DE578130C

DE578130C - Internal combustion engine, in particular land vehicle engine, with pre-compression of the charge by a rotating compressor

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Publication number: DE578130C
Application number: DEZ15074D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1924-06-21
Filing date: 1925-02-27
Publication date: 1933-06-09

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor, der sich insbesondere für die Verwendung bei Landfahrzeugen eignet und bei dem die Ladung durch einen umlaufenden Verdichter vorverdichtet wird. Die Erfindung bezweckt, das bisher übliche Getriebe an einem Kraftwagen überflüssig zu machen, indem mit Hilfe des Motors ein Drehmoment erzeugt wird, das höher liegt als das höchste Drehmoment des Getriebemotors.The invention relates to an internal combustion engine which is particularly suitable for use suitable for land vehicles and where the load is carried out by a rotating compressor is pre-compressed. The aim of the invention is to make the previously common transmission on a motor vehicle superfluous by with the help of the motor a torque is generated which is higher than the highest Gear motor torque.

Bekanntlich dient das Getriebe dazu, das Drehmoment des Motors zu verändern, und zwar hauptsächlich, um bei niederen Drehzahlen, beim Anfahren, auf Steigungen usw., das Drehmoment zu erhöhen und so das benötigte Anzugsmoment zu erhalten. Zu diesem Zwecke muß der Motor, um beim Anfahren usw. ein hohes Drehmoment zu erzeugen, durch hohe Überladung bereits in den niederen Drehzahlen eine sehr hohe Leistung geben, so daß auch die Leistungskurve über der Leistungskurve des Getriebemotors liegen muß, d. h. diese überdecken muß.As is known, the transmission is used to change the torque of the motor, and mainly to help at low speeds, when starting up, on inclines, etc., increase the torque and thus obtain the required tightening torque. To this The purpose of the engine must be to generate a high torque when starting, etc., a very high performance even at low speeds due to high overload so that the power curve also lies above the power curve of the geared motor must, d. H. must cover this.

Um das Drehmoment, das an und für sich von der Drehzahl nicht abhängig ist, sondern nur von konstanten Faktoren und dem mittleren Druck, zu erhöhen, muß also der mittlere Druck der Maschine erhöht werden, was besonders in dem unteren Drehzahlbereich von großer Wichtigkeit ist, da hier beim gewöhnliehen Getriebemotor infolge der Drosselwirkung der mittlere Druck nur gering ist. Nun ist aber beim Verdichtermotor der mittlere Druck nicht nur von dem Motor allein abhängig, sondern es muß noch der Leistungsbedarf des Verdichters berücksichtigt werden, der den Wert des mittleren Druckes wieder herabsetzt.About the torque, which in and of itself does not depend on the speed, but rather only by constant factors and the mean pressure, so the mean pressure must be increased Pressure of the machine can be increased, especially in the lower speed range of It is of great importance because here with the usual geared motor due to the throttling effect the mean pressure is only low. But now the compressor motor is the middle one Pressure not only depends on the engine alone, but also the power requirement of the compressor must be taken into account, which returns the value of the mean pressure belittles.

Es ist also ersichtlich, daß sowohl die Fördermenge als auch der Druck des Verdichters lediglich auf die Höhe gebracht werden dürfte, die durch die Aufnahmefähigkeit des Motors bedingt ist; mithin muß also der Verdichter genau auf den Motor abgestimmt sein, um die gesamte Leistungsfähigkeit wirtschaftlich zu gestalten. Die Leistung bzw. der mittlere Kolbendruck, der bei gleicher Drehzahl die Höhe der Motorleistung bestimmt, ist im wesentlichen abhängig von dem Aufladedruck des Verdichters, derart, daß bis zu einer bestimmten Grenze bei höherem Aufladedruck die Leistung steigt. Es genügt nun nicht, daß der Verdichter in bezug auf Fördermenge und Druck derart bemessen und geregelt wird, daß er lediglich den theoretischen Anforderungen des Motors genügt, sondern die Druckverluste zwischen Verdichter und Motor müssen auch noch von demIt can therefore be seen that both the flow rate and the pressure of the compressor should only be brought to the level that is due to the absorption capacity of the Motor is conditional; consequently, the compressor must be precisely matched to the engine be economical to the overall efficiency to design. The power or the mean piston pressure, which determines the level of engine power at the same speed, is essentially dependent on the supercharging pressure of the compressor, in such a way that that up to a certain limit at higher boost pressure the performance increases. It is sufficient now not that the compressor is dimensioned in this way in terms of flow rate and pressure and it is regulated that it only meets the theoretical requirements of the engine, but the pressure losses between the compressor and the motor must also be affected by the

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Verdichter gedeckt werden. Da diese Druckverluste nicht einen konstanten Wert haben, sondern von Leistung, Gegendruck und Drehzahl des Motors abhängig sind, muß der Verdichter derart bemessen sein, daß er das Maximum an Verlusten, die auftreten können, überwindet und bei kleineren Verlustwerten entsprechend geregelt werden kann. Die Regelung bzw. Abstimmung auf den ίο Motor hat nun so zu erfolgen, daß die effektive Druckkurve des Verdichters in allen Drehzahlen so hoch liegt, daß sie die entsprechende Widerstandskurve des Motors überdeckt und daß die Fördermengenkurve des Verdichters trotz seiner Spaltverluste beim entsprechenden Drucke absolut und in allen Drehzahlen.gleichbleibt und, statt sich zu verringern, mit zunehmender Drehzahl sogar noch steigt. Dadurch wird eine durchaus beständige oder sogar wachsende Motorladung erzielt, trotzdem der Widerstand in der Ladeleitung mit zunehmender Drehzahl steigt.Compressor are covered. Since these pressure losses do not have a constant value, The compressor must instead depend on the power, back pressure and engine speed be dimensioned in such a way that it overcomes the maximum of losses that can occur and can be regulated accordingly in the case of smaller loss values. The regulation or adjustment to the ίο engine must now be carried out in such a way that the effective The pressure curve of the compressor is so high at all speeds that it corresponds to the corresponding The resistance curve of the motor is covered and that the flow rate curve of the compressor despite its gap losses with the corresponding pressure absolutely and at all speeds. remains the same and, instead of itself to decrease, with increasing speed even increases. This becomes a definite one constant or even increasing engine charge achieved, despite the resistance in the charging line increases with increasing speed.

In Anbetracht dieser konstanten Füllung in allen Drehzahlen trotz des zunehmenden Gegendruckes erzielt man einen gleichmäßigen mittleren Druck auf den Kolben in allen Drehzahlen und sogar einen mit dem Anwachsen der Drehzahlen zunehmenden Druck und infolgedessen ein konstantes oder sogar steigendes Drehmoment.
Die Zeichnung zeigt:In view of this constant filling at all speeds despite the increasing counter pressure, a uniform mean pressure is achieved on the piston at all speeds and even a pressure that increases with the increase in speeds and consequently a constant or even increasing torque.
The drawing shows:

Fig. ι ein Motorfüllungsdiagramm einschl. Druckkurven,Fig. Ι an engine filling diagram including pressure curves,

Fig. 2 ein Motorleistungs- und Drehmomentdi agr amm,Fig. 2 shows a motor power and torque di agr amm,

Fig. 3 ein Geschwindigkeitsleistungsdiagramm, 3 is a speed performance diagram;

Fig. 4 ein Geschwindigkeitsleistungsdiagramm, 4 is a speed performance diagram;

Fig. 5 einen Getriebemotor, Fig. 6 das Drehmoment dieses Motors, Fig. 7 den getriebelosen Überlademotor, Fig. 8 das Drehmoment bei diesem. In der Fig. 1 sind auf den Abszissen die Drehzahlen des Motors und auf den Ordinaten die Volumina aufgetragen. Kurve 1 stellt das theoretische Hubvolumen eines Zylinders dar, welches sich aus dem Hub mal der Kolbenfläche des Motors zusammensetzt und theoretisch in allen Drehzahlen gleich sein muß und deshalb parallel der Abszissenachse läuft.Fig. 5 shows a geared motor, Fig. 6 shows the torque of this motor, Fig. 7 shows the gearless transfer motor, Fig. 8 shows the torque in this. In Fig. 1 are on the abscissa Speeds of the motor and the volumes plotted on the ordinates. Curve 1 represents the theoretical stroke volume of a cylinder, which is calculated from the stroke times of the piston area of the engine and theoretically the same at all speeds must be and therefore runs parallel to the abscissa axis.

Wie bekannt und aus dem Diagramm ersichtlich, sinkt bei einem üblichen Viertaktsaugmotor mit zunehmender Drehzahl die Füllung (Kurve 2) stark infolge der anwachsenden Widerstände, die die mit erhöhter Geschwindigkeit strömende, angesaugte Gassäule durch die Wandungs- und sonstigen Reibungen erleidet und die besonders auch durch die stark verkürzten Ventilzeiten und die dementsprechend stark reduzierten Ventilzeitquerschnitte bedingt sind. Es stellt somit die Kurve 2 den wirklichen Verlauf der Kurve ι im Betriebe dar.As is known and can be seen from the diagram, decreases in a conventional four-stroke naturally aspirated engine with increasing speed the filling (curve 2) strongly due to the increasing resistances, which the with increased Velocity flowing, sucked gas column through the wall and other Suffers friction and especially due to the greatly reduced valve times and the correspondingly greatly reduced valve timing cross-sections are due. It thus represents curve 2 represents the actual course of curve ι in the company.

Kurve 3 zeigt die Gegendruckkurve der Ladeleitung oder Ladekurve des Zylinders, die sich aus dem Widerstand ergibt, den die Zuleitungen, Ventile usw. der strömenden Gassäule bieten und der mit zunehmender Drehzahl steigt.Curve 3 shows the back pressure curve of the charging line or charging curve of the cylinder, which results from the resistance that the supply lines, valves, etc. of the flowing Offer gas column and which increases with increasing speed.

Den effektiven Druck der vom Verdichter zum Überladen des Zylinders geförderten Luft bzw. Gemisch stellt die Kurve 4 dar, welche immer höher liegt als die Gegendruckkurve 3, um eben den Widerstand erfolgreich zu überwinden. Infolgedessen ist das Laden und Überladen des Zylinders immer unter günstigen Verhältnissen gewährleistet.The effective pressure of the air sent by the compressor to overload the cylinder or mixture represents curve 4, which is always higher than back pressure curve 3, just to successfully overcome the resistance. As a result, the loading and Overloading of the cylinder always guaranteed under favorable conditions.

Kurve 5 zeigt die Volumenkurve, d. h. effektive Fördermenge des Verdichters, aus der man auch die Höhe der Überladung ersieht. Curve 5 shows the volume curve, i.e. H. effective delivery rate of the compressor which also shows the amount of overload.

In Fig. 2 sind auf der Abszisse wiederum die Drehzahlen des Motors aufgetragen, während auf der Ordinate einmal die Meterkilogramm des Motor drehmomentes und das andere Mal die PS-Leistungen des Motors aufgetragen sind.In Fig. 2, the speeds of the engine are again plotted on the abscissa, while on the ordinate once the meter-kilogram of the engine torque and the other Times the horsepower of the engine are plotted.

Während Kurve 6 den mittleren Kolbendruck und Kurve 7 das Drehmoment eines gewöhnlichen Motors zeigt, die .aus Ergebnissen verschiedener normaler Viertaktsaugmotoren entnommen sind, welche- beide mit zunehmender Drehzahl infolge der vorerwähnten Füllungsverminderung abfallen, weist Kurve 8 den mittleren Kolbendruck und Kurve 9 das Drehmoment des neuen Motors auf, welche durchaus infolge der vollständigen Füllung der Zylinder durch den Verdichter in allen Drehzahlen parallel zur Abszissenachse und gerade im Koordinatensystem verlaufen. During curve 6 the mean piston pressure and curve 7 the torque of a shows the results of various normal four-stroke naturally aspirated engines are taken, which - both with increasing speed as a result of the aforementioned Decrease in charge, curve 8 shows the mean piston pressure and Curve 9 shows the torque of the new engine, which is quite a result of the complete Filling of the cylinders by the compressor at all speeds parallel to the abscissa axis and run straight in the coordinate system.

Die Leistungskurve 10 des neuen Motors liegt im Vergleich mit der Leistungskurve 11 eines üblichen Motors sehr erheblich höher und behält trotz größer Drehzahlen ihre aufsteigende steile Charakteristik in einem normalen Leistungsdiagramm bei. noThe power curve 10 of the new engine is in comparison with the power curve 11 of a normal motor is very much higher and retains its increasing speed despite higher speeds steep characteristic in a normal performance diagram. no

In Fig. 3 sind auf den Abszissen die km/Std.-Geschwindigkeiten und auf den Ordinaten die an den Wagenantriebsrädern gemessenen effektiven Leistungen eingetragen. Die Kurven I^v, II^V, IIP und »direkt« zeigen die Wagen- und Leistungsgeschwindigkeiten im ersten, zweiten, dritten und direkten Gang eines normalen Kraftwagens.In FIG. 3, the km / h speeds are plotted on the abscissa and the effective powers measured at the car drive wheels are plotted on the ordinates. The curves I ^v , II ^V , IIP and "direct" show the vehicle and power speeds in the first, second, third and direct gear of a normal motor vehicle.

Die Geschwindigkeitsleistungskurve 12 in Fig. 3 ist die eines Kraftwagens, dessen Motor mit Verdichter aufgeladen wirdj und zwar bei sogenannter Normalladung, d. h. LadungThe speed performance curve 12 in FIG. 3 is that of a motor vehicle whose engine is charged with a compressor, namely with so-called normal charging, d. H. charge

der Motorzylinder durch den Verdichter unter Druck mit einem zum Motorhubvolumen normalen Gemischvolumen. Diese Kurve überdeckt die Leistungen nicht in allen Geschwindigkeiten. the engine cylinder is pressurized by the compressor with a stroke volume normal to the engine displacement Mixture volume. This curve does not cover the performance at all speeds.

Die Kurve 13 jedoch ist die des Motors mit sogenannter Überladung, d. h. Ladung der Motorzylinder durch den Verdichter unter Druck mit einem zum Motorhubvolumen überbemessenen Gemischvolumen. Diese Kurve überdeckt die Leistungen in allen Geschwindigkeiten, so daß das Wechselgetriebe ,überflüssig wird und weggelassen werden kann.The curve 13, however, is that of the engine with so-called overloading, i. H. charge the engine cylinder is pressurized by the compressor with an to the engine stroke volume oversized mixture volume. This curve covers the performance at all speeds, so that the change gear , becomes superfluous and can be omitted.

Die Kraftleistung steigt aber sehr schnell und in einem unter Umständen sogar gefährlichen Maße an. Bei einem Motorwagen gewöhnlicher Art, dessen Zylinder durch einen Verdichter geladen werden, empfiehlt es sich, eine abgeplattete Geschwindigkeitsleistungskurve 14 zu erhalten, die den Kurven der verschiedenen Geschwindigkeiten nahekommt, diese jedoch immer überdeckt.The power output increases very quickly and in a possibly even dangerous manner Dimensions. In the case of a motor vehicle of the ordinary type, the cylinders of which are charged by a compressor, it is advisable to to obtain a flattened speed performance curve 14 corresponding to the curves of FIG comes close to different speeds, but always covers them.

Die Fig. 4 zeigt bei Grundlagen, die denen der Fig. 3 etwa entsprechen, einen besonderen Fall. Hierbei ist es zweckmäßig, die Leistungsgeschwindigkeitskurve I^v nicht mit der Überladekurve zur Deckung zu bringen, sondern mindestens zwei Geschwindigkeiten bei-FIG. 4 shows a special case for principles which roughly correspond to those of FIG. 3. Here it is advisable ^{not to bring the power speed curve I v} to coincide with the overload curve, but rather at least two speeds at

zubehalten, nämlich den ersten und den direkten Gang.to keep, namely the first and the direct gear.

In Fig. 6 und 8 sind die Drehmomente in den verschiedenen Gängen des der Fig. 3 entsprechenden normalen Getriebemotors und der entsprechenden Drehmomentskurve des neuen Motors mit veränderlicher Ladung und Überladung aufgetragen. Die Drehmomentskurve ι des neuen Motors entspricht mit der gestrichelt dargestellten der gerade aufsteigenden Leistungskurve der Fig. 3, und die ausgezogene abfallende Kurve, die lediglich die Drehmomentskurve der Getriebegänge überdeckt, entspricht der abgeplatteten Leistungskurve der Fig. 3.In FIGS. 6 and 8, the torques in the various gears are that of FIG. 3 normal geared motor and the corresponding torque curve of the new variable load motor and Overload applied. The torque curve ι of the new motor corresponds to the dashed line of the straight ascending power curve of FIG. 3, and the Solid sloping curve showing only the torque curve of the transmission gears covered corresponds to the flattened power curve of FIG. 3.

Zwecks vorteilhafter Verwendung dieses neuen Gedankens sowohl im normalen Kraftfahrzeugbau wie auch im Triebwagen- und Lokomotivbau kann man infolge der erhöhten Leistung das bis heute unbedingt benötigte Geschwindigkeitswechselgetriebe fortlassen oder doch wenigstens die Anzahl seiner Gänge oder Geschwindigkeitsabstufungen vermindern. Um nun durch den Verdichter das Getriebe zu ersetzen, muß dieser in derselben Weise wie das Getriebe einer Verbrennungskraftmaschine das Drehmoment des neuen Motors regeln, und zwar speziell in dem unteren Drehzahlbereich das Drehmoment erhöhen, um das benötigte Anzugsmoment zu erhalten. Hierbei spielt das Verdichtungsverhältnis im Verdichter selbst eine ausschlaggebende Rolle, d. h. es ist von großer Wichtigkeit, daß dieses möglichst groß wird, um gerade bei niederen Drehzahlen einen möglichst hohen Druck zu erzeugen, der für die hohe Überladung benötigt wird. Damit nun nicht die Motorleistung mit zunehmender Drehzahl eine unerwünschte Höhe erreicht, wie sie durch das hohe Verdichtungsverhältnis im Verdichter hervorgerufen wird, verringert man erfindungsgemäß die Motorladung von einem gewissen Punkt des Diagramms der Fig. 3, und zwar in dem Maße, wie die Drehzahl zunimmt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man den Verdichter auf der Saugseite oder auf der Druckseite oder auf beiden Seiten so regelt, daß die Fördermenge des Verdichters sich mit zunehmender Drehzahl pro Kolbenhub verringert. Auf diese Weise erzielt man, zweckmäßig ausgehend von einer beliebig einzustellenden Wagengeschwindigkeit, eine abgeplattete Geschwindigkeitsleistungskurve, deren größte Höhe oberhalb der Kurven des mehrgängigen Geschwindigkeitswechselgetriebes liegt, wodurch also ein Zahnräder- oder anderes Geschwindigkeitswechselgetriebe durchaus in Fortfall kommen kann, da man sämtliche Wagengeschwindigkeiten mit der Motorladung in der entsprechenden Tourenzahl beherrscht.For the purpose of advantageous use of this new idea both in normal motor vehicle construction As in railcar and locomotive construction, you can do what is still absolutely necessary today due to the increased performance Leave out speed change gears, or at least the number of its Reduce gears or speed gradations. To now through the compressor that To replace transmission, this must be done in the same way as the transmission of an internal combustion engine regulate the torque of the new engine, specifically increasing the torque in the lower speed range, to get the required tightening torque. The compression ratio plays a role here a crucial role in the compressor itself, d. H. it is of great importance that this is as large as possible, especially at low speeds to generate high pressure, which is required for the high overload. So that the engine power does not increase with Speed reaches an undesirable level, as caused by the high compression ratio is caused in the compressor, the engine load is reduced according to the invention from a certain point on the diagram of FIG. 3 to the extent that the Speed increases. This object is achieved in that the compressor on the On the suction side or on the pressure side or on both sides so that the delivery rate of the compressor decreases with increasing speed per piston stroke. To this Way is achieved, expediently on the basis of an arbitrarily set carriage speed, a flattened speed performance curve, the greatest height of which is above the curves of the multi-speed speed change transmission lies, so that a gear or other speed change transmission is completely eliminated can come, because you can master all car speeds with the engine load in the corresponding number of tours.

Claims

Claim:

Internal combustion engine, in particular land vehicle engine, with pre-compression of the Charging by a rotating compressor, characterized in that that of the engine with an invariable transmission ratio driven pre-compressor is oversized and set up for over-compression and a "special Control device or a dimensioning of the compressor channels is provided, which acts in such a way that after a part the lower speed range, within which the oversizing and over-compression is fully utilized, the pressure and the flow rate of the pre-compressor are reduced with increasing speed will.

For this purpose 2 sheets of drawings