DE2543073A1 - Verbrennungskraftmaschine mit aufladeeinrichtung - Google Patents
Verbrennungskraftmaschine mit aufladeeinrichtungInfo
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Description
Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Π — 8 MÖNCHEN 22
Π u VA/ uVSdQCD ®· (089) · 29 66 84
Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS 26. September 1975
HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA 2543073
,27-8, 6-ohome, Jingumae
Shibuja-ku, Tokio, Japan
Shibuja-ku, Tokio, Japan
P at ent arm e 1 dung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungskraftmaschinen
und betrifft insbesondere eine Laderanordnung zum Zuführen eines brennbaren Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Ansaugeinrichtung
einer mit Funkenzündung arbeitenden Verbrennungskraftmaschine bzw. eines Motors derart, daß dem Motor
Luft unter einem den Druck der Atmosphäre überschreitenden Druck zugeführt wird, um bei einem Motor mit gegebenen Abmessungen
eine höhere Leistung zu erzielen· Die Laderanordnung nach der Erfindung läßt sich leicht auch bei Motoren von
kleinen Abmessungen verwenden, z.B. bei den Motoren zum Antreiben von Zweiradfahrzeugen.
Bekanntlich werden bereits in großem Umfang mit Hilfe von
Abgasen antreibbare Turbolader verwendet, die als radiale Turbogebläse bzw. Schleuderverdichter ausgebildet sind und
durch eine Gasturbine angetrieben werden, welche die Abgase des Motors verarbeitet. Bei diesen bekannten Anordnungen wird
die Gasturbine mit einer Geschwindigkeit betrieben, die so hoch ist, daß eine übermäßige Geräuschentwicklung stattfindet,
und daß die Lebensdauer der Anordnung nicht den zu stellenden Forderungen entspricht. Außerdem nimmt die gesamte Turboladeranordnung
so viel Raum ein, daß sie sich nicht in Verbindung mit Verbrennungsmotoren verwenden läßt, bei denen es
auf eine möglichst kompakte Anordnung ankommt.
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Verdichter der genannten Art werden in großem Umfang zum Aufladen von mit Fremdzündung arbeitenden Viertakt-Verbrennungsmotoren
verwendet. Hierbei wird ein Verdichter zwischen dem Vergaser und dem Motor angeordnet, und er dient
dazu, den Druck des den Zylindern zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erhöhen. Es stehen Verdichter der verschiedensten
Bauart zur Verfügung, z.B. mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitende Verdichter, zu denen Kapselgebläse
der Bauart Roots und Vielzellen- bzw. Drehkolbenverdichter gehören, sowie dynamische Verdichter, insbesondere Schleudergebläse
und Axialverdichter. Die Verdichter der ersten Gruppe weisen Nachteile auf, z.Bo einen großen Raumbedarf, ein relativ
lautes Betriebsgeräusch, eine kurze Lebensdauer und Schwankungen des Förderdrucks. Bei den Verdichtern der zweiten Gruppe
ergeben sich ebenfalls Nachteile, z.B. eine starke Geräuschentwicklung, eine kurze Lebensdauer sowie ein niedriger Förderdruck.
Daher sind die vorstehend genannten Verdichter nicht in jeder Beziehung geeignet, bei Verbrennungsmotoren
der hier betrachteten Art als Vorverdichter verwendet zu werden.
Ein weiterer schwerwiegender Nachteil der bekannten Laderanordnungen
ist darauf zurückzuführen, daß das verdichtete Flud der Ansauganlage der Zylinder von dem Verdichter aus unmittelbar
zugeführt wird. Nach dem jetzigen Stand der Technik ist es somit kaum möglich, die Zylinder eines Motors mit einem
konstanten Druck aufzuladen, da Schwankungen des Förderdrucks des Verdichters sowie Druckschwankungen oder Pulsationen auftreten,
die auf das Öffnen und Schließen der Einlaßventile zurückzuführen sind. Aus diesen Gründen, und da es nach dem
jetzigen Stand der Technik erforderlich ist, für einen Ladeverdichter
eine viel Raum beanspruchende Antriebseinrichtung vorzusehen, erweist es sich bis jetzt als schwierig, kleinere
Verbrennungsmotoren mit einer Ladeanordnung bekannter Art auszurüsten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Laderanordnung von einfacher und kompakter Konstruktion zu schaffen, die es ermöglicht, einen Verbrennungsmotor mit einem
konstanten Druck aufzuladen, bei der es möglich ist, einen Verdichter mit schwankendem bzw« pulsierendem Förderdruck als
Ladeverdichter zu verwenden, ohne daß der Druck, mit dem der Motor aufgeladen wird, entsprechenden Schwankungen unterliegt,
bei der eine vereinfachte Einrichtung vorhanden ist, die es ermöglicht, den Ladeverdichter von der Kurbelwelle des Motors
aus anzutreiben, so daß sich die Laderanordnung auch bei kleinen Motoren anwenden läßt, wie sie z.B. bei Zweiradfahrzeugen
verwendet werden, und die sich gleich gut zum Gebrauch in Verbindung mit Zweitaktmotoren und Viertaktmotoren eignet.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist die Erfindung auf eine Verbrennungskraf-tmaschine der Bauart gerichtet,
zu der ein Vergaser gehört, von dem aus ein brennbares Gemisch aus Kraftstoff und Luft in geregelten Mengen mindestens einem
Zylinder zugeführt wird, und zur Lösung der genannten Aufgabe ist durch die Erfindung eine Laderanordnung geschaffen worden,
die einen dem Vergaser unmittelbar benachbarten Verdichter aufweist, ferner eine Zwischenkammer, durch die hindurch das
verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch von dem Verdichter aus mindestens einem Zylinder zugeführt wird, sowie eine Einrichtung
zum Antreiben des Verdichters von der Kurbelwelle des Motors aus.
Die Zwischenkammer bewirkt eine Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades des Ladeverdichters, und sie beseitigt
die Druckschwankungen oder Pulsationen, die durch den Verdichter oder durch das Öffnen und Schließen der Einlaß- und
Auslaßventile hervorgerufen werden könnten. Daher ist es gemäß der Erfindung möglich, den bzw. jeden Zylinder in der gewünschten
Weise mit einem konstanten Druck aufzuladen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Ladeverdichter als Schraubenverdichter ausgebildet. Obwohl ein Schraubenverdichter mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitet,
läßt er sich mit einer hohen Drehzahl betreiben, so daß sich ein hoher Förderdruck erzielen läßt, bei dem nur geringe
oder überhaupt keine Schwankungen auftreten. Wird ein solcher Verdichter im Sinne der Erfindung verwendet, ist es daher in
der Praxis möglich, einen Verdichter von sehr kleinen Abmessungen zu benutzen. Ferner ist es sehr einfach, einen solchen
Schraubenverdichter von der Kurbelwelle des Motors aus z.B. mittels eines Riementriebes anzutreiben.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform
einer Laderanordnung in Verbindung mit einem Viertaktverbrennungsmotor zum Antreiben eines Zweiradfahrzeugs;
und
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.
In Fig. 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Laderanordnung dargestellt, die einem insgesamt mit
10 bezeichneten Zweizylinder-Viertaktreihenmotor mit Fremdzündung zugeordnet ist. Gemäß Fig. 1 weist jeder Zylinder
des Verbrennungsmotors 10 einen Einlaßkanal 11 und ein Einlaßventil 12 auf, die dazu dienen, das brennbare Kraftstoff-Luft-Gemisch
in den Zylinder einzuleiten, und außerdem sind ein Auslaßventil 14 und ein Auslaßkanal 15 zum Abführen der Verbrennungsprodukte
vorhanden. In Fig. 1 sind das Einlaßventil 12 und das Auslaßventil 14 als pilzförmige Tellerventile bekannter
Art dargestellt.
In dem Zylinder 13 ist ein Kolben 16 gleitend geführt. Von dem Kolben 16 aus erstreckt sich eine Pleuelstange 17 nach
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unten in ein Kurbelgehäuse 18 hinein und ist mit einer in dem Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle 19 gekuppelt.
Zu dem Motor 10 gehört ferner ein Vergaser 20, der dazu dient, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, das jedem Zylinder
des Motors in Form geregelter Mengen zugeführt wird.
Zum Aufladen des Motors 10 nach Fig. 1 und 2 dienen ein Verdichter
30 und eine Zwischenkammer 40, die zwischen dem Vergaser 20 und den Einlaßkanälen 1 der verschiedenen Zylinder
13 angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform ist der Ladeverdichter
als Schraubenverdichter bekannter Art ausgebildet, der zwei in Eingriff miteinander stehende gegenläufige
Schrauben 33 und 34 aufweist, welche drehfest mit zugehörigen
Wellen 35 und 36 verbunden sind, die in einem Gehäuse 31 drehbar
gelagert sind. Der Schraubenverdichter 30 wird von der Kurbelwelle 19 des Motors 10 aus dadurch angetrieben, daß
eine der ineinandergreifenden Schnecken 33 und 34 auf eine
noch zu erläuternde Weise in Drehung versetzt wird.
Der Einlaß 32 des Schraubenverdichters 30 ist an den Auslaß des Vergasers 20 angeschlossen. Das von dem Vergaser abgegebene
Kraftstoff-Luft-Gemisch wird zwischen den beiden gegenläufigen Schrauben 33 und 34 kontinuierlich verdichtet, und
das verdichtete Gemisch wird von dem Verdichter über dessen Auslaß 37 abgegeben.
Gemäß Fig. 2 besitzt die zwischen dem Schraubenverdichter 30 und den Motorzylindern 13 angeordnete Zwischenkammer 40
einen in offener Verbindung mit dem Auslaß 37 des Verdichters stehenden Einlaß 41. Auf der entgegengesetzten Seite ist die
Zwischenkammer 40 mit zwei Auslässen 42 versehen, die auf entgegengesetzten Seiten eines UnterteilungsStücks 43 angeordnet
sind und jeweils in offener Verbindung mit den Einlaßkanälen 11A und 11B der beiden Zylinder 13A und 13B stehen. Das durch
den Schraubenverdichter 30 verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch
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wird der Zwischenkammer 40 zugeführt, von der aus es während
des Ansaughubes des Kolbens 16 dem betreffenden Zylinder 13 zugeführt wird, sobald .das Einlaßventil 12 in seiner Öffnungsstellung gehalten wird. Die Zwischenkammer 40 kann entweder
als fester Bestandteil des Motorgehäuses oder gemäß der Zeichnung als gesondertes Bauteil ausgebildet sein.
Fig. 1 und 2 zeigen ferner als Beispiel eine Einrichtung zum Antreiben des Schraubenverdichters 30 von der Kurbelwelle 19
des Motors 10 aus. Ein Ende der Kurbelwelle 19 ragt aus dem Kurbelgehäuse 18 heraus und trägt eine drehfest damit verbundene
Riemenscheibe 50. Mit einem Ende der aus dem Verdichtergehäuse 31 herausragenden Welle 35 ist ebenfalls eine antreibbare
Riemenscheibe 52 drehfest verbunden, die einen kleineren Durchmesser hat als die Antriebsriemenscheibe 50.
Über die beiden Riemenscheiben läuft ein endloser Treibriemen 51, der auf bekannte Weise als Keilriemen ausgebildet
sein kann und in diesem Fall mit dazu passenden Keilnuten am Umfang der beiden Riemenscheiben zusammenarbeitet.
Somit wird die Drehbewegung der Kurbelwelle 19 durch den beschriebenen
Riementrieb auf die Schnecke 33 des Verdichters 30 übertragen, die in Eingriff mit der anderen Schnecke 34
steht, wobei der Verdichter die Aufgabe hat, das von dem Vergaser 20 abgegebene Kraftstoff-Luft-Gemisch zu verdichten.
Es ist zu bemerken, daß der Schraubenverdichter 30 nicht unbedingt unmittelbar von der Kurbelwelle 19 aus angetrieben
zu werden braucht, wie es vorstehend beschrieben ist. Beispielsweise könnte der Verdichter auch von der Nockenwelle
des Motors 10 oder einem anderen Bauteil aus angetrieben werden, das sich im Gleichtakt mit der Kurbelwelle 19 dreht. Damit
der Verdichter seine Aufgabe erfüllen kann, ist es nur erforderlich, ihn unmittelbar oder mittelbar von der Kurbelwelle
aus anzutreiben·
Zwar zeigen Fig. 1 und 2 eine Anordnung, bei der nur die Schraube 33 des Verdichters 30 unmittelbar von der Kurbel-
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welle 19 aus angetrieben wird, während die zweite Schraube
34 mittelbar über die Schraube 33 angetrieben wird, doch wäre es auch möglich, die beiden die Schrauben tragenden Wellen
35 und 36 des Verdichters gleichzeitig von der Kurbelwelle aus
anzutreiben. Zu diesem Zweck könnte auch ein Ende der Welle aus dem Verdichtergehäuse 31 herausragen und durch ein Zahnrad
mit dem nach außen ragenden Ende der anderen Welle 35 gekuppelt sein.
Während des Betriebs des Motors 10 wird ein durch den Vergaser 20 erzeugtes Gemisch, das geregelte Mengen von Kraftstoff und
Luft enthält, dem Schraubenverdichter 30 zugeführt, in dem das Gemisch zwischen den gegenläufigen Schrauben 33 und 34
verdichtet wird, sobald sich die Kurbelwelle 19 des Motors dreht. Das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird von dem
Schraubenverdichter 30 kontinuierlich an die Zwischenkammer 40 abgegeben und in ihr zeitweilig gespeichert. Während jedes
Ansaughubes eines der Kolben 16 der Zylinder 13 wird beim Öffnen des zugehörigen Einlaßventils 12 eine aus dem Kraftstoff-Luft-Gemisch
gebildete Ladung von der Zwischenkammer aus in den betreffenden Zylinder hineingedrückt.
Die Zwischenkammer 40 hat die Aufgabe, den volumetrischen Wirkungsgrad des Verdichters 30 zu verbessern. Wird als Verdichter
entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schraubenverdichter 30 verwendet, wird das verdichtete
Kraftstoff-Luft-Gemisch der Zwischenkammer 40 kontinuierlich zugeführt. Da die Zylinder 13 des Motors 10 das verdichtete
Gemisch jeweils nur während der Ansaughübe der zugehörigen Kolben 16 aufnehmen, steigt der Druck des Gemisches in der
Zwischenkammer 40 zwischen den Ansaughüben der Kolben auf einen vorbestimmten Wert an. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann
daher jedem Zylinder 13 unter diesem erhöhten Druck jeweils dann zugeführt werden, wenn sich das betreffende Einlaßventil
12 öffnet.
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Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß jede übermäßige Steigerung des Druckö des Gemisches in der Zwischenkammer 40
den volumetrischen Wirkungsgrad des Schraubenverdichters 30 beeinträchtigen kann, da hierbei Leckverluste auftreten.
Daher soll das Fassungsvermögen der Zwischenkammer im Vergleich zur Förderleistung des Verdichters 30 und des Hubraums
dis Motors KÖ nicht so klein sein, daß eine solche übermäßige Drucksteigerung eintritt. Ist das Fassungsvermögen
der Zwisehenkammir im Vergleich zum Hubraum des Motors zu
klein, geht außerdem der Druck in der Zwischenkammer jeweils beim Öffnen der liillaßventile 12 zu stark zurück, so daß die
Zwischenkammer ihre Aufgabe nicht einwandfrei erfüllt.
Ist die Zwischenkammer dagegen zu groß, spricht der Motor nicht in der gewünschten Weise auf Änderungen des Öffnungsgrades
der Drosselklappe des Vergasers 20 an. Daher muß man das Fassungsvermögen der Zwischenkammer 40 auf den Hubraum
und die Förderleistung des Verdichters abstimmen, um das Auftreten der soeben geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Es ist zu bemerken, daß sich die Zwischenkammer 40 auf vorteilhafte
Weise auch in Verbindung mit einem Kolbenverdichter benutzen läßt, der das betreffende Flud schubweise verdichtet.
Selbst wenn in diesem Fall das verdichtete Gemisch aus Kraftstoff und Luft der Zwischenkammer 40 von einem solchen
Verdichter stoßweise zugeführt wird, nimmt das verdichtete Gemisch einen im wesentlichen konstanten Druck an, während
es in der Zwischenkammer zeitweilig gespeichert wird. Somit
ist es möglich, die Zylinder 13 des Motors auch in diesem Fall mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch aufzuladen, das sich
unter einem im wesentlichen konstanten Druck befindet.
Ferner ist zu bemerken, daß die Laderanordnung nach der Erfindung von einfacher und kompakter Konstruktion ist, jedoch
ein einwandfreies Aufladen eines Verbrennungsmotors ermög-
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licht. Im Gegensatz zu Turboladern bekannter Art benötigt man bei einer erfindungsgemäßen Laderanordnung mit einem
Schraubenverdichter keine langen Rohrleitungen zum Regeln des Förderdrucks und zum Steuern der Ansauganlage des Motors,
Da außerdem der volumetrische Wirkungsgrad des Verdichters durch die zwischen ihm und den Motorzylindern angeordnete
Zwischenkammer erheblich verbessert wird, kann man bei einem Motor mit gegebenen Abmessungen einen Verdichter oder Lader
vorsehen, der kleiner ist, als es beim Fehlen einer solchen Zwischenkammer erforderlich sein würde. Somit leistet die
Erfindung einen wesentlichen Beitrag zur Schaffung eines kleinen aufladbaren Verbrennungsmotors, der sich auf vorteilhafte
Weise bei Zweiradfahrzeugen verwenden läßt.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Schraubenverdichters
als Ladegebläse bietet weiterhin den Vorteil, daß das Ansauggeräusch des Motors erheblich verringert wird, da der
Verdichter das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch kontinuierlich abgibt. Infolgedessen kann man den normalerweise
vorhandenen Ansauggeräuschdämpfer erheblich verkleinern oder ihn sogar vollständig fortlassen, so daß sich auch
in dieser Beziehung eine Vereinfachung des mit einem Lader ausgerüsteten Motors ergibt.
Bekanntlich muß bei einem mit einem Lader ausgerüsteten Motor der Vergaser im allgemeinen geeignet sein, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch
mit einer Strömungsgeschwindigkeit zu liefern, die der maximalen augenblicklichen Strömungsgeschwindigkeit
des Fludes entspricht, das von dem Lader während des Betriebs stoßweise abgegeben wird. Wird gemäß der
Erfindung als Lader ein Schraubenverdichter verwendet, braucht dagegen die Durchsatzleistung des Vergasers nur
der mittleren Strömungsgeschwindigkeit zu entsprechen, mit der das verdichtete Flud von dem Schraubenverdichter abge-
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geben wird. Daher ermöglicht es die Benutzung der erfindungsgemäßen
lüfteranordnung, mit einem Vergaser von relativ kleinen Abmessungen auszukommen.
Aus dem gleichen Grund kann man auch das dem Vergaser zugeordnete Luftfilter entsprechend verkleinern. Auch die Kanäle
zwischen dem Luftfilter, dem Vergaser und dem Verdichter usw, können relativ kleine Querschnitte erhalten. Alle diese Faktoren
tragen dazu bei, daß es möglich ist, einen Ladermotor vonsehr kleinen Abmessungen bei verbesserter Leistung zu
schaffen.
Es liegt auf der Hand, daß sich die Erfindung auch ohne weiteres bei einem Zweitaktmotor anwenden läßt. In diesem Fall
dient die den Vergaser, den Schraubenverdichter und die Zwischenkammer umfassende Anordnung nicht nur dazu, den Motor
aufzuladen, sondern auch dazu, die Zylinder durchzuspülen, wie es bei mit Gebläse spülung arbeitenden Zweitaktmotoren
bekannt ist. Hierbei ist es natürlich nicht erforderlich, die sonst üblichen Überströmkanäle zwischen dem Kurbelgehäuse
und den Zylindern vorzusehen.
Da ein solcher Zweitaktmotor nicht über das Kurbelgehäuse, sondern mit Hilfe eines Verdichters aufgeladen wird, braucht
man dem den Zylindern zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch kein Schmiermittel beizufügen. Daher gibt ein solcher Motor
im Gegensatz zu Zweitaktmotoren bekannter Art keinen weißen Rauch ab. Außerdem ist es möglich, eine Ablagerung von Kohle
und Fehlzündungen im wesentlichen zu vermeiden. Schließlich erweist sich die Verwendung der e rf indungs gemäßen Laderanordnung
bei einem Zweitaktmotor als umweltfreundliche Maßnahme, da es der Verdichter in Verbindung mit der Zwischenkammer
ermöglicht, die Zylinder gründlich durchzuspülen.
Ansprüche:
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Claims (3)
1. Verbrennungskraftmaschine, bei der ein brennbares Gemisch
aus Kraftstoff und Luft von einem Vergaser aus mindestens einem Zylinder in geregelten Mengen zugeführt wird,
bei der in dem bzw0 jedem Zylinder ein hin- und herbewegbarer
Kolben arbeitet, der dazu dient, eine in einem Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle zu drehen, und bei der eine
Anordnung zum Aufladen der Verbrennungskraftmaschine vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet , daß
zu dieser Anordnung ein dem Vergaser (20) nachgeschalteter Verdichter (30) zum Verdichten des ihm von dem Vergaser aus
zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches gehört, daß zwischen dem Verdichter und dem bzw. jedem Zylinder (16) eine Zwischenkammer
angeordnet ist, die dazu dient, das von dem Verdichter abgegebene verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch aufzunehmen
und es an den bzw. jeden Zylinder unter einem konstanten Druck abzugeben, und daß eine Einrichtung (50, 51,
52) zum Antreiben des Verdichters von der Kurbelwelle (19) aus vorhanden ist.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdichter ein Schraubenverdichter (30) ist.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zu dem Schraubenverdichter (30) zwei in Eingriff miteinander stehende, sich gegenläufig drehende
Schrauben (33, 34) gehören, die drehfest mit den zugehörigen,
in einem Gehäuse (31) drehbar gelagerten Wellen (35, 36) verbunden sind, und daß zu der Antriebseinrichtung eine Antriebsriemenscheibe (50) gehört, die drehfest mit einem aus dem
Kurbelgehäuse (18) herausragenden. Ende der Kurbelwelle (19)
verbunden ist, ferner eine antreibbare Riemenscheibe (52), die drehfest mit einem aus dem Gehäuse (31) des Verdichters
herausragenden Ende einer der Wellen (35) des Schraübenver-
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dichters (30) verbunden ist, sowie ein endloser Treibriemen (51) zum Übertragen einer Antriebskraft von der Antriebs·
riemenscheibe auf die antreibbare Riemenscheibe.
Der Patentanwalt:
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Legal Events
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OHN | Withdrawal |