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Verdrängermaschine für kompressible
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Medien Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängermaschine für
kompressible Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Verdrängermaschinen dieser Bauart sind im Prinzip durch die DE-OS
26 03 462 sowie weitere Patentanmeldungen bekannt. Ein nach diesem Prinzip aufgebauter
Kompressor zeichnet sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise
aus Luft oder einem Buft-Eraftstoff-Gemi!sch bestehenden gasförmigen Arbeitsmittels
aus und kann daher mit Vorteil für Aufladezwecke von.Brennkraftmaschinen herangezogen
werden. Während des Betriebes eines solchen Kompressors werden entlang der Verdrängerkammer
zwischen dem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden
der Verdrängerkammer mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die
sich von dem Einlaß durch die Verdrängerkammer hindurch zum Auslaß hin bewegen,
wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend
erhöht wird. Bei diesen Verdrängermaschinen ist die Fördermenge bei gegebenem Liefergrad
und der maximale Ladedruck durch die Antriebsübersetsung festgelegt, zumal-das innere
Druckverhältnis eines solchen Spiralkompressors durch die gewählte Geometrie fest
vorgegeben ist. Wenn, wie dies aus Kostengründen sehr
häufig der
Fall sein wird, eine starre Antriebsverbindung zwischen dem Spiralkompressor und
der antreibenden Brennkraftmaschine vorhanden ist, fördert also der Kompressor auch
noch in solchen Betriebszuständen zum Beispiel bei Teillast und im Leerlauf, in
denen eine Aufladung nicht mehr erforderlich bzw. sogar nicht mehr erwünscht ist.
Es würden somit Leistungsverluste entstehen und zusätzlich ergeben sich ungünstige
Temperaturerhöhungen des geförderten und gegebenenfalls nach Entspannung wieder
in den Einlaß des Laders zurückgeführten Arbeitsmittels.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, bei
einer Verdrängermaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Bauart
auf einfache Weise eine Begrenzung der inneren Druckerhöhung zu ermöglichen, um
so insbesondere bei ihrer Anwendung als Ladekompressor für Brennkraftmaschinen eine
Reduzierung der Antriebsleistung bei Teillast der Brennkraftmaschine zu erreichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1. Erfindungsgemäß wird durch eine direkte, steuerbare Verbindung der Arbeitsräume
mit dem Auslaß eine Ableitung des Arbeitsmittels vor Erreichen des maximalen Ladedruckes
und damit eine Druckbegrenzung vorgenommen. Auf diese Weise wird zwar immer noch
eine gewisse Antriebsleistung für die Verdrängermaschine in Kauf genommen, jedoch
ist diese wesentlich kleiner, als wenn der volle Ladedruck am Ende des Spiralganges
erzeugt würde, der anschließend ohnehin wieder auf das Einlaßdruckniveau der im
Teillastbetrieb arbeitenden Brennkraftmaschine reduziert werden müßte.
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Die Steuerung dieser Verbindungsleitungen kann nun mit Hilfe von in
den Verbindungsleitungen angeordneten Absperrvorrichtungen, die beispielsweise durch
Ventile oder Schieber gebildet sein können, vorgenommen werden. Dabei kann bei Verwendung
der Verdrängermaschine als Ladekompressor für Brennkraftmaschinen eine Steuerung
der Absperrvorrichtungen in der Weise in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine
erfolgen, daß unterhalb einer eine Aufladung erfordernden Belastung der Brennkraftmaschine
die Verbindung zu dem Aus laß durch Öffnung der Absperrvorrichtungen hergestellt,
dagegen
oberhalb dieser Grenzbelastung durch Schließen der Absperrvorrichtung unterbrochen
wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiel der Erfindung in teils
schematischer Darstellungsweise gezeigt, die im folgenden näher erläutert werden.
Dabei zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Verdrängermaschine, bei der seitliche
Drehschieber zur Verbindung der Arbeitsräume mit dem Auslaß vorgesehen sind und
Figur 2 eine Teilansicht eines Schnitts durch das Gehäuse einer Verdrängermaschine
mit durch zylindrische Drehschieber gesteuerten Verbindungsleitungen.
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In der Figur 1 der Zeichnung ist mit 1 die Verdrängermaschine insgesamt
bezeichnet, deren Gehäuse aus zwei Teilgehäusen 2 und 3 zusammengesetzt ist, die
jeweils zwei durch spiralförmig verlaufende Schlitze 4a, 4b bzw. 5a, 5b gebildete
Verdrängerkammern aufweisen.
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Ein in diesem Gehäuse umlaufender Läufer ist insgesamt mit 6 bezeichnet
und weist eine Trägersc eibe 7 zur Aufnahme von jeweils zwei auf beiden Seiten angeordneten,
spiralförmig ausgebildeten bandförmigen Verdrängerkörpern 8a, 8b bzw. 9a, 9b auf,
die jeweils in die ihnen zugeordneten Verdrängerkammern hineinragen.
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Der Läufer 6 wird von einer Antriebswelle 10 über einen Exzenterbund
11 angetrieben, der über ein Radiallager 13 und gegebenenfalls vorgesehene Axiallager
14 in einer zylindrischen Nabe 12 des Läufers 6 gelagert ist. Dabei erfolgt der
Antrieb des Läufers so, daß alle Punkte der Verdrängerkörper jeweils eine durch
den Exzenterhub begrenzte, im wesentlichen auf einer Kreisbahn liegende Bewegung
ausführen und wobei die zwischen den Verdrängerkörpern und den Umfangswänden der
Verdrängerkammern gebildeten Arbeitsräume kontinuierlich von dem Einlaß zu dem Auslaß
vorbewegt werden.
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Zu diesem Zweck muß der Läufer 6, wie hier nicht weiter dargestellt
ist, eine Führung, beispielsweise in Form einer zweiten, am äußeren Rand der Trägerscheibe
7 angreifenden Exzenteranordnung aufweisen, die mit der ersten Exzenteranordnung
über eine Getriebeanordnung zwangsschlüssig verbunden ist. Anstelle einer solchen
zweiten Exzenteranordnung könnte aber auch eine Schwinghebellagerung vorhanden sein.
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Die in dem Gehäuse 2, 3 gelagerte Antriebswelle weist eine Keilriemenscheibe
15 auf, über die mittels eines Keilriementriebes der Antrieb beispielsweise von
der Kurbelwelle einer zugeordneten Brennkraftmaschine erfolgt, deren Aufladung die
Verdrängermaschine bewirken soll.
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Wie in der Zeichnung angedeutet ist, sind zur Druckbegrenzung der
Verdrängermaschine den einzelnen Arbeitsräumen zugeordnete steuer.
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bare Verbindungen mit den mit einer Auslaßleitung 17 verbundenen Auslaßräumen
16a und 16b vorgesehen, die untereinander durch Verbindungsöffnungen 24.in der Trägerscheibe
7 verbunden sind. Diese Verbindungen werden bei dem in der Figur 1 gezeigten Äusführungsbeispiel
durch stirnseitig in den beiden Gehäuseteilen 2 und 3 vorgesehene Drehschieber 18
und 20 gebildet, die um ihre Mittelachsen 18a bzw. 20a drehbar gehalten sind und
Verbindungsleitungen 15 bzw.
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21 zur Verbindung der jeweils radial unter- bzw. oberhalb der jeweiligen
Verdrängerkörper 8a und 9a gebildeten Arbeitsräume mit den Auslaßräumen 16a und
16b herstellen. Dabei sind die unter- bzw.
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oberhalb der Verdrängerkörper 8a und 9a gebildeten Arbeitsräume jeweils
miteinander durch in der Trägerscheibe 7 angeordneten Verbindungsöffnungen 22 und
23 verbunden.
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Auch die an der Ober- bzw. Unterseite der beiden Verdrängerkörper
8b und 9b in den Verdrängerkammern 4b und 5b gebildeten Arbeitsräume sind durch
hier nicht gezeigte Drehschieber mit den Auslaßräumen 16a und 16b verbindbar. Die
Verbindung der Arbeitsräume erfolgt dabei bezogen auf den Abstand zu dem Einlaß
der jeweiligen Verdrängerkammern an der gleichen Stelle.
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Die Steuerung der Verbindung zwischen den in den Verdrängerkammern
gebildeten Arbeitsräumen und den Auslaßräumen ergibt sich durch Verdrehen der Drehschieber.
Während in der in der Zeichnung gezeigten Stellung der Drehschieber die Verbindung
zwischen den Arbeitsräumen und dem Auslaß hergestellt ist, wird diese Verbindung
bei einer Verdrehung um 90" unterbrochen, so daß die Druckbegrenzung der Verdrängermaschine
aufgehoben ist. Die Verdrehung der Drehschieber kann dabei durch hier nicht weiter
gezeigte Stellmotoren in Abhängigkeit von der Belastung der zugeordneten Brennkraftmaschine
erfolgen und zwar so, daß unterhalb einer eine Aufladung erfordernden Lastanforderung
an die Brennkraftmaschine diese Verbindung geöffnet, bei höheren Lasten dagegen
geschlossen wird. Die Stellmotoren können dabei elektrisch, pneumatisch oder auf
andere bekannte Weise arbeiten, wobei die Heranziehung des ein Maß für die Belastung
der Brennkraftmaschine darstellenden Saugrohrunterdruckes bei einem pneumatisch
arbeitenden Stellmotor besonders vorteilhaft sein kann.
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Bei der Ausführung nach der Figur 2 wird die Verbindung zwischen den
von dem Verdrängerkörper 8 in der Verdrängerkammer 4 des Gehäuses 2 gebildeten Arbeitsräumen
29 und 30 mit dem Auslaßraum 16 durch Verbindungsleitungen hergestellt, die an dem
radial äußeren Gehäuseteil durch eine radiale Bohrung 25 und eine axiale Bohrung
26 und an dem radial inneren Gehäuseteil durch eine radiale Bohrung 31 angedeutet
sind. In diesen Verbindungsleitungen, die auf hier nicht näher gezeigte Weise direkt
mit dem Auslaßraum 16 oder auch der Auslaßleitung selbst verbunden sind, können
zylindrische Drehschieber 28 bzw.
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32 angeordnet sein, die in Abhängigkeit von der -Belastung der zugeordneten,
die aufgeladene Luft der Verdrängermaschine aufnehmenden Brennkraftmaschine steuerbar
sind. In der Zeichnung sind die Drehschieber 28 und 32 jeweils in ihrer Öffnungsstellung
gezeigt, in der die Arbeitsräume 29 und 30 mit dem Auslaß verbunden sind, was einer
Leistung der Brennkraftmaschine unterhalb der eine Aufladung erfordernden Lastanforderung
entspricht.
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An dieser Stelle sei erwähnt, daß der Querschnitt und die Lage der
Verbindungsleitungen relativ zum Eintritt der jeweiligen Verdrängungskammern
das
Maß der Druckbegrenzung bestimmen. Dabei lassen sich sowohl axiale als auch radial
angeordnete Verbindungsleitungen ausführen, in denen durch Drehschieber oder auch
durch einfacbeKlappenmechanismen oder andere querschnittssteuernde Organe erreichte
Steuerungen verwendet werden. Die auf diese Weise erreichte Druckbegrenzung ermöglicht
eine Reduzierung der für die Verdrängermaschine erforderlichen Antriebsleistung
und damit eine Verbesneru.ng des Wirkungsgrades der aufgeladenen Brennkraftmaschine
im Teillastbereich der Brennkraftmaschine, in dem ein erhöhtes Ansaug-Druckniveau
nicht erforderlich ist, sowie eine Absenkung der Luftaustrittstemperaturen hinter
dem Verdichter.