DEP0024256DA - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge, die mit einem Kreiselverdichter versehen sind, werden nur bei Vollbetrieb wirksam aufgeladen. Bei geringen oder mittleren Drehzahlen arbeitet der Verdichter nur als Mischer. Beim Beschleunigen der Maschine kommt somit die Aufladung nicht sofort zur Geltung, und das Fahrzeug ist nicht sehr lebhaft. Dagegen ist der Treibstoffverbrauch gut. Man kann jedoch einwenden, dass, wenn dabei auch die Höchstgeschwindigkeit erhöht wird, die mittlere Geschwindigkeit auf einer schwierigen Strecke nicht wesentlich vergrössert wird.

Die mit einem Kolbenverdichter (z.B. Verdichter mit hin- und hergehenden Kolben Roots'scher Drehkolbenverdichter, o.dgl.) versehenen Maschinen werden bei allen Drehzahlen in gleicher Weise aufgeladen, weil das Verhältnis der Aufladung konstant ist und nur vom Verhältnis der Drehzahl der Maschine und des Verdichters abhängig ist. Alles verläuft dann wie wenn die Maschine mit einem grösseren Zylinderinhalt arbeiten würde, und zwar mit den sich darauf ergebenden Vorteilen und Nachteilen, d.h. mit ausgezeichnetem Beschleunigen, mit grösserer Höchst- und Mittelgeschwindigkeit, aber auch mit grösserem Treibstoffverbrauch.

Man war deshalb bestrebt, die Vorteile der Aufladung beizubehalten und trotzdem eine Ersparnis zu erzielen, indem man den Verdichter erst im erforderlichen Augenblick einrückte, und zwar entweder mit Hilfe einer Kupplung oder einer Nebenleitung. Dadurch wird aber dem Fahrer eine zusätzliche Bedienung aufgedrängt, die auf einem Tourenfahrzeug nicht zulässig ist.

Eine andere Lösung der Aufgabe besteht darin, das Verhältnis der Drehzahlen der Maschine und des Verdichters veränderlicher zu gestalten. Diese Lösung ist anpassungsfähiger als die vorgenannte, jedoch ist sie dem gewöhnlichen Fahrer noch weniger zugänglich.

Es ist nun möglich, diese beiden Anordnungen derart auszubilden, dass sie selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Belastung eingreifen. Eine solche Ausführung wäre aber kostspielig und empfindlich. Ferner würde sie wahrscheinlich viel zu spät eingreifen.

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenverdichter, z.B. einem Drehkolbenverdichter mit zwei Läufern, die sich ohne Berührung ineinander abwälzen, und mit einem Umlaufrädergetriebe, dessen äusserer Zahnkranz von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und dessen Sonnenrad den Verdichter treibt, wogegen der Umlaufräderträger mit dem Fahr- oder Schaltgetriebe verbunden ist.

Die Anwendung des Umlaufrädergetriebes in Verbindung mit einem Roots'schen Verdichter räumt für den Bau dieses letzteren eine grössere Freiheit ein, weil der Überdruck nur von der Belastung des Fahrzeuges und nicht von den inneren Undichtigkeiten des Verdichters selbst abhängig ist. Entstehen grössere Undichtheiten, so läuft der Verdichter zur Erzielung dieses Überdruckes schneller um.

Auf der Zeichnung sind schematisch zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Gemäss Fig. 1 wird die Brennkraft-Maschine 1 durch einen Kolben-Verdichter 2 aufgeladen, der ein Verdichter mit hin- und hergehendem Kolben oder ein Drehkolbenverdichter sein kann. Die Aufladung wird durch die Drosselklappe 3 hinter dem Vergaser 4 gesteuert.

Auf der Kurbelwelle 5 der Maschine sitzt das Schwungrad 6, das sich im Innern des Gehäuses 7 dreht. Auf diesem Schwungrad ist ausser dem Zahnkranz 8 des Anlassers ein weiterer Zahnkranz 9 befestigt, der zu einem Umlaufrädergetriebe gehört, dessen Umlaufräder 10 symmetrische auf einem Umlaufräderträger 11 gelagert sind. Dieser durch seine Scheibe gebildete Umlaufräderträger sitzt unmittelbar auf der Welle 12, welche die Übertragungswelle des Fahrzeuges antreibt. Diese Welle 12 ist durch ein Kugellager 13 in der Kurbelwelle 5 gelagert. Sie läuft an einer weiteren Stelle des Gehäuses 7 in einem Kugellager 14.

Das Sonnenrad 15 läuft lose auf der Welle 12. Es steht mit den Umlaufrädern 10 in Eingriff und ist fest mit dem Zahnrad 16 gekuppelt, das den Verdichter 2 durch ein Ritzel 17 und zwei Kegelräder 18, 19 antreibt.

Die Zeichnung zeigt nebenbei auch die Einrückkupplung 20 mit dem Fusshebel 21, das Fahr- oder Schaltgetriebe 22 mit dem Schalt-Hebel 23 und schliesslich auch den Gashebel 24.

Die Arbeitsweise ist folgende:

Es wird vorausgesetzt, dass die Maschine in einem gegebenen Augenblick mit einer Geschwindigkeit (Omega) läuft, während die Welle 12 sich mit einer Geschwindigkeit (Omega') dreht. Die Geschwindigkeit (Omega'') des Sonnenrades 15 wird dann in Abhängigkeit von (Omega) und (Omega') und von den jeweiligen Abmessungen der Teile 15 und 10, sowie von der Geschwindigkeit K (Omega'') des Verdichters bestimmt, wobei K das Übersetzungsverhältnis bedeutet, das stets grösser ist als 1.

Für einen normalen Betrieb müssen die Belastungen des Verdichters und des Fahrzeuges zueinander in einem ganz bestimmten Verhältnis stehen. Einer bestimmten Belastung des Verdichters entspricht auch ein bestimmter Überdruck und eine bestimmte Aufladung.

Zwei Faktoren können durch ihre Veränderung das Gleichgewicht stören, und zwar die Belastung des Fahrzeuges (Welle 12) und die Öffnungsweite der Drosselklappe 3.

Steigt die Belastung des Fahrzeuges, so sinkt die Geschwindigkeit (Omega') der Welle 12. Die Geschwindigkeit K (Omega'') des Verdichters steigt, ebenso das Verhältnis K (Omega'')/(Omega), und deshalb auch das Verhältnis der Aufladung. Das Drehmoment der Maschine wächst im gleichen Verhältnis. Jedoch wächst das gegenläufige Moment des Verdichters, das im Verhältnis zum Überdruck steht, viel schneller und eine neue Ausgleichslage mit einem höheren Motordrehmoment und einem neuen Aufladungsverhältnis stellt sich rasch ein.

Wird die Klappe 3 weiter geöffnet, so wächst das Motordrehmoment. Die beiden angetriebenen Wellen laufen schneller bis zu dem Augenblick, wo bei ein höheres gegenläufiges Moment entgegenstellen.

Im besonderen Falle, wo die Belastung des Fahrzeuges ganz verschwindet, verschwindet auch das gegenläufige Moment des Verdichters. In diesem Augenblick läuft der Verdichter mit einer solchen Geschwindigkeit, dass dessen Leistung in einer gegebenen Zeit gleich ist derjenigen der Maschine.

Es ist ersichtlich, dass hier eine Ähnlichkeit besteht mit dem Verhalten eines Asynchronmotors, der dann synchron läuft, wenn die Belastung gleich Null wird. Diese Umlaufgeschwindigkeit des Verdichters kann als Synchrongeschwindigkeit bezeichnet werden.

Wirkt die Welle 12 treibend, z.B. beim Talfahren, so läuft der Verdichter in Bezug auf die Maschine noch langsamer, und hat dann das Bestreben, in der Verbindungsleitung zwischen sich und der Maschine einen Unterdruck zu erzeugen. Die Saugwirkung des Verdichters an der Stelle der Spritzdüse für den Leerlauf (Klappe 3 geschlossen) wird dann geringer sein als bei gänzlicher Abwesenheit des Verdichters. Der Treibstoffverbrauch wird somit vermindert.

Hierzu ist einzuwenden, dass es nicht möglich ist, die Einrückkupplung 20 an das Schwungrad heranzurücken, wie dies bei sonstigen Anordnungen der Fall ist.

Durch eine besondere Anordnung kann nun aber diese Kupplung beseitigt werden. Man verbessert dann die Anpassungsfähigkeit und das allmähliche Eingreifen dieser Kupplung, indem man die Reibung zwischen festen Körpern durch eine Reibung zwischen gasförmigen Körpern ersetzt.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 2 ist die Einrückkupplung beseitigt und das Fahr- und Schaltgetriebe 25 ist unmittelbar an das Gehäuse 7 angeschlossen. 12 ist dann die treibende Welle dieses Schaltgetriebes. Die Saug- und die Druckleitung des Verdichters sind durch einen Krümmer 26 kurzgeschlossen, in dem eine Drosselklappe 27 angeordnet ist. Letztere wird durch einen Fusshebel 28 betätigt, der dann den Fusshebel der Kupplung ersetzt. Die ausgerückte Lage entspricht der ganz geöffneten Klappe, die eingerückte Lage dagegen der geschlossenen Klappe. Es ist ersichtlich, dass bei ganz geöffneter Klappe 27, abgesehen von den Reibungen, vor und hinter dem Verdichter der gleiche Druck herrscht. Dadurch wird also das gegenläufige Moment des Verdichters praktisch beseitigt, und trotzdem können die von der Klappe 3 eingestellten Gase in die Brenn-Kraftmaschine gelangen. Das Umlaufrädergetriebe besitzt keinen Stützpunkt mehr, und die Welle 12 wird durch ein sehr schwaches Gegen-Moment stillgesetzt. Das allmähliche Schliessen der Klappe 27 bewirkt auch ein sehr allmähliches Anwachsen der Reibungen und somit ein Grösserwerden des Unterschiedes zwischen den

Drücken vor und hinter dem Verdichter, also auch des Gegenmomentes dieses Verdichters, bis schliesslich das Einrücken stattfindet. Dieses Einrücken kann in der gewünschten Weise sanft oder hart einsetzen.

Da nun ohne Betätigung der Gasklappe 3 das Motordrehmoment zwischen gewissen Grenzen in Abhängigkeit von der Belastung wächst, so stellt die Anordnung einen selbsttätigen Momentumwandler dar. Es wird dadurch möglich, z.B. ein dreigängiges Schaltgetriebe durch ein zweigängiges Getriebe zu ersetzen, das dann in der Lage ist, sich allen Verhältnissen anzupassen. In diesem Fall kann man das übliche Getriebe mit verschiebbaren Kupplungsmuffen beibehalten. Da aber ein Gang für das Zurückfahren vorgesehen werden muss, so sind doch zwei Muffen erforderlich, wogegen man mit nur einem Umlaufrädergetriebe die beiden Gänge für das Vorwärtsfahren und den einen Gang für das Rückwärtsfahren erzielt. Die neue Vorrichtung bietet mehrere Vorteile. Zunächst wird eine bessere Zusammenstellung der Getriebe bewirkt, und es wird möglich, bei der Anordnung nach Fig. 1 die Einrückkupplung an einer bequemen Stelle vorzusehen und sie gegebenenfalls mit der pneumatischen Kupplung gemäss Fig. 2 zu vereinigen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einem Kolbenverdichter, insbesondere Drehkolbenverdichter mit zwei sich ohne gegenseitige Berührung ineinander abwälzenden Läufern, gekennzeichnet durch ein Umlaufrädergetriebe, dessen äusserer Zahnkranz durch die Brennkraft-Maschinenwelle angetrieben wird und dessen Sonnenrad den Verdichter treibt, während der Umlaufräderträger mit der Fahr- oder Schaltgetriebewelle treibend fest verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibungskupplung zwischen den Umlaufräderträger und das angetriebene Fahr- und Schaltgetriebe eingeschaltet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saug- und die Druckleitung des Verdichters durch einen Krümmer kurz geschlossen sind in dem eine Drosselklappe angeordnet ist.