DE3844585C2

DE3844585C2 -

Info

Publication number: DE3844585C2
Application number: DE3844585A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kobe Hyogo Jp Kubo; Itsuro Takarazuka Hyogo Jp Nomura; Kunihiko Akashi Hyogo Jp Nishitani; Noboru Kakogawa Hyogo Jp Tsuboi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-05-01
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2008-01-19
Also published as: FR2614648B1; US4826412A; DE3801232A1; FR2614648A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schraubenverdichter zum Aufladen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der GB-PS 15 26 435 ist ein Schraubenverdichter dieser Gattung bekannt, dessen Drehzahl zwar der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine proportional ist, so daß das Aufladen ohne zeitliche Verzögerung erfolgt, dessen Innendruckverhältnis jedoch unveränderlich ist. Wenn daher der Druck nach dem Schraubenverdichter, d. h. der Aufladedruck, infolge der unterschiedlichen Lastzustände schwankt, entsteht unvermeidlich ein Kompressionsverlust und damit ein Anstieg im Energieverbrauch.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schraubenverdichter zu schaffen, dessen Fördermenge und Auslaßdruck an die unterschiedlichen Lastzustände der Brennkraftmaschine angepaßt sind, um unnötigen Energieverbrauch und Geräuschentwicklung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß diesen Merkmalen wird das Innendruckverhältnis des Schraubenaufladers in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine und der Brennkraftmaschinendrehzahl geregelt, um den Energieverbrauch des Schraubenaufladers zu reduzieren, indem unnötige Luftkomprimierungsvorgänge des Schraubenaufladers vermieden werden. Ferner wird die Geräuschbildung des Schraubenaufladers herabgesetzt, indem der Druckunterschied zwischen dem Ansaugkanal und der Hauptauslaßöffnung sowie der Hilfsauslaßöffnung des Schraubenaufladers herabgesetzt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Aus der DE-AS 12 17 542 ist ein Schraubenverdichter bekannt, bei dem das Innendruckverhältnis und damit der Auslaßdruck durch das Aufsteuern von Hilfsauslaßöffnungen in Verbindung mit einem Drehschieber verändert wird.

Aus der DE-PS 6 81 492 ist eine Anordnung bekannt, bei der die Brennkammer einer Gasturbine durch zwei direkt von der Welle der Gasturbine bzw. der Generatorwelle angetriebene Schraubenverdichter aufgeladen wird. Zur Anpassung von Fördermenge und Druck an diejenigen der Gasturbine, weisen diese Schraubenverdichter jeweils eine Hilfsauslaßöffnung, einen Hilfsauslaßkanal und ein angesteuertes Ventil auf, um komprimiertes Gas von der Hilfsauslaßöffnung zur Atmosphäre abzugeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schraubenverdichter gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters nach einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 einen Teilschnitt zur Unterstützung der Erläuterung einer Hilfsauslaßöffnung, die in dem Schraubenverdichter der Fig. 1 ausgebildet ist;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Innendruckverhältnis und dem Luftvolumen in einem Auflader zeigt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Erstes Ausführungsbeispiel

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist ein Schraubenauflader 20 mit einem Satz von Schraubenrotoren im Folgenden als "Rotoren" bezeichnet) 3 und 4 mit vorstehenden und rückspringenden Eingriffsteilen versehen, welche drehbar in einem Gehäuse 9 gelagert sind. Die Rotationsenergie einer Brennkraftmaschine 1 wird über eine Antriebsriemenscheibe 5, Riemen 6 und eine angetriebene Riemenscheibe 7 auf die Rotoren 3 und 4 übertragen.

Wie in der Fig. 3 gezeigt, besitzt der Schraubenverdichter 20 eine Hauptauslaßöffnung 22, die direkt mit einem Ansaugkanal 21 verbunden ist. Im Gehäuse des Schraubenverdichters 20 ist eine Hilfsauslaßöffnung 24 in einem geeigneten Abstand von der Hauptauslaßöffnung 22 vorgesehen.

Die Hilfsauslaßöffnung 24 ist über einen Hilfsauslaßkanal 26, ein Dreiwege-Umschaltventil 25 und einen Bypaßkanal 30 an einer Stelle nach der Hauptauslaßöffnung 22 mit dem Ansaugkanal 21 verbunden. Das Dreiwege-Umschaltventil 25 besitzt eine Öffnung A, die mit der Hilfsauslaßöffnung 24 in Verbindung steht, eine Öffnung B, die mit dem Bypaßkanal 30 in Verbindung steht, und eine Öffnung C, die über ein Entlastungsventil 27 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Eine der Öffnungen der Vorsteuerventileinheit des Entlastungsventils 27 steht mit der Öffnung C in Verbindung, während eine andere Öffnung der Vorsteuerventileinheit an einer Stelle nach der Hauptauslaßöffnung 22 mit dem Ansaugkanal 21 in Verbindung steht. Das Entlastungsventil 27 öffnet sich, wenn der Druck im Ansaugkanal 21 nach der Hauptauslaßöffnung 22 höher wird als der Druck an der Öffnung C.

Nachdem die Brennkraftmaschine 1 in Betrieb genommen worden ist, entscheidet eine geeignete Steuereinrichtung, ob die Brennkraftmaschine 1 unter hoher Last arbeitet, was eine erhöhte Luftzufuhr erforderlich macht, und zwar auf der Basis von Signalen, die den Bewegungsgrad des Gaspedals, die Motordrehzahl, den Innendruck der Brennkraftmaschine 1 und die Kraftstoffzufuhr verkörpern.

Wenn sich die Brennkraftmaschine 1 im Betrieb unter hoher Last befindet, wird entschieden, ob die Brennkraftmaschine 1 mit hoher Drehzahl arbeitet. Wenn die Brennkraftmaschine 1 mit niedriger Drehzahl arbeitet, wird das Dreiwege- Umschaltventil 25 so betätigt, daß die Öffnung A mit der Öffnung B in Verbindung gebracht wird, um Luft durch die Hilfsauslaßöffnung 24 abzugeben und damit das Innendruckverhältnis zu reduzieren, beispielsweise auf 1,5. Wenn die Brennkraftmaschine 1 mit hoher Drehzahl arbeitet, wird das Dreiwege-Umschaltventil 25 so betätigt, daß die Öffnung A von beiden Öffnungen B und C abgetrennt wird, so daß das Innendruckverhältnis ansteigt, beispielsweise auf 2,0. Somit wird im Betriebszustand einer hohen Last und einer niedrigen Drehzahl Luft, die auf niedriges Innendruckverhältnis komprimiert worden ist, beispielsweise auf 1,5, in die Brennkraftmaschine 1 abgegeben, während im Betriebszustand einer hohen Last und hohen Drehzahl Luft, die auf ein hohes Innendruckverhältnis komprimiert worden ist, beispielsweise auf 2,0, abgegeben wird, um einem Anstieg des Strömungswiderstandes der Ansaugluft gerecht zu werden, der auf den Anstieg der Brennkraftmaschinendrehzahl zurückzuführen ist. Obwohl das Innendruckverhältnis in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl verändert wird, bleibt die vom Schraubenverdichter 20 abgegebene Luftmenge für jeden Verbrennungszyklus unabhängig von der Brennkraftmaschinendrehzahl konstant.

In einem Betriebszustand mit niedriger Last oder relativ niedriger Last, wo der Luftbedarf pro Zeiteinheit gering ist, wird die Öffnung A an die Öffnung C angeschlossen, und wenn die Förderrate des Schraubenverdichters 20 sehr viel größer ist als der Luftbedarf pro Zeiteinheit und der Druck im Ansaugkanal 21 nach der Hauptauslaßöffnung 22 höher ist als der Druck an der Öffnung C, d. h. der Druck an der Hilfsauslaßöffnung 24, öffnet sich das Entlastungsventil 27, um Luft in die Atmosphäre abzugeben.

Die Änderung der erforderlichen Energie des Schraubenverdichters 20, die aus der Änderung des Innendruckverhältnisses des Schraubenverdichters 20 in Abhängigkeit von der Betriebsart der Brennkraftmaschine 1 resultiert, beispielsweise einer Herabsetzung des Innendruckverhältnisses von 2,0 auf 1,5 für eine Betriebsart der Brennkraftmaschine 1 mit hoher Last und niedriger Drehzahl, wird in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben.

Wenn die Öffnung A von der Öffnung B getrennt wird, um die Abgabe von Luft aus der Hilfsauslaßöffnung 24 im Betriebszustand hoher Last und niedriger Drehzahl zu stoppen, verändert sich der Zustand des Luftaufnahmeraumes innerhalb des Schraubenverdichters 20 entlang dem Weg a→b→ f→c→d→e→a. Die erforderliche Energie pro Zyklus wird durch die Fläche a-b-f-c-d-e wiedergegeben.

Wenn die Öffnung A an die Öffnung B angeschlossen ist, um die Abgabe von Luft aus der Hilfsauslaßöffnung 24 im gleichen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu ermöglichen, ändert sich der Zustand entlang dem Weg a→ b→f→d→e→a. In diesem Fall wird die erforderliche Energie pro Zyklus durch die Fläche a-b-f-d-e wiedergegeben.

Da die durch die Fläche a-g-d-e wiedergegebene Energie der Brennkraftmaschine 1 in jedem Fall zurückgewonnen wird, wird die verbleibende erforderliche Energie pro Zyklus durch die Fläche g-b-c wiedergegeben, wenn das Innendruckverhältnis 2,0 beträgt. Die verbleibende erforderliche Energie pro Zyklus wird jedoch mindestens um einen Bereich reduziert, der durch die Fläche d-f-c wiedergegeben wird, wenn das Innendruckverhältnis auf 1,5 herabgesetzt wird. Theoretisch beträgt dieser Bereich 22% der erforderlichen Energie pro Zyklus, wenn das Innendruckverhältnis 2,0 beträgt.

Zweites Ausführungsbeispiel

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben. Die Anordnung in der Fig. 5 entspricht im wesentlichen der in der Fig. 2, mit der Ausnahme, daß der Schraubenverdichter 20 zusätzlich an einem Tank 28 und einem Rückschlagventil 29 angeschloßen ist. Daher sind Teile, die den in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Teilen entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei auf eine Beschreibung dieser Teile verzichtet wird.

Wie man Fig. 5 entnehmen kann, wird die von der Hilfsauslaßöffnung 24 abgegebene Luft zeitweise im Tank 28 gesammelt, ohne dabei durch die Öffnung C direkt in die Atmosphäre abgegeben zu werden. Die im Tank 28 gesammelte Luft wird zum Aufladen der Brennkraftmaschine 1 beim Starten derselben und während eines Betriebszustandes mit hoher Last und niedriger Drehzahl eingesetzt. Wenn der Tank 28 bis zu seiner Grenze mit Luft gefüllt worden ist, wird die überschüssige Luft über das Entlastungsventil 27 abgegeben.

Claims

1. Schraubenverdichter zum Aufladen einer Brennkraftmaschine mit einem Satz von Schraubenrotoren, die drehbar in einem Gehäuse gelagert und über ein Umschlingungsgetriebe, das Riemen, Antriebsriemenscheiben und von der Brennkraftmaschine angetriebene Riemenscheiben aufweist, angetrieben sind, und mit einer Hauptauslaßöffnung an der Ansaugseite der Brennkraftmaschine, wobei die Hauptauslaßöffnung mit dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hilfsauslaßöffnung (24) im Gehäuse im Abstand von der Hauptauslaßöffnung (22) zur Ansaugseite hin ausgebildet ist, daß die Hilfsauslaßöffnung (24) mit einem Hilfsauslaßkanal (26), der Hilfsauslaßkanal (26) mit einem Dreiwege-Umschaltventil (25) und das Dreiwege- Umschaltventil (25) mit dem Ansaugkanal (21) durch einen Bypaßkanal (30) in Verbindung stehen, wobei das Dreiwege-Umschaltventil (25) durch Meßwerte der Brennkraftmaschine (1) derart gesteuert ist, daß komprimiertes Gas von der Hilfsauslaßöffnung (24) entweder zur Atmosphäre abgegeben wird, oder über den Bypaßkanal (30) in den Ansaugkanal (21) geführt wird oder der Hilfsauslaßkanal (26) geschlossen ist.

2. Schraubenauflader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Umschaltventil (25) derart gesteuert wird, daß es das komprimierte Gas in die Atmosphäre abgibt, wenn die Brennkraftmaschine mit geringer Last läuft, und daß es das komprimierte Gas durch den Bypaßkanal (30) in den Ansaugkanal (21) abgibt, wenn die Brennkraftmaschine (1) mit hoher Last und mit niedriger Drehzahl arbeitet.

3. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Umschaltventil (25) über ein Entlastungsventil (27) mit der Atmosphäre verbunden ist, wobei eine Öffnung des Entlastungsventils (27) mit dem Ansaugkanal (21) in Verbindung steht.

4. Schraubenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwege-Umschaltventil (25) über einen Tank (28) mit dem Entlastungsventil (27) verbunden ist, wobei eine Öffnung des Tanks (28) über ein Rückschlagventil (29) mit dem Ansaugkanal (21) in Verbindung steht.