displacement charger and the engine behind the positive displacement charger lowers the pressure and the engine an increased amount of charge air makes available at higher boost pressure. The compressed air is introduced for example, via a valve that is dependent on the fuel pedal, which is only a fraction one second is opened The proposed speed system is fundamental regardless of the execution of the hydrodynamic transmission; but it is possible the introduction of the compressed air into the supply line of the motor either directly or to be carried out via a bypass, which would then also include a check valve.

Außerdem gibt die Erfindung die Mittel an, um die Zusatzgurt so zu dosieren, daß der Motor momentan die der vergrößerten Brennstoffmenge entsprechende Verbrennungsluft erhält* Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird hier im folgenden näher beschrieben.In addition, the invention specifies the means to the additional belt dose that the engine momentarily the corresponding to the increased amount of fuel Combustion air receives * An embodiment of the invention is shown schematically in of the drawing and is described in more detail below.

Fig. 1 zeigt das Gesamtsystem der Grunderfindung nach der Anmeldung Az. P 1751 941.4 mit getrennt angeordneter Pumpe 4 und Turbine 5 des hydrodynamischen Übertragssystems. 1 ist der Motor, 2 ein anschließendes Getriebe. Von den Auslaßventilen des Motors wird die Abgasturbine 3 80 gespeist, daß der Büchi-Effekt ausgenutzt werden kann. Die vom Förderstrom der Pumpe 4 beaufschlagte Turbine 5 treibt den Verdrängerlader 6 mit Lufteinlaß 9 , der über den LadeluStkühler 8 und die Luftleitung 11 den Motor mit der Luft versorgt. Von der Turbine 5 strömt das Arbeitsmedium des hydrodynamischen Übertragungssystems über den Kühler 7 zur Pumpe 4 zurück, wobei im Kreislauf der erforderliche Druck durch die Pumpe 10 aufrechterhalten wird.Fig. 1 shows the overall system of the basic invention according to the application Az. P 1751 941.4 with separately arranged pump 4 and turbine 5 of the hydrodynamic transmission system. 1 is the engine, 2 is a subsequent transmission. The exhaust gas turbine 3 80 is fed from the exhaust valves of the engine, that the Büchi effect can be exploited. The turbine 5 acted upon by the delivery flow of the pump 4 drives the positive displacement charger 6 with air inlet 9, which supplies the engine with the air via the charge air cooler 8 and the air line 11. The working medium of the hydrodynamic transmission system flows back from the turbine 5 via the cooler 7 to the pump 4, the required pressure being maintained in the circuit by the pump 10.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus ,der Leitung 11 an beliebiger Stelle zwischen 6 und 1 , vor oder nach 8 . Hier ist der Diffusorteil 15 nach der Luftstrahldüse 13 angeordnet, welcher Druckluft über das Ventil 14 zuströmen kann. Die Verengung bei 15 braucht den Widerstand der Leitung 11 nicht wesentlich zu erhöhen. Will man jede Verengung vermeiden, so kann man nach Fig. 3 die Strahlpumpe 13 mit dem Diffusor 15 in einem Bypass anordnen. Bei Anstellen der Strahlpumpe 13 über 14 schließt sich automatisch die Rückschlagklappe 16 Die Betätigung des Ventils 14 muß in Abhängigkeit von einer momentanen Erhöhung der eingespritzten Brennstoffmenge erfolgen, wobei auch darauf RU¢ksicht genommen werden kann, in welchem prozentualen Verhältnis zur Brennstoffzuteilung bei der vorausgehenden Gleichgewichtslage die Erhöhung steht. Auf jeden Fall muß 14 mit der Brennstoffpumpe selbst oder mit deren Betätigungsorgan gekoppelt sein. Ob diese Kopplung mechanisch, mechanisch-hydraulisch, elektromechanisch und/oder elektronisch erfolgt, steht dabei im Ermessen des Konstrukteurs, dem derartige Ubertragungen in großer Auswahl zur Verfügung stehen.Fig. 2 shows a section of the line 11 at any point between 6 and 1, before or after 8. Here is the diffuser part 15 after the air jet nozzle 13 arranged, which compressed air can flow through the valve 14. The narrowing at 15 the resistance of the line 11 need not increase significantly. Do you want avoid any constriction, so you can according to Fig. 3, the jet pump 13 with the diffuser 15 in a bypass. When the jet pump 13 is turned on via 14, it closes automatically the check valve 16 The actuation of the valve 14 must be dependent from a momentary increase in the amount of fuel injected, wherein It can also be taken into account in what percentage ratio to Fuel allocation in the previous equilibrium position the increase is available. In any case, 14 must be connected to the fuel pump itself or to its actuator be coupled. Whether this coupling is mechanical, mechanical-hydraulic, electromechanical and / or takes place electronically, is at the discretion of the designer Broadcasts are available in a wide range.

Beispielsweise ist eine mechanisch-hydraulische Betätigung in Fig. 4 dargestellt. An diesem Schema können auch die weiteren Erfordernisse und ihre gegenständliche Lösung aufgezeigt werden.For example, a mechanical-hydraulic actuation is shown in Fig. 4 shown. The other requirements and their objective solution are shown.

Die Kolbenstange 19 ist entweder mit dem Betätigungshebel der Brennstoffpumpe bei einem Fahrzeug also etwa mit dem Brennstoffpedal - verbunden, oder mit einem Glied der Brennstoffpumpe selbst, das bei Vergrößerung der Fördermenge Je Hub eine geeignete Bewegung ausführt. Die Verbindung kann dabei auch eine gewünscht Übersetzung dieser Bewegung bewirken, je nachdem, ob die Vergrößerung der Brennstoffmenge etwa vom Leerlauf aus erfolgt, oder ob z.B. von 3/4 auf Vollast. Derartig tibersetzende Utertragungen sind bekannt, z.B als Koppelkurven kinematischer 4-Zylinderketten.The piston rod 19 is either connected to the operating lever of the fuel pump in the case of a vehicle, for example, with the fuel pedal - connected, or with one Member of the fuel pump itself that, when the delivery rate is increased, one per stroke performs appropriate movement. The connection can also have a desired translation cause this movement, depending on whether the increase in the amount of fuel about takes place from idling, or whether e.g. from 3/4 to full load. Such translating Transmissions are known, e.g. as coupling curves of kinematic 4-cylinder chains.

Der Zylinder 17 ist ständig über das Ventil 25 gefüllt.The cylinder 17 is constantly filled via the valve 25.

Wird der Kolben 18 eIngeschoben, so wird der von der Feder 22 belastete Kolben 21 bewegt; seine Bewegung bei jeder Betätigung ist nur kurz, da durch den AblauS 20 das hydraulische Medium ständig abströmt. Über die Stange 23 wird dabei das Ventil 14 in der Preßluftleitung angehoben. Durch entsprechende Abstimmung von 20, 18, 21, 22 und einer geeigneten Uberseb-zung für den Weg von 19 , kann 14 mehr oder weniger lange geöffnet werden. Das System spricht auch wiederholt an; z.Bo wenn nicht von Leerlauf direkt auf Vollgas geschaltet wird und der Übergang in Teilschritten erfolgt.If the piston 18 is pushed in, the one loaded by the spring 22 is loaded Piston 21 moves; its movement is only brief with each actuation, as it is caused by the AblauS 20 the hydraulic medium flows continuously. About the rod 23 is thereby the valve 14 is raised in the compressed air line. By corresponding coordination of 20, 18, 21, 22 and a suitable translation for the way from 19, 14 can be more or open for a shorter period of time. The system also responds repeatedly; e.g. if it is not switched from idle directly to full throttle and the transition in partial steps he follows.

23 kann natürlich auch anstatt 14 direkt zu betätigen, etwa einen elektrischen Kontakt schalten, so daß 14 als Magnetventil räumlich frei anzuordnen ist. Durch elektromechanische undZoder elektronische Relais und andere Elemente kann man nach dem hohen Stand dieser Technik die Beschleunigungsvorgange in jeder gewünschten Weise variieren.23 can of course also be operated directly instead of 14, for example one Switch electrical contact so that 14 can be spatially freely arranged as a solenoid valve is. By electromechanical and Z or electronic relays and other elements According to the high level of this technology, you can accelerate processes in each vary as desired.

Die Vorteile der Erfindung fallen besonders ins Auge, wenn der Motor mit Abgasturbolader als Fahrzeugantrieb verwendet wird, da hier eine schnelle Reaktion des Triebwerks auf die verschiedenen vom Verkehr und den Straßenverhältnissen bestimmten Bedingungen von Bedeutung ist. Besonders der schnelle Übergang vom Leerlauf bis zur Abgabe des maximalen Motordrehmoments ist beim Anfahren an jeder Verkehrsampel wichtig. Diese lebendige Reaktion ist an sich in einem ungesteuerten Aufladesystem, das die verschiedenen Betriebszustände des Motors im Gleichgewicht durchläuft, nicht ohne weiteres gegeben und wird erst durch die vorgelegte Erfindung sichergestellt. Ahnlich wie durch die Besohleunigerpumpe im Vergaser eines PKW-Motors, wird auf diese Weise beim Treten des Brennstoffpedals dem so aufgeladenen Motor ein zusätzlicher Impuls gegeben.The advantages of the invention are particularly apparent when the engine with exhaust gas turbocharger is used as a vehicle drive, because it reacts quickly of the engine on the various traffic and road conditions Conditions matters. Especially the quick transition from idle to to deliver the maximum engine torque is when starting at every traffic light important. This living reaction is in itself in an uncontrolled charging system, that runs through the various operating states of the engine in equilibrium, not given without further ado and is only ensured by the present invention. Similar to the accelerator pump in the carburetor of a car engine, it opens This way, when you step on the fuel pedal, the supercharged engine is an additional one Given impulse.

Durch den Ladeluftstoß kann der Motor rauchfrei in einem der Brennstoffzufuhr entsprechendem Tempo beschleunigen, die Abgasturbine kann hochlaufen, über das hydrodynamische Ubertragungssystem den entlasteten Lader mitnehmen und so den Motor mit der dem neuen Betriebszustand nach Druck und Menge entsprechenden Luft speisen. Man wird danach trachten, daß der Impuls des Ladesystems über den Gleichgewichtszustand im Sinn einer Überladung hinausführt, damit sich die neue Gleichgewichtslage von oben her in Ruhe einstellen kann.The boost of charge air allows the engine to be smoke-free in one of the fuel feeders Accelerate at a corresponding speed, the exhaust gas turbine can run up, via the hydrodynamic Transmission system take the relieved loader and so the engine with the to the Feed the appropriate air according to the pressure and volume in the new operating state. You will seek that the momentum of the charging system over the equilibrium in the Sense of overloading leads out so that the new equilibrium position is from above can adjust in peace.

Die Aufwendungen sind gering, da die festen Einbauten nicht aufwendig sind und bei dem vorzugsweisen Einbau bei LKW und anderen Landfahrzeugen, dem vornehmsten Anwendungsgebiet solcher Anlagen, Preßluft sowieso zur Verfügung steht. Wenn man auch evtl. einen zusätzlichen Druckluftspeicher benötigt, so kann man doch die vorhandene Kompressoranlage benutzen, da der Verbrauch an Preßluft gering ist.The expenditures are low, since the permanent fixtures are not expensive are and with the preferred installation in trucks and other land vehicles, the most elegant Application of such systems, compressed air is available anyway. If an additional compressed air reservoir may also be required, so you can use the existing one Use a compressor system as the compressed air consumption is low.

Claims

Internal combustion engine with supercharging

Exhaust turbine and displacement charger.

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Combustion engine with supercharging by Exhaust gas turbine and displacement charger according to patent application AZ. P 1751 941.4, with exhaust gas turbine and positive displacement supercharger through a hydrodynamic transmission system consisting of Liquid pump and a turbine acted upon by their flow rate connected are, the entire system, engine and charger, by the design of the individual members self-regulating in all points of the motor field of work Assumes equilibrium positions and in each case with a momentary considerable increase the fuel supply the new state of equilibrium by introducing additional Compressed air in the charging system is achieved accelerated, characterized in that this compressed air as the propellant of an air jet pump in the line between Displacement loader and engine is introduced 2. Device according to claim 1, characterized characterized in that the introduction of the additional compressed air in a bypass for Feed air line of the motor (11 Fig. 1) takes place, with a non-return valve ( 16 Fig. 3) the higher pressure tubing in front of the engine inlet from the lower pressure behind the displacement loader.

3. Device naoh claim 1 and 2, preferably in use as a vehicle drive, characterized by the fact that the operating air of the jet pump the compressed air network on the vehicle, possibly supplementing it a special memory is taken.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the Offr, en of the compressed air valve (14 Fig. 2) according to time and / or stroke and thus the Dosing of the additional charge air in functional connection with the enlargement the amount of fuel per engine stroke takes place, with the respective work area of the engine can be taken into account, the functional assignment of the Values for additional belt and change in fuel quantity according to the respective State-of-the-art processes are effected, i.e. both mechanical, mechanical-hydraulic, electromechanical and / or electronic in nature.

L e r s e i t e