DE860571C

DE860571C - Drive a two-stage charging fan for internal combustion engines, especially for aircraft engines

Info

Publication number: DE860571C
Application number: DED6760D
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl-Ing Kuemmich
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1943-09-17
Filing date: 1943-09-17
Publication date: 1952-12-22

Description

Antrieb eines zweistufigen Ladegebläses für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Flugmotoren Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb eines zweistufigenLadegebläses fürBrennkraftma)schinen, insbesondere für Flugmotoren, bei dem zwischen dem Gebläse und seinerAntriebsmaschine ein Drehzahlwandler angeordnet isst.Drive a two-stage supercharger for internal combustion engines, in particular for aircraft engines The invention relates to the drive of a two-stage charge blower for internal combustion engines, in particular for aircraft engines, in the case of the one between the fan and a speed converter is arranged on its prime mover.

Bei den bekannten mehrstufigen Ladegebläsen für Höhenflugmotoren, deren Antrieb. über einen Drehzahlwandler erfolgt, sind die Laufräder sämtlicher Gebläsestufen fest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, die über ein mechanisches Schaltgetriebe mit stufenweise veränderlicher Übersetzung- von der Brennkraftmaschdne angetrieben wird. Es ist außerdem -bekannt, bei einstufigen Ladegebläsen für Flugmotoren, idie über ein mechanisches Schaltgetriebe angetrieben werden, zur Überbrückung der Schaltstufen des Getriebes zwischen diesem und dem Gebläse einen stufenlos regelbaren Flüssigkeitsdrehzahlwandler nach F ö t t i ng e r anzuordnen. In bei(den Fällen muß der Drehzahlwandler zur Übertragung das gesamten Leistungsbedarfes des Ladegebläses eingerichtet sein.In the case of the well-known multi-stage charging fans for high-altitude engines, their drive. takes place via a speed converter, the impellers are all Fan stages are fixedly arranged on a common shaft that is driven by a mechanical Manual transmission with stepwise variable translation from the internal combustion engine is driven. It is also known, in single-stage charge fans for aircraft engines, i, which are driven by a mechanical gearbox, to bypass the Switching stages of the transmission between this and the fan are continuously variable Fluid speed converter to be arranged after Fö t t i ng e r. In both cases the speed converter must transfer the entire power requirement of the charge blower be set up.

Bekannt ist ferner, den Antrieb des zweistufigen Spülgebläses eines Zweitaktfiugmotors in der Weise auszubilden, .daß die beiiden Gebläsestufen antrieb-smägig hintereinandergeschaltet sind, indem die zweite, bei allen Flugzuständen in Betrieb befindliche Gebläsestufe unmittelbar von der Brennkraftmaschine aus in einem festen Drehzahlverhältnis zu dieser angetrieben wird, während die erste, nur in besonderen Flugzuständen vorgeschaltete Gebläsestufe von der Welle der zweiten Stufe aus über ein Zahnradwechselgetriebe angetrieben wird.It is also known to drive the two-stage flushing fan To train two-stroke fiugmotors in such a way that the two fan stages are drive-smägig connected in series are by the second blower level, which is in operation in all flight modes directly from the internal combustion engine in a fixed speed ratio this is driven, while the first, only upstream in special flight conditions Fan stage from the shaft of the second stage via a gear change gear is driven.

Wollte man auch bei dieser bekannten Anlage die' Schaltstufen des Wechselgetriebes durch einen stufenlos regelbaren Drehzahlwandler überbrücken, so könnte dieser Drehzahlwandler. entweder zwischen der Antriebsmaschine und der zweiten Gebäsestufe oder zwischen dem Wechselgetriebe und einer der beiden Gebläsestufen angeordnet werden. Im ersteren Fall muß der stufenlos regelbare Drehzahlwandler für die gesamte Leistungsaufnahme beider Gebläsestufen, in letzteren Fall nimmer noch für den Bedarf der als Höhenstufe im allgemeinen den größeren Leistungsanteil aufnehmenden ersten Gebläsestufe ausreichend bemessen sein. Infolgedessen werden das. Gewicht und der Platzbedarf sowohl des Drehzahlwandlers selbst als auch bei Fliissigkeitsdrehzahlwandlern des Rüekkühlers für seine Betriebsflüssigkeit entsprechend groß. Dieser grundsätzliche Mangel eines solchen Gebläseantriebes bedeutete bisher für seine Anwendung an Flugzeugtriebwerken ein erhebliches Hindernis, das nunmehr durch idie Erfindung :beseitigt wird.If you wanted the 'switching stages of the By means of a continuously variable speed converter, see above could this speed converter. either between the prime mover and the second Blower stage or between the gearbox and one of the two blower stages to be ordered. In the first case, the continuously variable speed converter must be used for the total power consumption of both fan stages, in the latter case never nor for the need of the higher level in general, the greater portion of performance the first blower stage must be adequately dimensioned. As a result will be the. Weight and space required both by the speed converter itself and by Fluid speed converters of the return cooler for its operating fluid accordingly great. This fundamental deficiency of such a fan drive meant so far a considerable obstacle for its use in aircraft engines, which is now by i the invention: is eliminated.

Die Erfindung besteht darin, daß das mindestens zwei Schaltstufen enthaltende Wechselgetriebe.und der stufenlos regelbare Drehzahlwandler im Kraftfluß parallel geschaltet sind, indem das Wechselgetriebe unmittelbar zwischenderAntriebsinaschine und der ersten, nur in besonderen Flugzuständen, z. B. beim Start oder beim Höhenflug zugeschaltetem Gebläsestufe und der stufenlos regelbare Drehzahlwandler unmittelbar zwischen derAntriebsmaschine und der zweiten, ständig in Betrieb befindlichen Gebläsestufe angeordnet :ist.The invention consists in the at least two switching stages containing change gears. and the infinitely variable speed converter in the power flow are connected in parallel by placing the gearbox directly between the drive machine and the first, only in special flight conditions, e.g. B. at takeoff or when flying high activated blower level and the infinitely variable speed converter directly between the drive machine and the second, continuously operating fan stage arranged: is.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, bei dem die beiden Gebäsestufen ii und 2 getrennt voneinander am hinteren Ende einer als Antriebemaschine wirkenden Reihenbrennkraftmaschinc 3 in der Weisse angeordnet sind, daß ihre Laufradwellen 4 und 5 quer zur Kurbelwelle 6 der Maschine liegen und ihre Gehäuse sich hinsichtlich ihrer Hauptausdehnung in Richtung der Kurbelwelle, im vorliegenden Fall also in Flugrichtung erstrecken. Dadurch entsteht bekanntlich eine ;besonders schmale, strömungsgünstige Form des gesamten Triebwerkes.The invention is shown schematically in the drawing in one embodiment shown, in which the two Gebäsestufen ii and 2 separated from each other at the rear End of an in-line internal combustion engine 3 acting as a drive machine in the Weisse are arranged that their impeller shafts 4 and 5 transverse to the crankshaft 6 of the machine lie and their housing with regard to their main extent in the direction of the Crankshaft, so in the present case extend in the direction of flight. This creates as is well known, a particularly narrow, aerodynamic shape of the entire engine.

Die erste Gebläsestufe .i wird von der Kurbelwelle 6 aus über ein Kegelradpaar 7, 8 und ein mechanisches Wechselgetriebe 9 angetrieben, währendder Antrieb der zweiten Gebläsestufe 2 unabhängig davon über das Kegelradpaar 7, io, die Stirnräder iu, i2 und eine Flüssigkeitsregelkupplung 13 nach Art der bekannten Fötti:ngerkupplung erfolgt. Die beiden Antriebe sind also im Kraftfluß parallel geschaltet.The first blower stage .i is from the crankshaft 6 from a Bevel gear pair 7, 8 and a mechanical change gear 9 driven, while the Drive of the second fan stage 2 independently of this via the bevel gear pair 7, io, the spur gears iu, i2 and a fluid control clutch 13 of the known type Fötti: nger coupling takes place. The two drives are therefore parallel in the power flow switched.

Das Getriebe 9 weist zwei Fahrstufen und eine Leerlaufstufe auf. Die Leerlaufstufe mit der niedrigsten Übersetzung besteht aus den beiden Rädern 14, 15, von denen das erstere fest auf der Getriebewelle 16, das zuletzt genannte mittels einer Freilaufvorrichtung 17 so .auf .der Laufradwelle 4 angeordnet ist, daß es gegenüber der Welle zurückbleiben kann. Die erste Fahrstufe mit etwas größerer Übersetzung wird von den Rädern .18, i9 gebildet, wobei das Rad i9 fest auf der Lauf radwelle 4 sitzt, während das Rad :i;8 mittels einer in seiner Nabe untergebrachten Lamellenkupplung 2.o, die über den Kolben oi durch Drucköl betätigt wird, abschaltbar mit der Getriebewelle r6 verbunden ist. In gleicher Weise wie .die erste Fahrstufe, nur mit noch größerer Übersetzung, eist auch die zweite ausgebildet, die aus den Rädern 22, 23 und der Kupplung 24 mit Schaltkolben 25 besteht.The transmission 9 has two gear stages and one idle stage. the The idling stage with the lowest gear ratio consists of the two wheels 14, 15, of which the former is fixed on the gear shaft 16, the latter by means of a freewheel device 17 so .auf .der impeller shaft 4 is arranged that it can lag behind the shaft. The first gear with a slightly larger gear ratio is formed by wheels .18, i9, with wheel i9 firmly on the running wheel shaft 4 sits, while the wheel: i; 8 by means of a multi-disc clutch housed in its hub 2.o, which is actuated by pressure oil via the piston oi, can be switched off with the gear shaft r6 is connected. In the same way as the first speed step, only with an even larger one Translation, the second is also formed, consisting of the wheels 22, 23 and the Clutch 24 with switching piston 25 is made.

Der Betrieb des Ladegebläses geht nun in folgender Weise vonstatten: Beim Anfahren der Maschine 3 sind die Kupplungen 2,o und 24 ausgerückt und die Flüssigkeitskupplung 13 durch Entleeren ihres Kreislaufes auf größten Schlupf eingestellt. Darauf wird die Kupplung 13 allmählich gefüllt, bis die dadurch anwachsende Drehzahl der Gebläseistufe 2 ausreicht, um den gewünschten Ladedruck beim Flug in Bodennähe zu erzeugen. Die Gebläsestufea wird dabei über die nur als sog.- Schleppgang wirkende Leerlaufstufe 14, 15 lediglich mit sehr geringer Drehzahl angetrieben, die oben hinreicht, um die Strömungswiderstände beim Durchgang der Luft durch das Laufrad und das Gehäuse der ersten Gebäsestufe sowiedurch die Verbindungsleitung 26 zwischen :den beiden Gebläsestufen auszugleichen.The operation of the charge blower is now carried out in the following way: When starting the machine 3, the clutches 2, o and 24 are disengaged and the fluid coupling 13 adjusted to maximum slip by emptying their circuit. On it will the clutch 13 gradually filled until the resulting increasing speed of the fan stage 2 is sufficient to generate the desired boost pressure when flying close to the ground. the The blower stage a is activated via the idle stage, which only acts as a so-called drag gear 14, 15 driven only at a very low speed, which is sufficient above to the flow resistance when the air passes through the impeller and the housing the first blower stage and through the connecting line 26 between: the two Compensate for fan speeds.

Sobald nein mit wachsender Flughöhe oder aus anderen Gründen der allein von der Gebläsestufe 2 erzeugte Ladedruck auch bei vollständiger Füllung der Kupplung 13 nicht mehr ausreicht, wird durch Betätigen der Kupplung 2o im Getriebe 9 die erste Fahrstufe118, @i9 eingeschaltet und gleichzeitig die Kupplung 13 durch Entleeren auf größten Schlupf eingestellt. Die Freilaufvorrichtung 17 hat dabei selbsttätig, den Schleppgang 114, 115 ausgeschaltet. Die Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 6 und den beiden Gebläsewellen 4 und 5 sind dabei so gewählt, daß die Förderhöhe der Gebläsestufe 2 bei vollkommen gefüllter Regelkupplung 13 ebenso groß ist wie die Förderhöhe der Gebläsestufen i und 2 zusammen nach dem Einstellen der Kupplung 13 auf größten Schlupf und dem Einkuppeln der ersten Fahrstufe im Getriebe 9, so daß in diesem Fall beim Hinzuschalten der Gebläsestufe i also keine sprunghafte Erhöhung des Ladedruckes eintritt.As soon as no with increasing flight altitude or for other reasons, the boost pressure generated solely by the blower stage 2 is no longer sufficient even when the clutch 13 is completely filled, the first gear step 118, @ i9 is switched on by actuating the clutch 2o in the transmission 9 and the clutch 13 through at the same time Emptying set to maximum slip. The freewheel device 17 has automatically switched off the drag gear 114, 115. The transmission ratios between the drive shaft 6 and the two fan shafts 4 and 5 are chosen so that the delivery head of the fan stage 2 when the control clutch 13 is completely filled is as great as the delivery head of the fan stages i and 2 together after the clutch 13 has been set to the greatest slip and the engagement of the first gear in the transmission 9, so that in this case, when the blower level i is switched on, there is no sudden increase in the boost pressure.

Nach .dem Umschalten übernimmt die Gebläsestufe i den Hauptteil der Verdichtungsarbeit, und erst allmählich wird mit wachsender Flughöhe darauf wieder die Gebläsestufe 2 durch Füllen der Kupplung 13 zur weiteren Verdichtung der Luft mit herangezogen. Reicht auch !diese Maßnahme nicht mehr zur Aufrechterhaltung .des gewünschten Ladedruckes aus, so wird durch Ausrücken der Kupplung 2o und Einrücken .der Kupplung 24 im Getriebe 9 die zweite Fahrstufe 22,23 ei.ngeschältet, welche der Gebläsestufe i eine höhere Drehzahl erteilt, und gleichzeitig wieder die Regelkupplung 113 auf größten Schlupf gestellt. Um dabei die sprunghafte Drehzahlerhöhung der Gebläsastufe i durch eine entsprechende Drehzahlherabsetzung der Gebläsestufe 2 ?Lusgleichen zu können, entspricht der Übersetzungssprung zwischen der ersten und zweiten Fahrstufe des Getriebes 9 in seiner Auswirkung auf die Förderhöhe -des Gebläses dem Schlupfbereich der Regelkupplung 13. Bei weiterem Bedarf wind ,dann auch die Kupplung i3 allmählich wieder mehr und mehr gefüllt, bis sie bei voller Füllung ihren geringsten Schlupf erreicht hat und nunmehr.bei weiterem Anwachsen der Flughöhe die Aufrechterhaltung des vollen Ladedruckes der Maschine nicht mehr länger möglich ist.After the switchover, the fan stage i takes over the main part of the compression work, and only gradually, with increasing flight altitude, is the fan stage 2 used again by filling the coupling 13 for further compression of the air. Also reaches! This measure is not more .of to maintain the desired charging pressure, so the clutch 2o and engaging .the clutch 24 in the gear 9, the second gear 22,23 ei.ngeschältet by disengaging which issued the blower level i a higher rotational speed, and at the same time the control clutch 113 is set to the greatest slip again. In order to be able to increase the speed of fan speed i suddenly by reducing the speed of fan speed 2, the gear ratio jump between the first and second gear steps of the gearbox 9 corresponds to the slip range of the control clutch 13 in its effect on the delivery height of the fan Wind, then the clutch i3 gradually filled up again until it has reached its lowest slip when fully filled and now, if the altitude increases further, it is no longer possible to maintain the full boost pressure of the machine.

je nach der verlangten Volldruckhöhe des Triebwerkes können nun außer d en ,beiden Fahrstufen 118, r9 und 22, 23 im Getriebe 9 auch noch weitere Stufen vorgesehen sein, oder es kann die Stufe 14, 15 nicht wie im Ausführungsbeispiel als Schleppgang, sondern durch ein größeres Übersetzungsverhältnis bereits als für die Verdichtung der Luft mit herangezogenem Freilaufgang ausgebildet sein, wodurch die Übersetzungsverhältnisse der Gangstufen 18, #i9 und 22, 23 ebenfalls entsprechend erhöht werden können oder in bestimmten Fällen die letztere überhaupt fortfallen kann.depending on the required full pressure height of the engine can now except d en, two speed levels 118, r9 and 22, 23 in transmission 9 also have additional levels be provided, or the step 14, 15 can not as in the embodiment as a drag gear, but by a larger gear ratio than for the compression of the air can be formed with the free flight used, whereby the gear ratios of the gears 18, # i9 and 22, 23 also correspond accordingly can be increased or in certain cases the latter cease to exist at all can.

In allen Fällen wird eine stufenlose Regelung des Ladedruckes und damit ein stetiger, den jeweils überhaupt erreichbaren Bestwerten entsprechender Verlauf der Leistungslinie des Triebwerkes vom Erdboden an bis zurVolldruckhöhe erzielt. Wesentlich ist dabei, @daß sowohl das mechanische Schaltgetriebe 9 als auch vor allem die Regelkupplung i3. jeweils nur zur Übertragung eines Teils der maximalen Verdichtungsarbeit ausreichend bemessen-zu sein brauchen, wodurch ein erheblicher Gewinn an Gewicht und Raurnbedarf des Gebläseantriebes erzielt wird.In all cases there is a stepless regulation of the boost pressure and thus a steady one, corresponding to the best values that can be achieved in each case Course of the power line of the engine from the ground up to the full pressure head achieved. It is essential that both the mechanical gearbox 9 as especially the i3 variable speed clutch. each only for the transmission of part of the maximum compaction work need to be adequately dimensioned, whereby a considerable gain in weight and space requirements of the fan drive is achieved.

In diesem Zusammenhang ist es im Sinn der Erfindung von @besornderem Vorteil, wenn der erzielte Raumgewinn wie im Ausführungsbeispiel dadurch weiter ausgenutzt wird, daß die nunmehr nur noch einen sehr geringen Raumbedarf aufweisende Gebläsestufe 2 mit ihrem Antrieb in Flugrichtung gesehen auf der linken Seite der Brennkraftmaschine, d. h. also auf der Seite des Flugzeugführers, angeordnet wird, um die Sichtverhältnisse auf dieser Seite zu verbessern. Bei zwei nebeneinanderliegend angeordneten, auf eine gemeinsame Luftschraube arbeitenden Maschinen läßt sich der anfallende Raumgewinn dadurch ausnutzen, daß die zweite Gebläsestufe jeweils auf der Innenseite der Einzelmaschine angeordnet wird, so daß beide Maschinen dadurch enger zusammengerückt werden können.In this context it is in the sense of the invention of @besornderem Advantage if the gain in space continues as in the exemplary embodiment is exploited that the now only having a very small space requirement Blower stage 2 with its drive seen in the direction of flight on the left side of the Internal combustion engine, d. H. that is, on the pilot's side, is ordered, to improve the visibility on this side. When two are next to each other arranged machines working on a common propeller can be the Take advantage of the resulting gain in space that the second blower level in each case the inside of the single machine is arranged, so that both machines thereby can be moved closer together.

Claims

PATENT CLAIMS: i.Arrive of a two-stage charging fan for internal combustion engines, in particular for aircraft engines, in which a speed converter is arranged between the fan and its drive machine, characterized in that the first fan stage, which acts as a height stage, has a change gearbox containing at least two switching stages, and the second Blower stage is driven by a continuously variable speed converter, for example a fluid control clutch, connected in parallel to the change gear in the power flow.

2. Drive according to claim i, characterized characterized in that the delivery head of the second blower stage (2) only when setting of the continuously variable speed converter (13) is just as large as the delivery head of both fan stages (ii and 2) together after the end of the setting -stepless speed converter (13) to maximum slip and switching on .der first gear (18, u9) in the gearbox (9).

3. Drive according to the claims i and 2, characterized in that: that the gear ratio jumps of the individual gear stages of the gearbox (9) correspond to the control range of the speed converter (13).

4. Drive according to claims i to 3, characterized in that the lowest Gear (i4, 15) of the gearbox containing translation with a freewheel device (17) is provided. ,

5. Drive according to Aden claims i1 to 4, characterized thereby, @ Uß the gear (14, 15) of the manual transmission containing the lowest translation is designed as a pure drag.

6. Drive according to claims i biG 5, characterized by: that on each side of a series internal combustion engine each one of the two fan stages (1, 2) with a run transverse to the machine shaft (6) wheel shaft (4 or 5) is arranged and the fan drive each via a bevel gear pair (7, 8 or 7, 10) takes place.

7. Drive according to claim 6, characterized in that , the second blower level (2) seen in the direction of flight on individual machines left side of the machine, for one of two individual machines lying next to each other existing double motor is arranged on the inner side of each single machine.