DE2928829C2

DE2928829C2 - Lader für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2928829C2
Application number: DE19792928829
Authority: DE
Inventors: Willibald 8000 München Hiemer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1982-05-19
Also published as: EP0032144B1; DE2928829A1; WO1981000278A1; EP0032144A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Lader für Brennkraftmaschinen, der für die Verbrennung erforderliche Luft verdichtet und dem Zylindereinlaß eines Zylinders zur weiteren Verdichtung zuführt, mit einem in einer zylindrischen Bohrung eines Gehäuses exzentrisch rotierenden Drehkolben mit radial beweglicher Abdichtung zwischen einem Saugraum und einem Druckraum.

Ein bekannter Lader dieser Art (DE-PS 4 73 434) dient als Hilfsspülpumpe eines einzylindrigen Zweitaktmotors. Die. radiale Abdichtung ist dabei von einer um einen Drehpunkt außerhalb des Drehkolbens schwingenden Steuerklappe gebildet. Zur seitlichen Abdichtung ist der Druckschrift nichts zu entnehmen.

Es ist bereits ein Lader für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit einem um eine ortsfeste Achse rotierenden Drehkoiben bekannt, der in radialen Schlitzen radial verschiebliche Lamellen, Flügel o. dgl. aufweist, die in allen Betriebzuständen an der exzentrisch zum Drehkolben angeordneten zylindrischen ίο Innenwand eines Gehäuses abdichtend anliegen und so die zwischen dieser zylindrischen Innenwand und dem Kolbenumfang des Drehkolbens gebildeten Saug- und Druckraum voneinander trennen. Der eine Drehkolben kann die Brennräume der verschiedenen Zylinder nicht '5 ohne weiteres mit Ladeluft gleichen Druckes versorgen, und die Abdichtung ist konstruktiv aufwendig (CH-PS 1 32 692).

Es ist ferner bekannt, bei Drehkolbenmaschinen eine Abdichtung am Umfang der Drehkolben mittels radial 2u gegen Federkraft in einem Gehäuse beweglich geführten Schiebern zu bewirken (US-PS 35 95 210).

Zur Erhöhung des Druckes in der zur Verbrennung erforderlichen Ansaugluft von Brennkraftmaschinen, werden heute weithin übliche Turbolader angewendet, welche die folgenden Nachteile aufweisen:

Turbolader laufen mit sehr hohen Drehzahlen.
Wegen der Anordnung des Turbinenrades im Abgasstrom wärmt sich das Turbinengehäuse sehr stark auf. Es sind besondere Maßnahmen erforderlich, um die J" Ladung jeweils zu einem zweckmäßigen Zeitpunkt während des Kolbenspieles in den Zylinder einzubringen. Bei kleinen Drehzahlen und beim Stan der Brennkraftmaschine läßt sich keine nennenswerte Verdichtung erzielen. Schließlich ist der Turbolader ^ konstruktiv sehr aufwendig und leuer und benötigt /usäi/lichen Einbauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lader der eingangs genannten An zu schaffen, der einfach im Aufbau ist und für die Anwendung bei ¹⁽¹ mehrzylindrigen Kraftmaschinen geeignet ist, wobei die Nachteile der üblichen Turbolader vermieden werden sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Lader der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art die Merkmale aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgesehen.

Bei einer vorteilhaften konstruktiven Weiterbildung des Laders nach der Erfindung ist vorgesehen, daß der Läufer sich parallel zu der Zylinderreihe erstreckt und >° daß der exzentrische Teil jedes Drehkolbens eine gegenüber dem Zylinderabstand in der Zylinderreihe um die Stärke der Dichtscheibe verringerte axiale Länge hat.

Wie an sich bekannt (US-PS 35 95 210) ist zweckmäßig bei dem Lader nach der Erfindung vorgesehen, daß der Schieber durch die Kraft einer Feder, welche in je einem jedem Drehkolben zugeordneten Federtopf aufgenommen ist, gegen den Drehkolben gedrückt ist.

Die Dichtung kann von einem in eine Umfangsnut der Dichtscheibe eingesetzten Dichtring besorgt werden, der an der Wand der Innenbohrung entlanggleitet. Stntt dessen kann selbstverständlich auch eine bekannte Labyrinthdichtung vorgesehen sein.

Die Dichtung jedes Drehkolbens gegenüber der zylindrischen Bohrung des Gehäuses und dem Schieber erfolgt zweckmäßig durch Dichtleisten, wie sie an sich bei Drehkolbenmaschinen bekannt sind (US-PS 35 95 210).

Die Dichtung jedes Drehkolbens gegenüber der zylindrischen Bohrung des Gehäuses und dem Schieber kann auch durch mindestens teilweise Beschichtung mit einem Gleitwerkstoff jeweils in einer der im Dichtkontakt stehenden Oberfläche erfolgen.

Aligemein ist die Abdichtung des Drehkolbens vergleichsweise unproblematisch, weil die abzudichtenden Drücke im Vergleich zu dem bei der Kompression der Hubkolben der Brennkraftmaschine erzeugten Drücken niedrig sind (in der Größenordnung bis zu 3 bar). £in kleiner Druckausgleich über die Dichtung kann hingenommen werden, weshalb auch die zuletzt genannte Ausführung der Dichtung durch Beschichtung an den Dichtstellen möglich ist.

Der Läufer des Laders wird vorzugsweise mit halber Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben.

Die Abmessungen des Druckraumes zwischen dem oder jedem Drehkolben und der Wand der Bohrung wird vorteilhaft so gewählt, daß sich etwa ein dem χ gewünschten Verhältnis aus Ladedruck zu Atmosphärendruck (z. B. 2 : 1) entsprechendes Volumenverhältnis aus Druckraum-Volumen zum Hubvolumen eines Hubkolbens der Brennkraftmaschine ergibt.

Vorteilhaft wird der Lader nach der Erfindung in Verbindung mit einer den Brennstoff direkt oder indirekt einspritzenden Einspritzanlage verwendet, um minimalen Verbrauch und minimale Schadstoffmengen in den Abgasen zu erzielen.

Wegen der mit dem Lader nach der Erfindung μ erheblich vollständigeren Verbrennung erübrigen sich aufgrund der verschärften gesetzlichen Bestimmungen heute oft notwendige Anlagen zur Reinigung bzw. Nachverbrennung der Abgase.

Gegenüber dem erwähnten bekannten Lader mit r> Drehkolben hat der Lader nach der Erfindung vor allem den Vorteil, daß er hinsichtlich Aufbau. Montage und Auswechselbarkeit der Schieber konstruktiv erheblich einfacher ist und vor allem ohne erheblichen Mehraufwand für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen brauchbar ist.

Der Lader nach der Erfindung hat gegenüber den heute üblichen Turboladern folgende Vorteile:

— Wirksames Verdichten auch bei niedrigen Drehzahlen und in der Startphase der Brennkraftma- 4~> schine.

— Zeitliche Abstimmung des Ladens auf das Kolbenspiel ohne zusätzliche Maßnahmen allein durch Wahl der Richtung der Exzentrizität.

— Mit niedriger Drehzahl drehender Läufer einer wesentlich einfacheren Konstruktion als eine hochdrehende Turbine.

— Keine Wärmeprobleme, da der Lader nicht durch den Abgasstrom angetrieben wird, sondern sein Antrieb, vorzugsweise unmittelbar, von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgeleitet wird.

— Unterbringung des Laders dort, wo sonst der übliche Ansaugkrümmer vorgesehen ist, mit nur unwesentlich erhöhtem Platzaufwand.

— Niedrige Schadstoffanteile in den Abgasen bei allen bo Drehzahlen.

Im folgenden ist anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Brennkraftma- o5 schine mit viei in Reihe angeordneten Zylindern mit angebautem Lader;

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Laders;

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Läufers des Laders nach F i g. 2;

Fig.4 einen Schnitt durch den Lader wie in Fig. 1, wo bei 1 weitere Einzelheiten sichtbar werden, ein in F i g. 1 gezeichneter Luftfilter jedoch weggelassen ist;

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 4;

Fig.6—9 in einer vereinfachten Darstellung wie F i g. 4 unterschiedliche Drehstellungen des Läufers.

In F i g. 1 ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine bezeichnet die einen Zylinder 2, einen Zylinderkopf 3 mit Zylindereinsatz 4 und Einlaßventil 5, Brennraum 6, Kolben 7, Pleuel 8 und Kurbelwelle 9 aufweist. Bei der dargstellten Brennkraftmaschine handelt es sich um eineaVierzylinder-Reihenmotor, der im Viertaktverfahren arbeitet.

Seitlich vom Zylinderblock ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneter Lader angeordnet. Dieser Lader umfaßt ein horizontales Gehäuse 11 mit einer zylindrischen Innenbohrung 12, in der ein zylindrischer Läufer 13 mit der Zylinderanzahl entsprechender Anzahl von vier Drehkolben f4 in Reihenanordnung drehbar ist. Der Läufer 14 ist an seinen beiden Enden über Wellenzapfen 15 in Lagern 16 gelagert und über ein Ritzel 17 von der Kurbelwelle 9 aus vorzugsweise über einen Kunststoff-Zahnriemen mit halber Kurbelwellendrehzahl antreibbar (F i g. 2.3).

Die einzelnen Drehkolben 14 haben gleiche Exzentrizität ebezüglich de^r Achse 18 des Läufers 13, wobei ihre Exzentrizität e jedoch um 90° zum nächstfolgenden Drehkolben 14 versetzt ist.

leder Drehkolben ist durch einen Schieber 19 mit an seinem freien Ende angeordneten axrl über die Länge des Drehkolbens verlaufender Dichtleiste 20 im Bereich zwischen einem Gaseinlaß 21 und einem Gasauslaß 22 des Gehäuses 11 sowie durch eine axiale Dichtleiste 25 am Umfang des Drehkolbens an der Stelle größter Exzentrizität in einen Saugraum 23 und einen Druckraum 24 unterteilt.

Wie am besten aus F i g. 4 und 5 ersichtlich ist. sind sämtliche Schieber mit Spiel durch die Wand des Gehäuses 11 geführt und in einem gemeinsamen Schiebergehäuse 26 aufgenommen, das außerhalb des Gehäuses 11 eine durchgehende Zwischenplatte 27 aufweist. In dieser Zwischenplatte 27 sind Schlitze vorgesehen, die mit Dichtungen 28 ausgekleide; sind. In diesen Dichtungen 28 sind die Schieber abgedichtet in Richtung radial zur Achse 18 der Bohrung 12 geführt und jeweils durch eine Feder 29 angedrückt, die sich mit ihrem einen Ende an einer schieberfesten Platte 30 und mit ihrem anderen Ende am Boden eines Federtopfes 31 abstützt. Dieser Federtopf 31 weist ferner eine Führungshülse 32 zur Gleitführung eines am Schieber 19 festen Führungszapfens 33 auf.

Die Abdichtung der einzelnen Drehkolben 14 in Umfangsrichtung gegeneinander besorgen Dichtscheiben 34, die in Umfangsnuten aufgenommene Dichtringe

35 tragen (F ig. 5).

Alternativ kann auch eine Teflonbeschichtung der Umfange der Dichtscheiben bzw. des inneren, mit dem Umfang des betreffenden Drehkolbens 14 zusammenwirkenden Schiebers 19 vorgesehen sein.

Alternativ kann ferner jeder Schieber 19 anstatt mittels einer Feder mit hydraulischer oder pneumatisch erzeugtem Druck an den Umfang jedes Drehkolbens 14 angepreßt sein.

In F i g. 1 ist an den Saugeinlaß 21 über einen Stutzen

36 angeschlossen ein Luftfilter 37 dargestellt. Ferner ist bei 38 ein Verbindungsstutzen dargestellt, der den

Druckauslaß 22 des Laders mit dem Zylindereinlaß 4 verbindet.

Im folgenden wird nun anhand der Fig. 6 bis 9 die Arbeitsweise des Lagers abgestimmt auf die vier Takte der dargestellten Vier-Zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine erläutert.

Gegen Ende des Kompressionshubes und zu Beginn des Arbeitshubes des Kolbens 7 steht der zugehörige Drehkolben 14 des Laders 10 etwa in der Drehlage gemäß F i g. 6. Dabei wird über den Saugeinlaß 6 Luft in den Saugraum 23 eingesaugt. Mit fortschreitender Drehung in Pfeilrichtung des Drehkolbens überstreicht dieser mit der Umfangsstelle der größten Exzentrizität bei 25 den Saugeinlaß. Die Ansaugphase isi dann abgeschlossen und es beginnt die Kompressionsphase, wobei der Drehkolben mit fortschreitender Drehung die Luft bei geschlossenem Einlaßventil gegen den Schieber 19 verdichtet (Fig. 7). Während dieser Verdichtungsphase erfolgen der Arbeits- und der Auspuffhub des Kolbens 7 bei weiterhin geschlossenem Einlaßventil 5. Etwa in der Position des Drehkolbens 14 gemäß Fi g. 9 öffnet das Einlaßventil. Die verdichtete Luft wird dann aufgrund ihres Überdrucks und durch die weitere Drehbewegung des Drehkolbens 14 in den Brennraum 6 des Zylinders 2 eingeschoben.

Selbstverständlich kann der Lader nach der Erfindung auch bei einer im Zweitakt-Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Sein Läufer müßte dann allerdings mit gleicher Drehzahl umlaufen wie die zugehörige Kurbelwelle.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lader für Brennkraftmaschinen, der für die Verbrennung erforderliche Luft vorverdichtet und dem Zylindercinlaß eines Zylinders zur weiteren Verdichtung zuführt, mit einem in einer zylindrischen Bohrung eines Gehäuses exzentrisch rotierenden Drehkolben mit radial beweglicher Abdichtung zwischen einem Saugraum und einem Druckraum, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine jedem Zylinder ein Drehkolben (14) zugeordnet ist, daß jeder Drehkolben (!4) Besiandteil eines gemeinsamen, konzentrisch in der zylindrischen Bohrung (12) des Gehäuses (11) rotierenden Läufers

(13) ist, daß jeder Drehkolben (14) an den beiden Enden seiner axialen Längsersfecki'ng durch Dichtscheiben (34) am Läc'er (13) gegenüber der zylindrischen Bohrung (12) abgedichtet ist, und daß die radial bewegliche Abdichtung jedes Drehkolbens

(14) von einem Schieber (19) gebildet ist, der durch einen Dichtschiitz (bei 28) in einer außerhalb des Gehäuses (11) angeordneten, allen Drehkolben gemeinsamen Zwischenplatle (27) geführt und abgedichtet ist.

2. Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (13) sich parallel zu der Zylinderreihe erstreckt und daß der exzentrische Teil jedes Drehkolbens (14) eine gegenüber dem Zylinderabstand in der Zylinderreihe um die Stärke der Dichtscheibe verringerte axiale Länge hai.

3. Lader nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (19) durch die Kraft einer Feder (29), welche in je einem jedem Drehkolben (14) zugeordneten Federtopf (31) aufgenommen ist, gegen den Drehkolben (14) gedruckt ist.

4. Lader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dichtscheibe (34) an ihrem Umfang eine Nut aufweist, in die ein Dichtring (35) eingelegt ist, der gleitend mit der Wand der Bohrung (12) zusammenwirkt.

5. Lader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung jedes Drehkolbens (14) gegenüber der zylindrischen Bohrung (12) des Gehäuses (11) und dem Schieber (19) durch Dichtleisten (20,25) erfolgt.

6. Lader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung jedes Drehkolbens (14) gegenüber der zylindrischen Bohrung (12) des Gehäuses (11) und dem Schieber (19) durch mindestens teilweise Beschichtung mit einem Gleitwerkstoff jeweils einer der im Dichtkontakt stehenden Oberflächen erfolgt.