DE3706825C1 - Quantity-controlled internal combustion engine with a machine arranged in the intake duct - Google Patents

Quantity-controlled internal combustion engine with a machine arranged in the intake duct

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DE3706825C1
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Mario Theissen
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Abstract

A screw compressor, mechanically connected to its crankshaft, is arranged in the intake duct of a quantity-controlled internal combustion engine. The said compressor has a gas distributor, which can be actuated by means of slide valves, so that the inlet closing time can be adjusted by appropriate slide valve actuation. This permits a throttle-free quantity control throughout the entire load range of the internal combustion engine; in the low-load range, the compressor delivers the power obtained by expansion of the intake air in intake operation to the internal combustion engine, in the high-load range, the screw compressor is driven by the internal combustion engine and thereby acts as a mechanical supercharger, the invention, here too, also concentrating on throttle-free quantity control. A number of variant embodiments of slide valves for adjusting the inlet closing time of a screw compressor are also specified.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art und geht aus von der gattungsbildenden DE-OS 32 05 722.The invention relates to an internal combustion engine Preamble of the first claim specified type and starts from the generic DE-OS 32 05 722.

Beschrieben ist darin eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer Lastverstellvorrichtung, wobei anstelle der üblichen Dros­ selklappe im Saugrohr eine Arbeitsmaschine angeordnet ist, welche im Teillastbereich der Brennkraftmaschine durch die Saugrohr­ strömung angetrieben wird und Energie abgibt (beispielsweise an eine Fahrzeugbatterie oder ein rotierendes Teil des Brennkraft­ maschine), dagegen bei höherer Last der Brennkraftmaschine angetrieben wird (beispielsweise wiederum von der Fahrzeugbat­ terie bzw. dem rotierenden Teil der Brennkraftmaschine) und somit als Lader wirkt. Die Laststeuerung der Brennkraftmaschine erfolgt dabei durch Änderung der Drehzahl und/oder des der Arbeitsma­ schine abgenommenen Drehmomentes und/oder durch Verstellung von Energieaustauschmitteln in der Arbeitsmaschine, wodurch die bei der üblichen Drosselklappensteuerung auftretenden Verluste von kinetischer Energie im Saugrohr vermieden werden.A spark-ignited internal combustion engine is also described therein a load adjustment device, whereby instead of the usual Dros selklappe a work machine is arranged in the intake manifold, which in the partial load range of the internal combustion engine through the intake manifold current is driven and emits energy (for example a vehicle battery or a rotating part of the internal combustion engine machine), on the other hand with higher load of the internal combustion engine is driven (for example, again by the vehicle battery terie or the rotating part of the internal combustion engine) and thus acts as a loader. The load control of the internal combustion engine takes place by changing the speed and / or the working dimension torque and / or by adjustment of energy exchange means in the work machine, whereby the losses occurring with the usual throttle valve control of kinetic energy in the intake manifold can be avoided.

Die in jener Schrift vorgeschlagenen Lösungen sind vom Grundge­ danken her zwar denkbar, in der praktischen Ausführung jedoch kaum, und wenn überhaupt, so nur mit äußerst aufwendigen konstruktiven Maßnahmen realisierbar. The solutions proposed in that document are of the basic type Thank you conceivable, but in practical execution hardly, and if at all, only with extremely complex ones constructive measures can be implemented.  

So würde beispielsweise eine Variation der Arbeitsmaschinen­ drehzahl ein stufenloses Getriebe mit einem extrem breiten Über­ setzungsverhältnisband erfordern. In Einzelstücken sind derartige Getriebe sicher herstellbar, an eine Serienfertigung ist heutzutage jedoch noch nicht zu denken.For example, a variation of the work machine speed a continuously variable transmission with an extremely wide overspeed Settlement ratio band require. Such are in individual pieces Gearbox can be manufactured safely, today is a series production but not yet to think.

Dagegen ist die Umwandlung der von der Arbeitsmaschine abgege­ benen Energie über einen Generator mit anschließender Speiche­ rung in der Fahrzeugbatterie mit solch hohen Wirkungsgradver­ lusten verbunden, daß die herkömmliche Brennkraftmaschinen­ steuerung durch eine Drosselklappe vorteilhafter ist. Auch ist der in jener Schrift vorgeschlagene Aufladevorgang durch elektrisches Antreiben der Arbeitsmaschine mit den heute zur Verfügung stehen­ den Mitteln für Großserienfahrzeuge noch zu unwirtschaftlich.On the other hand, the conversion of the work machine energy via a generator followed by a spoke in the vehicle battery with such high efficiency linked that the conventional internal combustion engines Control by a throttle valve is more advantageous. The is too in this document proposed charging by electrical Driving the work machine with those available today the funds for large series vehicles are still too uneconomical.

Schließlich schlägt jene Schrift zur Qualitätssteuerung noch die Verstellung der Energieaustauschmittel der Arbeitsmaschine vor. Erfolgen soll dies dabei beispielsweise durch Änderung des Nei­ gungswinkels von Schaufeln eines Schaufelrades. Zwar sind ver­ stellbare Schaufelräder heute bereits im Rahmen einer Großserien­ fertigung einsetzbar, jedoch kann hiermit - ähnlich wie bei der Änderung des Übersetzungsverhältnisses also der Steuerung durch Drehzahländerung der Arbeitsmaschine - nicht der voll­ ständige Lastbereich der Brennkraftmaschine in ausreichend fein unterteilten Zwischenstufen abgedeckt werden. Nicht zuletzt des­ halb schlägt jene Schrift auch einen durch eine Drosselklappe verschließbaren Bypass zur Arbeitsmaschine im Saugrohr der Brennkraftmaschine vor. Dadurch werden aber die genannten Vorteile deutlich reduziert und die Steuerung wesentlich verkom­ pliziert.Finally, that document on quality control still beats that Adjustment of the energy exchange means of the working machine. This should be done, for example, by changing the Nei angle of blades of a paddle wheel. Although ver adjustable paddle wheels are already part of a large series production can be used, but can be used with this - similar to the Change of the gear ratio so the control by changing the speed of the working machine - not the full one constant load range of the internal combustion engine in sufficiently fine divided intermediate stages are covered. Last but not least half of that script also strikes you through a throttle valve lockable bypass to the working machine in the intake manifold Internal combustion engine before. However, this will result in the aforementioned The benefits are significantly reduced and the control system is significantly degraded plicated.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine quantitäts­ gesteuerte Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art eine mit heutigen Mitteln realisierbare Arbeitsmaschine sowie eine wirkungsgradgünstige Arbeitsmaschi­ nensteuerung bereitzustellen. The object of the present invention is for a quantity controlled internal combustion engine in the preamble of the first Specified claim a realizable with today's means Work machine as well as an efficient work machine to provide control.  

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.This task is characterized by the characteristics of the first claim solved.

Drosselverluste an der Arbeitsmaschine werden insbesondere dann sicher vermieden, wenn die Arbeitsmaschine als Verdrängermaschi­ ne ausgebildet ist und die Steuerung der Verdrängermaschine über eine Veränderung des Einlaßschließzeitpunktes oder des Einlaß­ schließ- und Auslaßöffnungszeitpunktes erfolgt. Damit kann das tatsächliche Schluckvolumen der Arbeitsmaschine ohne wesentliche verlustbehaftete Drosselvorgänge gesteuert werden; die Arbeits­ maschine nimmt also lediglich das von der nachgeschalteten Brenn­ kraftmaschine geforderte Luftvolumen auf. Eine zusätzliche Variation des Auslaßöffnungszeitpunktes kann das Druckniveau der Arbeitsmaschinen-Auslaßseite dem der Brennkraftmaschinen-Ansaug­ seite anpassen, auch hier ergeben sich also keine weiteren Expan­ sionsverluste.Throttling losses on the working machine are particularly then safely avoided if the working machine as a displacement machine ne is formed and the control of the displacement machine over a change in the intake closing time or intake Closing and outlet opening time takes place. So that can actual swallowing volume of the working machine with no essential lossy throttling can be controlled; the working machine only takes that from the downstream burner required air volume. An additional Varying the outlet opening time can change the pressure level Work machine exhaust side that of the internal combustion engine intake Adjust page, so there are no further expans here either loss of vision.

Bislang hingegen werden Brennkraftmaschinen mit vorgeschalteten Verdrängermaschinen ähnlich der in der EP-B 00 74 905 gezeigten Ausführung betrieben. Für den Niederlastbereich der Brennkraft­ maschine erfolgt die Steuerung über eine Drosselklappe, dabei wird die von der Brennkraftmaschine losgelöste Verdrängermaschine von der Ansaugluft über einen Bypass umgangen. Im Hochlastbereich wird die Verdrängermaschine an die Brennkraftmaschine ange­ koppelt sowie dieser Bypass kontinuierlich geschlossen.So far, however, internal combustion engines have been connected upstream Displacement machines similar to that shown in EP-B 00 74 905 Execution operated. For the low load range of the internal combustion engine machine is controlled via a throttle valve, with the displacement machine from of the intake air bypassed. In the high load range the displacement machine is attached to the internal combustion engine couples and this bypass is continuously closed.

Hiervon unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in grund­ sätzlicher Weise durch das Fehlen einer Drosselklappe sowie durch Quantitässteuerung der Brennkraftmaschine in deren Niederlast­ bereich durch Veränderung des Schluckvolumens der Verdränger­ maschine in Form einer drosselfreien Variation des Einlaßschließ­ zeitpunktes oder des Einlaßschließ- und Auslaßöffnungszeitpunk­ tes.The present invention differs fundamentally from this due to the lack of a throttle valve as well as Quantity control of the internal combustion engine in its low load area by changing the swallowing volume of the displacer machine in the form of a throttle-free variation of the inlet closing time or the inlet closing and outlet opening time tes.

In der Verwendung eines Schraubenkompressors mit einlaß- und/ oder auslaßseitig angeordnetem verstellbaren Schieber gemäß Anspruch 2 ist eine besonders wirkungsgradgünstige Verdränger­ maschine zu sehen, deren Einlaßschließ- und Auslaßöffnungszeit­ punkt mit einfachsten Mitteln veränderbar ist.When using a screw compressor with inlet and / or adjustable slide according to the outlet side Claim 2 is a particularly efficient displacer  machine to see their inlet closing and outlet opening time point can be changed with the simplest of means.

Eine weiter verbesserte Regelbarkeit ist erzielbar, wenn zwischen dem Schieber und dem Schraubenkompressor ein Gasverteiler vorgesehen ist, welcher mehrere Einlaßsegmente aufweist, die über Gaskanäle mit entsprechenden an den Schraubenstirnseiten des Kompressors mündenden Auslaßsegmenten verbunden sind. Durch Öffnen bzw. Schließen entsprechender Einlaß- und somit auch Auslaßsegmente des Gasverteilers ist der Einlaßschließzeitpunkt des dem Gasverteiler nachgeschalteten Schraubenkompressors mit einfachen Mitteln veränderbar. Analog gilt dies natürlich mit einem dem Schraubenkompressor nachgeschalteten Gasverteiler für einen variablen Auslaßöffnungszeitpunkt des Schraubenkompressors. Die Gestaltung der Gaskanäle im Gasverteiler erfolgt zweckmäßig so, daß - ähnlich den festen Schaufeln in Turbomaschinen - nur geringe Verluste beim Einströmen des Gases in die Kompressor­ schrauben auftreten. Dazu können die Kanäle auch schrauben­ förmig gestaltet sein. Auch müssen die Ein- bzw. Ausströmöffnun­ gen des Gasverteilers nicht alle von gleicher Größe sein; ihre Form ist dabei so zu wählen, daß sich ein günstiges Einströmverhalten sowie gute Regelbarkeit einstellt.A further improved controllability can be achieved if between the slide and the screw compressor a gas distributor is provided, which has a plurality of inlet segments which over Gas channels with corresponding on the screw faces of the Compressor opening outlet segments are connected. By Opening or closing corresponding inlet and thus also Outlet segments of the gas distributor is the inlet closing time of the screw compressor connected downstream of the gas distributor simple means changeable. Analogously, of course, this applies to one the gas compressor downstream of the screw compressor for one variable outlet opening time of the screw compressor. The design of the gas channels in the gas distributor is expedient so that - similar to the fixed blades in turbomachinery - only low losses when the gas flows into the compressor screws occur. You can also screw the channels be shaped. The inflow and outflow openings must also gas distributor not all of the same size; their shape is to be chosen so that there is a favorable inflow behavior as well as good controllability.

Der Schieber kann als Drehschieber - in diesem Fall können auch zwei Drehschieber, welche mit den jeweiligen Einlaßsegmenten der beiden Schrauben des Schraubenkompressors korrespondieren, vorgesehen sein -, oder als ein beispielsweise aus der Ladungs­ wechselsteuerung von Brennkraftmaschinen bekannter Walzen­ schieber - dessen Steuerkante kann dabei zur Erzielung einer einfachen Kanalführung auch gekrümmt ausgeführt sein -, oder als einfacher Flachschieber - dieser baut besonders kompakt, wenn dessen Bewegungsrichtung parallel zur Schraubenachse des Schraubenkompressors ist - ausgebildet sein. Bei einem derartigen Flachschieber erfolgt die Bestimmung der Öffnungszeiten für die einzelnen im Gasverteiler befindlichen Gaskanäle über die Schie­ berkontur und/oder über die Höhe der Öffnungskanten der Kanäle. Eine besonders vorteilhafte Schiebergestaltung ergibt sich dann, wenn bei entsprechender Kontur und/oder Höhe der Kanalöffnungs­ kanten sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßsegmente bzw. Öff­ nungen mit einem einzigen Schieber gesteuert bzw. verstellt wer­ den können.The slide can be used as a rotary slide valve - in this case, too two rotary valves, which with the respective inlet segments of the correspond to the two screws of the screw compressor, be provided - or as a for example from the cargo Change control of internal combustion engines of known rollers slide - its control edge can be used to achieve a simple ducting can also be curved -, or as a simple flat slide valve - this is particularly compact, if its direction of movement parallel to the screw axis of the Screw compressor is - be formed. With such a Flat slides determine the opening times for the individual gas channels in the gas distributor via the rail outline and / or the height of the opening edges of the channels. A particularly advantageous slide design then results  if with appropriate contour and / or height of the channel opening edge both the inlet and outlet segments or opening who controls with a single slide that can.

Nach Anspruch 5 kann der Schieber aber auch als ein den Schrau­ benkompressor ein- bzw. auslaßseitig teilweise umschließendes Band ausgeführt sein. Die Lage des vom Band freigegebenen Öffnungsquerschnittes bestimmt dabei den Einlaßschließ- bzw. Auslaßöffnungszeitpunkt des Schraubenkompressors. Das in Längs­ richtung elastische Band kann beispielsweise über Nuten im Kom­ pressorgehäuse und/oder im Gehäusedeckel geführt und als Sand­ wich-Konstruktion aufgebaut sein. Dabei zeichnet sich das äußere Bandmaterial vorzugsweise durch Verschleißfestigkeit und gute Abdichteigenschaften aus, während die Innenschicht zum Anpres­ sen der Außenschicht federnd gehalten ist. Auch ist eine gewisse Steifigkeit gegen Durchbiegen der Bänder bei Belastung durch Unter- bzw. Überdruck erforderlich.According to claim 5, the slide can also as a screw Benkompressor partially enclosing on the inlet or outlet side Tape. The location of the released by the tape Opening cross section determines the inlet closing or Outlet opening time of the screw compressor. That in longitudinal direction elastic band can, for example, via grooves in the com pressor housing and / or in the housing cover and as sand soft construction to be built. The outer is distinguished Band material preferably by wear resistance and good Sealing properties, while the inner layer is pressed against sen the outer layer is resilient. Is also a certain Stiffness against bending of the ligaments when loaded by Negative or positive pressure required.

Besonders vorteilhaft ist es, nach Anspruch 6 im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine einen Verdrängerlader vorzusehen, welcher bei Hochleistungs-Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine einen zu hohen Ladedruck zu erzeugen in der Lage ist, und somit die Brennkraft­ maschine mechanisch oder thermisch überlasten würde. Auf diese Weise ist zum einen bei entsprechender Quantitätssteuerung über dem Brennkraftmaschinen-Drehzahlband ein besonders fülliger Hochleistungs-Drehmomentverlauf der Brennkraftmaschine erzielbar, zum anderen steht beispielsweise an in Kraftfahrzeugen eingebau­ ten Brennkraftmaschinen somit für Beschleunigungsvorgänge ein kurzzeitig überhöhtes Leistungsangebot zur Verfügung. Dieser überhöhte Ladedruck wird dabei vorteilhafterweise aufgrund geeig­ neter Sensorsignale wieder auf den jeweils zulässigen Wert redu­ ziert. Genannt seien hierfür beispielsweise Klopfsensoren, Tem­ peraturfühler, Druckfühler oder auch Drehzahlgeber der Brennkraft­ maschine, welche im Stationärbetrieb die Einstellung eines in einem Kennfeld gespeicherten Ladedruckes durch Änderung des Einlaß­ schließzeitpunktes oder des Einlaßschließ- und Auslaßöffnungs­ zeitpunktes der Verdrängermaschine veranlassen.It is particularly advantageous, according to claim 6, in the intake tract Internal combustion engine to provide a positive displacement, which at High performance continuous operation of the internal combustion engine is too high Boost pressure is able to generate, and thus the internal combustion would overload the machine mechanically or thermally. To this The way is on the one hand with appropriate quantity control the engine speed band a particularly full High-performance torque curve of the internal combustion engine can be achieved, on the other hand, for example, is installed in motor vehicles ten internal combustion engines for acceleration processes temporarily excessive range of services available. This excessive boost pressure is advantageously appropriate due to this Reduced sensor signals to the permissible value graces. Knock sensors, Tem temperature sensor, pressure sensor or speed sensor of the internal combustion engine machine, which in stationary operation is the setting one in one Map stored boost pressure by changing the inlet  closing time or the inlet closing and outlet opening Initiate the time of the displacement machine.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevor­ zugten Ausführungsbeispieles sowie einer Ausführungsvariante eines schiebergesteuerten Schraubenkompressors näher beschrieben. Es zeigtIn the following the present invention is based on a before drafted embodiment and an embodiment of a slide-controlled screw compressor described in more detail. It shows

Fig. 1 die Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einem im Ansaugtrakt angeordneten Schraubenkompressor, Fig. 1 is a schematic of an internal combustion engine with an intake system disposed in the screw compressor,

Fig. 2 das p-V-Diagramm eines Schraubenkompressors mit variablem Einlaßschließzeitpunkt, sowie Fig. 2 shows the pV diagram of a screw compressor with variable inlet closing time, and

Fig. 3 das zugehörige Volumen-Drehwinkel-Diagramm, Fig. 3 and the corresponding volume-rotation angle diagram,

Fig. 4 das p-V-Diagramm eines Schraubenkompressors mit variablem Auslaßöffnungszeitpunkt, sowie Fig. 4 shows the pV diagram of a screw compressor with a variable outlet opening time, and

Fig. 5 das zugehörige Volumen-Drehwinkel-Diagramm, Fig. 5 and the corresponding volume-rotation angle diagram,

Fig. 6 die Prinzipskizze eines von einem Walzenschieber ge­ steuerten Schraubenkompressors mit einem Gasverteiler, Fig. 6 shows a schematic diagram of a ge of a rotary slide valve actuated screw compressor with a gas distributor,

Fig. 7 den Schnitt A-A aus Fig. 6, sowie Fig. 7 shows the section AA of Fig. 6, as well

Fig. 8 einen bruchstückhaften Querschnitt des Gasverteilers. Fig. 8 shows a fragmentary cross section of the gas distributor.

Eine quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschine 1 weist in ihrem Ansaugtrakt 2 einen Schraubenkompressor 3 auf. Dessen mechani­ sche Welle 4 ist über einen Riementrieb 5 mit der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine verbunden. Einlaßseitig ist der Schraubenkom­ pressor 3 mit einem verstellbaren Schieber 7 versehen, über welchen der Einlaßschließzeitpunkt veränderbar ist. Die Last­ steuerung der Brennkraftmaschine 1 erfolgt alleinig durch ent­ sprechende Positionierung dieses Schiebers 7; im Niederlastbereich wird dabei das vom Kompressor durch Expansion der angesaugten Luftmasse erzeugte Drehmoment über den Riementrieb 5 an die Brennkraftmaschine abgegeben, im Hochlastbetrieb wird der Kom­ pressor über den Riementrieb von der Brennkraftmaschine ange­ trieben und wirkt somit als mechanischer Lader. Die genaue Wir­ kungsweise dieser erfinderischen Kombination eines Schraubenkom­ pressors mit veränderlichem Einlaßöffnungszeitpunkt soll im fol­ genden anhand des p-V-Diagrammes (Fig. 2) sowie der in Fig. 3 dargestellten Abhängigkeit des von der Verdrängermaschine geför­ derten Ansaugvolumens V in Abhängigkeit vom Drehwinkel α der Verdrängermaschine erläutert werden. Der Einfachheit halber erfolge zunächst lediglich eine Variation des Einlaßschließzeit­ punktes:A quantity-controlled internal combustion engine 1 has a screw compressor 3 in its intake tract 2 . Whose mechanical cal shaft 4 is connected via a belt drive 5 to the crankshaft 6 of the internal combustion engine. On the inlet side, the screw compressor 3 is provided with an adjustable slide 7 , via which the inlet closing time can be changed. The load control of the internal combustion engine 1 is carried out solely by accordingly positioning this slide 7 ; in the low-load range, the torque generated by the compressor by expanding the intake air mass is delivered to the internal combustion engine via the belt drive 5 ; in high-load operation, the compressor is driven by the internal combustion engine via the belt drive and thus acts as a mechanical supercharger. The exact We action of these inventive combination of a Schraubenkom pressors with variable inlet opening timing to the fol lowing with reference to the pV-diagram (Fig. 2) as well as the dependence of the geför of the displacement derten suction volume V shown in Fig. 3 as a function of the rotation angle α of the displacement are explained. For the sake of simplicity, only a variation of the inlet closing time is carried out:

Allgemein arbeitet eine Verdrängermaschine nach dem Prinzip, daß über einem Winkelbereich α₀ bis a a eine gewisse Volumenmenge V a angesaugt und auf das Volumen V b (zugehöriger Winkel des Aus­ laßöffnungszeitpunktes α b ) komprimiert wird. Im p-V-Diagramm erfolgt dabei ausgehend vom Punkt 21 (Umgebungsdruck p 1) eine Druckerhöhung auf den Wert p 2 (am Punkt 22). Für einen bestimm­ ten Teillastbetriebspunkt der der Verdrängermaschine nachge­ schalteten Brennkraftmaschine wird jedoch nicht die durch das Volumen V b sowie den Druck p 2 gekennzeichnete Luftmasse benö­ tigt (Punkt 22), sondern es ist die durch V b sowie p 3 gekenn­ zeichnete Luftmasse (Punkt 23) ausreichend. Diese Luftmasse kann entweder erzeugt werden durch Kompression ausgehend vom Punkt 24 oder durch Expansion, ausgehend vom Punkt 25.In general, a displacement machine works on the principle that a certain volume amount V a is sucked in over an angular range α ₀ to a a and compressed to the volume V b (associated angle of the opening time α b ). In the pV diagram, starting from point 21 (ambient pressure p 1 ), there is an increase in pressure to the value p 2 (at point 22 ). However, for a specific partial load operating point of the internal combustion engine connected downstream of the displacement machine, the air mass characterized by the volume V b and the pressure p 2 is not required (point 22 ), but rather the air mass identified by V b and p 3 (point 23 ) sufficient. This air mass can be generated either by compression starting from point 24 or by expansion starting from point 25 .

Während die erste Variante äußerst unwirtschaftlich ist (zunächst entstehen Verluste durch Drosseln von p 1 auf p 4, anschließend daran durch Verdichten von p 4 auf p 3) liefert die zweite Variante einen Arbeitsüberschluß durch Expandieren von p 1 auf p 3. Reali­ sierbar ist dies erfindungsgemäß durch ein auf den Wert V c redu­ ziertes Ansaugvolumen, welches sich bei Schließen der Einlaßöff­ nung zum Zeitpunkt bzw. Winkel α c einstellt. Durch Variation des Einlaßschließzeitpunktes im Winkelbereich α₀ bis α a ist jegliches Ansaugvolumen zwischen V 0 und V₀ erzielbar und somit im p-V-Diagramm jeder Punkt auf der durch V b laufenden Geraden zwischen den Punkten 26 (entspricht dem Minimaldruck bzw. der von der Brennkraftmaschine benötigten Leerlauf-Luftmasse) und dem Punkt 22 (entspricht dem maximal erzielbaren Förderdruck, in diesem Fall läuft die Brennkraftmaschine im aufgeladenen Betriebs­ zustand) einstellbar.While the first variant is extremely uneconomical (first losses are caused by throttling from p 1 to p 4 , then by compression from p 4 to p 3 ), the second variant provides a surplus work by expanding from p 1 to p 3 . This can be achieved according to the invention by means of a suction volume reduced to the value V c , which occurs when the inlet opening closes at the time or angle α c . By varying the inlet closing time in the angular range α ₀ to α a , any intake volume between V 0 and V bar can be achieved and thus in the pV diagram, every point on the straight line running through V b between points 26 (corresponds to the minimum pressure or that of the internal combustion engine required idle air mass) and point 22 (corresponds to the maximum achievable delivery pressure, in this case the engine is running in the charged operating state) adjustable.

Für eine gleichzeitige Variation des Einlaßschließ- sowie des Aus­ laßöffnungszeitpunktes der Verdrängermaschine sei wieder auf das entsprechende p-V-Diagramm (Fig. 4) sowie das Volumen-Drehwinkel- Diagramm (Fig. 5) verwiesen. Bei konstantem Auslaßöffnungszeit­ punkt ergebe sich das Ausströmvolumen V b sowie der zugehörige Druck p 3 (Punkt 43); die der Verdrängermaschine nachgeschaltete Brennkraftmaschine erzeuge jedoch bei diesem Betriebszustand einen Saugrohrunterdruck vom Wert p 5. Wie aus der im p-V-Dia­ gramm dargestellten und durch den Punkt 43 verlaufenden Linie konstanter Luftmasse (pV = konstant) ersichtlich ist, ergibt sich für p 5 ein (größeres) Ausströmvolumen V d (Punkt 45), so daß der Zwickelbereich, gekennzeichnet durch die Punkte 43, 44, 45 einen zusätzlichen Arbeitsverlust - bedingt durch die erforderliche Expansion vom Innendruck der Maschine (p 3) auf den tatsächlich geforderten Druck (p 5) - beschreibt. Dieser Arbeitsverlust kann durch Frühverlegen des Auslaßöffnungszeitpunktes vom Drehwin­ kel α b auf den Drehwinkel α a (Fig. 5) vermieden werden.For a simultaneous variation of the inlet closing as well as the time of the opening of the displacement machine, reference should again be made to the corresponding pV diagram ( FIG. 4) and the volume angle of rotation diagram ( FIG. 5). With a constant outlet opening point, the outflow volume V b and the associated pressure p 3 (point 43 ) result; however, the internal combustion engine connected downstream of the displacement machine generates an intake manifold vacuum of the value p 5 in this operating state. As can be seen from the line of constant air mass (pV = constant) shown in the pV diagram and running through point 43 , there is a (larger) outflow volume V d (point 45 ) for p 5 , so that the gusset area, characterized by points 43, 44, 45 describe an additional loss of work - due to the required expansion from the internal pressure of the machine (p 3 ) to the pressure actually required (p 5 ). This loss can work of Auslaßöffnungszeitpunktes from Drehwin angle α b to the rotational angle α a (Fig. 5) can be avoided by early laying.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß ge­ steuerten Schraubenkompressors ist in den Fig. 6 bis 8 dar­ gestellt. Dabei befinden sich im Gehäuse 8 des Schraubenkom­ pressors 3 die beiden Schrauben 9 und 9′, während an der Kom­ pressoreinlaßseite ein Gasverteiler 10 angeordnet ist. Dieser weist an seiner dem Kompressor 3 zugewandten Stirnseite mehrere durch Trennwände 11 unterteilte Auslaßsegmente 12 auf. Über Gaskanäle 13 sind diese Auslaßsegmente 12 mit entsprechenden Einlaßseg­ menten 14 verbunden. A preferred embodiment of a screw compressor according to the invention is shown in FIGS. 6 to 8. The two screws 9 and 9 ' are located in the housing 8 of the screw compressor 3 , while a gas distributor 10 is arranged on the compressor inlet side. This has, on its end facing the compressor 3 , a plurality of outlet segments 12 divided by partitions 11 . Via gas channels 13 , these outlet segments 12 are connected to corresponding inlet segments 14 .

Diese Einlaßsegmente 14 münden in den Einlaßkanal 15, welcher letztendlich auch einen Teil des Ansaugtraktes 2 der Brennkraft­ maschine bildet. Die Mündungsöffnungen der Einlaßsegmente 14 sind dabei durch einen im Einlaßkanal 15 angeordneten Walzen­ schieber 16 verschließbar. Durch Verschließen bzw. Öffnen ent­ sprechender Einlaßsegmente ist somit der Einlaßschließzeitpunkt des Schraubenkompressors 3 veränderbar.These inlet segments 14 open into the inlet channel 15 , which ultimately also forms part of the intake tract 2 of the internal combustion engine. The orifices of the inlet segments 14 can be closed by a slide 16 arranged in the inlet channel 15 . By closing or opening corresponding inlet segments, the inlet closing time of the screw compressor 3 can thus be changed.

Jene Ausführungsvariante soll die vorliegende Erfindung lediglich prinzipiell darstellen, eine detaillierte konstruktive Ausgestaltung ist hier deshalb nicht gezeigt. Wesentlich ist die Tatsache, im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eine Verdrängermaschine mit kontinuierlich veränderbaren Einlaßschließ- oder Einlaßschließ- und Auslaßöffnungszeitpunkt vorzusehen.That embodiment variant is only intended for the present invention principally represent a detailed constructive design is therefore not shown here. What is essential is the fact that Intake tract of an internal combustion engine with a positive displacement machine continuously variable inlet closing or inlet closing and To provide exhaust opening time.

Claims (7)

1. Quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschine mit einer im An­ saugtrakt angeordneten Arbeitsmaschine, welche mit einer Drehwelle der Brennkraftmaschine in mechanischer Verbindung steht, und wobei die Quantitätssteuerung durch Verändern des von der Arbeitsmaschine abgegebenen bzw. aufgenomme­ nen Drehmomentes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine als Ver­ drängermaschine mit kontinuierlich bzw. stufenweise verän­ derbarem Einlaßschließzeitpunkt oder Einlaßschließ- und Auslaßöffnungszeitpunkt ausgebildet ist.1. Quantity-controlled internal combustion engine with a work machine arranged in the suction tract, which is in mechanical connection with a rotary shaft of the internal combustion engine, and wherein the quantity control is carried out by changing the torque output or received by the work machine, characterized in that the work machine is used as a displacement machine is formed with continuously or gradually changeable inlet closing time or inlet closing and outlet opening time. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängermaschine als Schraubenkompressor (3) ausgebildet und einlaßseitig oder einlaß- und auslaßseitig mit einem verstellbaren Schieber (7) versehen ist.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the displacement machine is designed as a screw compressor ( 3 ) and is provided on the inlet side or inlet and outlet side with an adjustable slide ( 7 ). 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schieber (7) und dem Schraubenkompressor (3) ein Gasverteiler (10) mit mehre­ ren Einlaßsegmenten (14) sowie Auslaßsegmenten (12) vorge­ sehen ist. 3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that between the slide ( 7 ) and the screw compressor ( 3 ) a gas distributor ( 10 ) with several ren inlet segments ( 14 ) and outlet segments ( 12 ) is easily seen. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (7) als ein mit den Einlaßsegmenten (14) korrespondierender Drehschieber, Walzenschieber oder Flachschieber ausgebildet ist.4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the slide ( 7 ) is designed as a with the inlet segments ( 14 ) corresponding rotary valve, roller valve or flat slide valve. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber als ein im Gas­ wechselbereich quer zur Schraubenkompressorachse umlaufen­ des Band ausgebildet ist.5. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the slide as one in the gas Rotate change area transverse to the screw compressor axis the band is formed. 6. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängermaschine unter Betrieb maximaler Drehmomentaufnahme zumindest in einem gewissen Drehzahlbereich einen Ladedruck erzeugt, welcher den im Hochleistungs-Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine herrschenden Ladedruck übersteigt.6. Internal combustion engine according to one of the preceding An claims, characterized in that the displacement machine under Operation of maximum torque absorption at least in one certain speed range generates a boost pressure, which in high-performance continuous operation of the internal combustion engine prevailing boost pressure. 7. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Hochleistungs- Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine eine Reduzierung des maximalen Ladedruckes durch Änderung des Einlaßschließzeit­ punktes oder des Einlaßschließ- und Auslaßöffnungszeit­ punktes der Verdrängermaschine vorgesehen ist.7. Internal combustion engine according to one of the preceding An claims, characterized in that at least in high performance Continuous operation of the internal combustion engine reduces the maximum boost pressure by changing the inlet closing time point or the inlet closing and outlet opening time point of the displacement machine is provided.
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GB2450957A (en) * 2007-07-09 2009-01-14 Peter John Bayram Hybrid power with, or without a battery pack

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