EP0148230A1

EP0148230A1 - Vorrichtung zur entspannung unter druck stehender, pulsierender abgasse, vorzugsweise eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: EP0148230A1
Application number: EP84902580A
Authority: EP
Inventors: Oskar Dr.-Ing. Schatz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-02
Filing date: 1984-07-02
Publication date: 1985-07-17
Also published as: JPS60501768A; WO1985000404A1; US4704868A; DE3323959A1; BR8406961A

Description

Vorrichtung zur Entspannung unter Druck stehender, pulsierender Abgase, vorzugsweise eines Verbrennungs¬ motors.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entspannung unter Druck stehender, pulsierender Abgase, vorzugsweise eines Verbrennungsmotors, mit mindestens einer Entspan¬ nungskammer und einem in der Entspannungskammer oszil¬ lierenden Kolben, sowie einem mit dem Kolben verbundenen Abtrieb.

Bei vielen technischen Prozessen fallen unter Druck ste¬ hende Abgase an, die bisher meist ungenutzt entweichen, weil der erforderliche apparative Aufwand zur wirtschaft- liehen Nutzung dieser meist geringwertigen Energie zu kostspielig ist. Ein Beispiel für die heute bereits praktizierte Nutzung von Abgasenergie stellen abgasbe¬ triebene Lader zur Förderung der Ladeluft bei Verbren¬ nungsmotoren dar. Bei Verbrennungsmotoren fallen die unter Druck stehen¬ den Abgase in pulsierender Form an. Bei unter konstan¬ tem Druck stehenden Abgasen können durch einen Zerhacker Druckwellen erzeugt werden.

Zur Nutzung der unter Druck stehenden, pulsierenden Ab¬ gase sind oszillierende, entweder linear schwingende oder drehschwingende Kolben relativ billig, erfordern aber einen hohen Regelaufwand, damit die Abgasenergie nur antreibend, nicht aber bremsend wirksam wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich¬ tung der anfangs genannten Art so auszugestalten, daß die Kostenvorteile oszillierender Kolben ohne aufwendi- ge Regelungseinrichtung ausgenützt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Abtrieb eine Richtungskupplung enthält, die derart gerichtet ist, daß sie eine Kup lungsVerbindung in der der Abgas- entspannung entsprechenden Bewegungsrichtung herstellt, und daß dem Kolben eine entgegen der Entspannungsrich- tung der Abgase wirkende Rückstelleinrichtung zugeord¬ net ist.

Durch diese Konstruktion wird ohne besonderen regelungs¬ technischen Aufwand der Abtrieb stets nur in der ge¬ wünschten Abtriebsrichtung mit der Entspannungsenergie beaufschlagt. Da wegen der Richtungskupplung die Rück¬ stellbewegung des Kolbens nicht direkt vom angetrie- benen Verbraucher aus veranlaßt werden kann, ist die Vorrichtung mit einer Rückstelleinrichtung versehen. Dabei kann es sich z.B. um eine Rückstellfeder handeln, oder es kann eine abwechselnd gegensinnige Abgasbeauf¬ schlagung des Kolbens oder der Kolben vorgesehen sein.

Bei einer Vorrichtung mit mindestens zwei gegensinnig mit Abgas beaufschlagbaren Entspannungskammern besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß jeder Ent¬ spannungsrichtung eine Richtungskupplung zugeordnet ist und beide Richtungskupplungen mittels einer Reversierein- richtung zu gleichsinnigem Abtrieb verbunden sind.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs¬ beispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine als Entspanner-Lader für Verbrennungsmotoren ausgebildete, erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schwingflügelbauform, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung mit einfachwirken¬ dem, linear beweglichen Kolben und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer der

Variante nach Fig. 2 ähnlichen Ausführungs- form mit doppeltwirkendem Kolben und einer

Reversiervorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 10, welches zwei im Querschnitt jeweils sektorförmige Kammern 12 und 14 umschließt, die mit ihrer Spitze gegeneinander gewandt sind und im Bereich der Sektorenspitzen gegen eine zentrale, im Gehäuse 10 gelagerte Walle 16 geöffnet sind, so daß mit der Welle 16 verbundene, als drehschwingende Kolben dienen¬ de Flügel 18 und 20 in radialer Richtung die Kammern 12 bzw. 14 bis zu deren zur Welle 16 konzentrisch ver¬ laufender Außenwand 22 bzw. 24 durchqueren können. Durch diese Flügel 18 und 20 werden die Kammern 12 bzw. 14 in jeweils zwei Teilkammern 12a und 12b bzw. 14a und 14b unterteilt. Die Teilkammern 12a und 12b bzw. 14a und 14b können durch einen sehr engen Spalt oder durch geeignete Dichtungen an den radial außen¬ liegenden Enden der Flügel 18 bzw. 20 voneinander ge¬ trennt sein.

Jede der Teilkammern .12a, 12b, 14a und 14b is mit min¬ destens einem Strömungsmittelanschluß 26, 28, 30, 32 versehen, der so angeordnet ist, daß die Verbindung mit der jeweils zugeordneten Teilkammer während des ge¬ samten Schwinghubs der Flügel 18 und 20 erhalten bleibt.

Jeweils zwei Kammern, im gezeigten Beispiel also die Kammern 12 und 14, sind paarweise einander zugeordnet, wobei die eine Kammer, z.B. die Kammer 12, mit den heißen Abgasen aus dem Brennraum des Motors beauf- schlagt wird, während die andere Kammer, also z.B. die Kammer 14, mit der dem Brennraum zuzufügrenden Lade¬ luft beaufschlagt wird. Da abwechselnd entweder die Teilkammern 12a oder 12b ihr Volumen vergrößern und zugleich abwechselnd die Teilkammern 14a oder 14b ihr Volumen verringern, wird abwechselnd die eine oder andere der Teilkammern 12a oder 12b, nämlich die je¬ weils ihr Volumen vergrößernde Teilkammer, mit dem

O WI Brennraum, die andere Teilkammer dagegen mit dem Aus¬ puffSystem, und die jeweils ihr Volumen vegrößernde der beiden Teilkammern 14a und 14b mit dem Luftansaug¬ system, die andere Teilkammern dagegen mit dem Brenn- räum verbunden. Die jeweils ihr Volumen vergrößernde Teilkammer 12a oder 12b dient jeweils als Entspannungs¬ kammer, so daß also der Flügel 18 abwechselnd in der einen oder der anderen Richtung mit zu entspannendem Abgas beaufschlagt wird. Diese doppeltwirkende Anord- nung dient zugleich als Rückstelleinrichtung, weil in Bezug auf den Entspannungshub des Flügels 18 in der einen Richtung der Entspannungshub in der anderen Rich¬ tung eine Rückstellbewegung des Flügels 18 darstellt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine mechanische Verbindung zwischen der Welle 16 und der schematisch dargestellten Abtriebsseite 25 des zu ladenden Motors in Form eines Bandtriebs 34 vorge¬ sehen. Dabei ist der mechanische Abtrieb mit einer Richtungskupplung in Form eines insgesamt mit 36 be¬ zeichneten Freilaufs versehen, dessen Außenring 38 statt über den Bandtrieb 34 beispielsweise auch über ein Zahnradgetriebe mit der Abtriebsseite 25 des Motors verbunden sein kann.

Dadurch kann die Bewegung der Flügel 18 und 20 in stets gleihbleibender Drehrichtung auf die Abtriebs¬ seite des Motors übertragen werden. Wenn die Winkel¬ geschwindigkeit des Laders in der ausgewählten Dreh- richtung größer ist als die Winkelgeschwindigkeit des mit der Motorabtriebsseite 25 verbundenen Teils des Abtriebs, wirkt die Vorrichtung als EntSpanner und es wird durch die Abgasentspannung gewonnene Kraft auf den Motorabtrieb übertragen.

Man kann ähnlich wie bei Fig. 3 auch eine Reversier- Vorrichtung vorsehen, um die Abgasenergie beider Rich¬ tungen der Oszillationsbewegung der Laderwelle 16 auf die Abtriebsseite des Motors zu übertragen.

Die Fig. 2 zeigt einen Entspanner in Flachkolbenbau¬ weise, d.h. mit im Vergleich zum Kolbendurchmesser geringem Kolbenhub und ebenso geringer Ausdehnung des Kolbens in Hubrichtung. Dies wird durch eine außerhalb der Entspannungskammer 40 bei 42 geführte, mit dem Kolben 44 verbundene Kolbenstange 46 erreicht. Die Kolbenstange 46 ist in Entspannungsrichtung durch eine als Rückstelleinrichtung dienende Feder 48 abgestützt. Die Entspannungskammer 40 ist mit einem Abgaseinlaß 50 und einem Abgasauslaß 52 versehen. Die Kolbenstange 46 ist mit einem Zahnstangenprofil 54 ausgestattet, das mit einem Zahnrad 56 in Eingriff steht, das über eine Welle 57 mit dem Innenring 59 eines Freilaufs 58 in Verbindung steht, dessen Außenring 61 über z.B. einen Bandtrieb 63 mit einem Abtriebsrad 65 verbunden ist, das auf einer Abtriebswelle 60 sitzt. Der Freilauf 58 überträgt als Richtungskupplung den Entspannungshub auf die Abtriebswelle 60, nicht dagegen die durch die Feder 48 bewirkte Rückstellbewegung des Kolbens 44.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante zur Flachkolbenbauform nach Fig. 2, bei welcher ähnlich wie in Fig. 1 der Kolben 44 in beiden Hubrichtungen mit Abgas beauf¬ schlagt werden kann. Während bei der Variante nach Fig. 2 die Entspannungskammer 40 durch ein topfförmi- ges, in Entspannurigsrichtuhg geöffnetes Gehäuse 62 und den diese Öffnung abdeckenden Kolben 44 begrenzt wird, ist bei der Variante nach Fig. 3 ein allseits geschlossenes Gehäuse 64 vorgesehen, das der Kolben

66 in zwei gegensinnig zu beaufschlagende Entspannungs- kammern 68 und 70 unterteilt. Während in Fig. 2 das Gehäuse mit zwei Strδmungsmittelanschlüssen, nämlich einem Abgaseinlaß ^• . und einem Abgasauslaß versehen ist, ist das Gehäuse 64 in Fig. 3 mit vier Strömungs¬ mittelanschlüssen versehen, die paarweise auf beide Entspannungskammern 68 und 70 verteilt sind, nämlich- Abgaseinlässe 76 bzw. 78 und Abgasauslässe 80 bzw. 82. Die Kolbenstange 67 ist außerhalb des Gehäuses 64 bei 84 geführt und nun an zwei einander gegenüberlie¬ genden Seiten mit je einem Zahnstangenprofil 86 bzw. 88 versehen. In das Zahnstangenprofil 86 greift ein Ritzel 90 und in das Zahnstangenprofil 88 ein Ritzel 92 ein. Die Ritzel 90 und 92 sind jeweils drehfest mit paral- lelen Wellen 94 bzw. 96 verbunden, die ihrerseits dreh¬ fest jeweils den Innenring 98 bzw. 100 von Freiläufen 102 bzw. 104 tragen. Die zugehörigen Außenringe 106 bzw. 108 sind als Zahnkränze ausgbildet und stehen mit einem gemeinsamen Abtriebsrad 110 in Eingriff. Die Freiläufe 102 und 104 sind zur Kraftübertragung im gleichen Drehsinn ausgelegt, z.B. in Fig. 3 im Uhr¬ zeigersinn.

Wird die Entspannungskammer 68 mit Abgas beaufschlagt und wird dadurch der Kolben 66 nach unten bewegt, wird das linke Ritzel 90 im Uhrzeigersinn angetrieben,

OM **NA das rechte Ritzel 92 dagegen entgegen dem Uhrzeiger¬ sinn. Damit wird die Bewegung des Ritzels 90 über den Freilauf 102 auf das Abtriebsrad 110 übertragen, wäh¬ rend die gegenläufige Bewegung des Ritzels 92 nur bis zum Innenring 100 des Freilaufs 104 übertragen wird, dessen Außenring 108 lose mit der Bewegung des Abtriebs¬ rades 110 mitläuft und sich im Uhrzeigersinn, also entgegen der auf das Ritzel 92 übertragenen Bewegung dreht. Wird nun anschließend die Entspannungskammer 70 beaufschlagt, dreht sich das Ritzel 92 bei der

Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 67 im Uhrzeigersinn, während das Ritzel 90 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt wird. Damit wird nun die Bewegung des Ritzels 92 über den Freilauf 104 auf das Abtriebsrad 110 übertragen, das somit weiter im Uhrzeigersinn angetrieben wird, während der Außenring des Freilaufs 102 lose mitläuft.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Entspannung unter Druck stehen¬ der, pulsierender Abgase, vorzugsweise eines Verbren¬ nungsmotors, mit mindestens einer Entspannungskammer und einem in der Entspannungskammer oszillierenden Kolben, sowie einem mit dem Kolben verbundenen Abtrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtrieb (16, 24; 46, 60; 67, 110) eine Richtungskupplung (36; 58; 102, 104) enthält, die derart gerichtet ist, daß sie eine Kupp¬ lungsverbindung in der der Abgasentspannung entspre- chenden Bewegungsrichtung herstellt, und daß dem Kol¬ ben (18, 20; 44; 66) eine entgegen der Entspannungs¬ richtung der Abgase wirkende Rückstelleinrichtung (48) zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens zwei gegensinnig mit Abgas beaufschlagbaren Entspannungs¬ kammern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Entspannungs¬ richtung eine Richtungskupplung (102, 104) zugeordnet ist und beide Richtungskupplungen (102, 104) mittels einer Reversiereinrichtung (86,88, 90, 92, 110) zu gleichsinnigem Abtrieb verbunden sind.