EP0286931A1 - Freilaufender Druckwellenlader - Google Patents

Freilaufender Druckwellenlader Download PDF

Info

Publication number
EP0286931A1
EP0286931A1 EP88105337A EP88105337A EP0286931A1 EP 0286931 A1 EP0286931 A1 EP 0286931A1 EP 88105337 A EP88105337 A EP 88105337A EP 88105337 A EP88105337 A EP 88105337A EP 0286931 A1 EP0286931 A1 EP 0286931A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
shaft
electric motor
pressure wave
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP88105337A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Publication of EP0286931A1 publication Critical patent/EP0286931A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/42—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with driven apparatus for immediate conversion of combustion gas pressure into pressure of fresh charge, e.g. with cell-type pressure exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the present invention relates to a free-running pressure wave supercharger for an internal combustion engine, with a rotor housing, one end of which is closed by a gas housing with an exhaust gas inlet channel for the supply of high pressure gas to a cell rotor and with an exhaust channel for the discharge of low pressure gas from the cell rotor and the other end side is completed by an air housing with an air intake duct for the supply of low-pressure air into said cell rotor and with a charge air duct for the supply of the charge air compressed in the cell rotor into the internal combustion engine, the air housing having a bearing device for the rotor shaft of the cell rotor.
  • Such additional devices are automatically acting actuating devices for the charge air flap in the charge air line together with a sniffer valve, through which the engine, which works as a naturally aspirated engine in this cold start phase, draws the combustion air directly from the ambient air.
  • a sniffer valve through which the engine, which works as a naturally aspirated engine in this cold start phase, draws the combustion air directly from the ambient air.
  • this snifting valve is opened by the engine in time with the changing intake pressures or is forcibly kept open by a member dependent on the charge air flap and possibly kept locked in the closed position when the charge air flap is open, that is to say in charger operation.
  • the charge air flap is preferably actuated by pneumatic servo devices, e.g. Membrane cans which are acted upon by pressure differences of physical quantities relevant for the pressure wave process and which open the charge air flap when the intensity required for correct operation is reached and keep them open for the duration of the charger operation.
  • jump start devices such as the aforementioned charge air flap automatic, for positively driven pressure wave loaders and the problems associated with the operation of an internal combustion engine charged by pressure wave loaders in the starting phase, especially when the engine is cold, can be found in EP patent specifications 0 028 745, 014 269 and 0 020 791, US Pat. Nos. 4,154, 060 and 4, 368,708 and in DE-PS 26 31 257 of the applicant.
  • a free-running pressure wave charger driven by the gas forces of the internal combustion engine is known, for example, from the applicant's European Patent Application No. 87101608.5.
  • the cell rotor In the case of free-running pressure wave loaders, the cell rotor is driven partly by the nozzle-like design of main and auxiliary channels in the gas and air housing and partly by inclined or curved parts of the cell walls in the entry area of the rotor cells.
  • Tests have shown that the behavior of free-running pressure wave loaders when the engine is warm in stationary operation and also during load changes satisfies all the requirements required for road vehicles. In these operating conditions, they show the same advantages compared to exhaust gas turbochargers as pressure wave superchargers that are inevitably driven by the engine, among other things. namely the practically instantaneous response to an increased fuel supply when the load increases.
  • the present invention arose from the object of avoiding the above-described disadvantageous behavior of a free-running pressure wave charger for charging internal combustion engines in the cold start phase.
  • the rotor must therefore be accelerated from a standstill to a high speed, for example in the range from 4800 to 6000 rpm. It has been experimentally proven that even at much lower rotor speeds, e.g. From around 3000 rpm, a cold engine without a start valve or automatic charge air flap can be started without any problems. When starting the vehicle, however, white smoke briefly occurs at this low rotor speed. However, operation is flawless from the higher speed range mentioned, in which the recirculation of exhaust gas into the engine is reduced to acceptably low values.
  • an electric motor that brings the rotor into the mentioned speed range, that is to about 5000 rpm, in 1 to 1.5 seconds before the engine starts.
  • the preheating time is definitely sufficient to accelerate the rotor up to this speed range before starting.
  • the experiments mentioned were carried out with a ceramic rotor.
  • a stronger electric motor than that used in the experiments mentioned is required.
  • a number of suitable, permanently excited DC motors are available on the market for connection to standard vehicle batteries.
  • the free-running pressure wave charger according to the invention is characterized in that an electric motor is attached to the air housing and that a coupling is present between the shaft of the electric motor and the free end of the rotor shaft, which, when the electric motor is switched on and the drive energy of the gas flow is insufficient, provides a drive connection between the shaft of the electric motor and the rotor shaft.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of the pressure wave charger.
  • a rotor housing 1 surrounds a conventional cell rotor 2, consisting of a number of rotor cells 3 distributed uniformly over the circumference, which are delimited on the outside by a shroud 4 and on the inside by a hub tube 5.
  • An air housing 6 is flanged to the rotor housing 1 on the left-hand side, and a gas housing 7 is flanged to the right.
  • the rotor 2 is rigidly connected to a rotor shaft 8, which is mounted in the air housing 6 and can be brought into and out of a drive connection via a coupling 9 with an electric motor 10.
  • the ambient air to be compressed is sucked into the rotor cells 3 via an air intake duct 11 and low-pressure air ducts 11 ⁇ in the air housing 6 and, after compression therein, is supplied to an internal combustion engine, not shown, via high-pressure air ducts and a charge air duct 12.
  • the exhaust gases coming from the engine enter the rotor cells 3 through an exhaust gas inlet duct 13 and high pressure gas ducts (not shown) in the gas housing 7 and leave them through low pressure gas ducts 14 ⁇ and an exhaust duct 14.
  • connection of the cell rotor 2 to the shaft 8 and its mounting in the air housing 6 is the same up to the corresponding coupling 9a, 9b according to FIG. 2 or FIG. 3 between the shaft 8 and the electric motor 10a or 10b.
  • the rotor 2 is seated with a hub sleeve 15, which is connected to the hub tube 5 by ribs 16, on a cylindrical pin 8 ⁇ of the shaft 8, a screw 17 frictionally bracing the shaft 8 against the hub sleeve 15 via a disk 18.
  • the rest of the shaft 8, that is, the journal 8 ⁇ , is in two ball bearings 19, 20 mounted within a bearing sleeve 21 which is firmly clamped in the air housing 6 at the end of the air housing 6 facing the rotor 2.
  • the bearing bush 21 has a collar 22, which is supported via a spacer ring 23 against the flat, rotor 2 facing end face of the air housing 6, in which the control edges of the low-pressure air channels 11 ', not shown, for the supply of ambient air into the rotor cells and not High pressure air channels shown for the discharge of the compressed charge air from the cells 3 to the engine.
  • the part of the bearing bush 21 located in the shaft space 24 of the air housing is provided with an external thread 25 for a ring nut 26 which rigidly clamps the bearing bush 21 in the air housing 6.
  • a commercially available freewheel overrunning clutch of any known type in the embodiment shown one with cylindrical bearing needles or rollers as clamping bodies 27, which run directly without an inner ring on the stub shaft 28 of the electric motor and with a driving electric motor are taken along by this stub shaft in the circumferential direction and thereby jam in a clamping gap formed by the stub shaft and by obliquely to the circumferential direction of the outer ring 29 clamping gap. Since the outer ring 29 sits with a press fit in the bore 30 of the shaft 8, it takes the shaft 8 and thus also the cell rotor 2 with the speed of the electric motor 10a.
  • the outer ring 29 leads ahead of the shaft of the electric motor, as a result of which the clamping bodies 27 are released from the clamping gaps and, as a result, the rotor is freewheeling only from exhaust gases from the internal combustion engine alone is driven.
  • the freewheel overrunning clutch 9a described above requires very little installation space due to the lack of an inner ring and therefore allows a compact, space-saving construction of the air housing and thus of the entire pressure wave charger.
  • other types of freewheel overrunning clutches are suitable for this purpose, for example those with inner rings and on these instead of the outer ring provided clamping surfaces, those with tilting bodies as clamping bodies and possibly adapted to this purpose locking mechanism u. the like
  • the clutch is a cone friction clutch, the hollow cone surface in the rotor shaft 8 and the outer cone surface on the stub shaft 31 of a sliding armature motor 10b of a known type being provided.
  • the clutch friction linings 34 and 35 of the concave clutch half 32 and the convex clutch half 33 are disengaged below the shaft axis and shown above the shaft axis in the engaged state.
  • the conical friction clutch 9b has the advantage that, when the engine is switched off, there is no relative movement between the clutch parts and therefore only a slight abrasion could occur in the long run.
  • the service life of the clutch should therefore reach or even exceed that of an internal combustion engine. Should this not be the case with a high number of starts, re-fitting the coupling parts would not be a problem because of the easily removable electric motor.
  • adjusting elements, for example on one or both coupling parts axially screwable intermediate links are provided to compensate for excessive clutch wear.
  • the rolling bearings of the electric motor could be damaged by the shocks caused by the internal combustion engine and bumps in the road. These stresses can cause plastic deformations on the roller bearing elements. It could therefore be expedient to let the electric motor lag behind the rotor of the pressure wave charger at a more or less high speed during the entire operating time of the internal combustion engine. This gives the more favorable stress conditions of a rotating bearing.
  • the electric motor is then expediently operated at a speed from which it can quickly accelerate the supercharger rotor at idle to a speed at which the internal combustion engine cannot die due to excessive recirculation. It can then also be used to support the turning of the loader rotor when the load increases rapidly.
  • means for quickly braking its armature can be provided on the electric motor.
  • a polarity reversal of the armature current or brake magnets can be provided on the electric motor.

Abstract

Am Luftgehäuse (6) eines freilaufenden Druckwellenladers für eine Verbrennungskraftmaschine ist ein Elektromotor (10a) angeflanscht, dessen Welle (28) über eine Freilaufüberholkupplung (9a) mit Klemmrollen (27) als Klemmkörpern mit der Rotorwelle (8) in Wirkverbindung steht. Zum Starten einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine beschleunigt der Elektromotor (10a), bei einem Dieselmotor z.B. während der kurzen Vorglühzeit, den Zellenrotor (2) auf eine Drehzahl, die sofort nach dem Anspringen des Dieselmotors einen funktionierenden Druckwellenprozess gewährleistet. Der Zellenrotor (2) wird dann durch die Abgase des Dieselmotors weiter hochbeschleunigt und löst sich dann aus der Antriebsverbindung mit dem inzwischen stillgesetzten Elektromotor (10a).

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen freilaufenden Druck­wellenlader für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Rotorgehäuse, dessen eine Stirnseite von einem Gasgehäuse mit einem Abgaseinlasskanal für die Zufuhr von Hochdruckgas zu einem Zellenrotor und mit einem Auspuffkanal für die Abfuhr von Niederdruckgas aus dem Zellenrotor abgeschlossen ist und dessen andere Stirnseite von einem Luftgehäuse mit einem Luftan­saugkanal für die Zufuhr von Niederdruckluft in den genannten Zellenrotor und mit einem Ladeluftkanal für die Zufuhr der im Zellenrotor verdichteten Ladeluft in die Verbrennungskraft­maschine abgeschlossen ist, wobei das Luftgehäuse eine Lagerein­richtung für die Rotorwelle des Zellenrotors aufweist.
    • STAND DER TECHNIK
  • Bei Druckwellenladern, die als Aufladeaggregate für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren dienen, besteht allgemein das Problem, dass ein Anfahren unter Last unmittelbar nach einem Kaltstart nur mit einer Zusatzeinrichtung möglich ist, die es gestattet, den Motor in dieser Phase so lange als Saugmotor zu betreiben wie der Druckwellenprozess wegen fehlender Stärke des Abgasan­gebots noch nicht einwandfrei funktionieren kann.
  • Solche Zusatzeinrichtungen sind automatisch wirkende Betäti­gungseinrichtungen für die Ladeluftklappe in der Ladeluftlei­tung zusammen mit einem Schnüffelventil, durch das der in dieser Kaltstartphase als Saugmotor arbeitende Motor die Ver­brennungsluft direkt aus der Umgebungsluft bezieht. Dieses Schnüffelventil wird bei geschlossener Ladeluftklappe durch den Motor im Takt der wechselnden Ansaugunterdrücke geöffnet oder zwangsweise durch ein von der Ladeluftklappe abhängiges Glied offen gehalten und eventuell bei offener Ladeluftklappe, also im Laderbetrieb, in der geschlossenen Stellung verriegelt gehalten. Die Betätigung der Ladeluftklappe erfolgt vorzugs­weise durch pneumatische Servoeinrichtungen, z.B. Membrandosen, die durch Druckunterschiede von für den Druckwellenprozess massgeblichen physikalischen Grössen beaufschlagt werden und bei Erreichen der für das einwandfreie Arbeiten erforderlichen Intensität dieser Grössen die Ladeluftklappe öffnen und während der Dauer des Laderbetriebs offen halten.
  • Das vorstehend Gesagte gilt sowohl für Druckwellenlader mit Proportionalantrieb, die vom Motor zwangsläufig mit konstantem Uebersetzungsverhältnis, vorzugsweise durch einen Riemenantrieb, angetrieben werden, als auch für freilaufende Druckwellenlader, die unabhängig von der Motordrehzahl durch die kinetische Energie der Abgase angetrieben werden. Freilaufende Druck­wellenlader bieten gegenüber solchen mit Proportionalantrieb den Vorteil, dass sie eine grössere Freizügigkeit der Anordnung im Motorraum bieten, da sie nur mit dem Abgassammler verbunden sind, dessen Plazierung innerhalb der vorgegebenen Platzver­hältnisse einen gewissen Spielraum zulässt. Die Einbaulage eines vom Motor zwangsläufig angetriebenen Druckwellenladers ist dagegen, zumindest bei einem Riemen-, Ketten- oder Zahnrad­antrieb, auf einen ziemlich engen Bereich um die Antriebs­elemente für die Hilfsaggregate herum eingeschränkt.
  • Beschreibungen von Starthilfseinrichtungen, wie der erwähnten Ladeluftklappenautomatik, für zwangsläufig angetriebene Druck­wellenlader sowie der Probleme, die beim Betrieb eines durch Druckwellenlader aufgeladenen Verbrennungsmotors in der Start­phase, speziell bei kaltem Motor, verbunden sind, findet man in den EP-Patentschriften 0 028 745, 0 014 269 und 0 020 791, den US-Patentschriften 4,154, 060 und 4, 368,708 sowie in der DE-PS 26 31 257 der Anmelderin.
  • Ein freilaufender, durch die Gaskräfte des Verbrennungsmotors angetriebener Druckwellenlader ist beispielsweise aus der Europäischen Patentanmeldung Nr. 87101608.5 der Anmelderin bekannt.
  • Bei freilaufenden Druckwellenladern erreicht man den Antrieb des Zellenrotors teils durch düsenartige Ausbildung von Haupt­und Hilfskanälen im Gas- und im Luftgehäuse und teils durch schräge oder gekrümmte Partien der Zellenwände im Eintritts­bereich der Rotorzellen. Versuche haben gezeigt, dass das Verhalten freilaufender Druckwellenlader bei warmem Motor im stationären Betrieb und auch bei Lastwechseln allen bei Strassenfahrzeugen verlangten Anforderungen genügt. Sie zeigen in diesen Betriebszuständen gegenüber Abgasturboladern die gleichen Vorteile wie durch den Motor zwangsläufig angetriebene Druckwellenlader, u.a. namentlich das praktisch verzögerungs­freie Ansprechen auf eine vergrösserte Kraftstoffzufuhr bei Lastzunahmen.
  • Nachteilig ist jedoch bei einem freilaufenden Druckwellenlader, dass nach dem Anlassen eines kalten Motors nicht gleich die volle Leistung beim Anfahren eines Fahrzeuges zur Verfügung steht. Das Abgasangebot des Motors reicht in dieser Phase nicht aus zum gewünschten schnellen Hochdrehen des Rotors aus dem Stillstand. Besonders bei gegossenen Ausführungen desselben aus Eisenwerkstoffen und selbst bei Rotoren aus spezifisch leichteren Keramikwerkstoffen und dementsprechend kleinerem Trägheitsmoment erhöht sich seine Drehzahl nach einem Kaltstart nicht so schnell, dass er den für eine volle Leistung des Motors erforderlichen Ladeluftstrom sofort liefern kann.
    • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung entstand aus der Aufgabe, das vor­stehend beschriebene nachteilige Verhalten eines freilaufenden Druckwellenladers für die Aufladung von Verbrennungsmotoren in der Kaltstartphase zu vermeiden. Das bedeutet, dass der Rotor des Laders bereits unmittelbar vor dem Starten des Motors die für einen funktionierenden Druckwellenprozess erforderliche Drehzahl erreicht haben muss. Der Rotor muss also vor dem Starten aus dem Stillstand auf eine hohe Drehzahl, etwa im Bereich von 4800 bis 6000 U/min, beschleunigt werden. Versuchs­mässig wurde nachgewiesen, dass auch schon bei wesentlich tieferen Rotordrehzahlen, z.B. ab etwa 3000 U/min, ein kalter Motor ohne Startventil oder automatische Ladeluftklappe pro­blemlos gestartet werden kann. Beim Anfahren des Fahrzeugs tritt jedoch bei dieser tiefen Rotordrehzahl kurzzeitig Weiss­rauchbildung auf. Ab dem genannten höheren Drehzahlbereich, bei dem auch die Rezirkulation von Abgas in den Motor auf annehmbar tiefe Werte reduziert ist, ist der Betrieb aber einwandfrei.
  • Wünschbar ist demnach ein Elektromotor, der den Rotor vor dem Start des Motors in 1 bis 1,5 Sekunden in den erwähnten Drehzahlbereich, d.h., auf ca. 5000 U/min, bringt. Bei Diesel­motoren reicht die Vorglühzeit dabei auf jeden Fall aus, um den Rotor vor dem Starten bis in diesen Drehzahlbereich hochzu­beschleunigen. Die erwähnten Versuche wurden mit einem Keramik­rotor durchgeführt. Um die gleichen Werte mit einem Rotor aus einem geeigneten metallischen Werkstoff mit entsprechend grösserem Massenträgheitsmoment zu erhalten, ist ein stärkerer Elektromotor als der bei den erwähnten Versuchen verwendete erforderlich. Für beide Fälle steht eine Reihe geeigneter, permanent erregter Gleichstrommotoren für einen Anschluss an übliche Fahrzeugbatterien auf dem Markt zur Verfügung.
  • Der erfindungsgemässe freilaufende Druckwellenlader ist dadurch gekennzeichnet, dass am Luftgehäuse ein Elektromotor befestigt ist und dass zwischen der Welle des Elektromotors und dem freien Ende der Rotorwelle eine Kupplung vorhanden ist, die bei eingeschaltetem Elektromotor und ungenügender Antriebs­energie der Gasströmung eine Antriebsverbindung zwischen der Welle des Elektromotors und der Rotorwelle herstellt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • In der Zeichnung stellen dar:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines freilaufenden Druckwellenladers gemäss der Erfindung,
    • Fig. 2 eine erste Ausführungsform mit einem Freilauf als abschaltbarer Kupplung zwischen dem Rotor und dem Elektromotor, und die
    • Fig. 3 eine zweite Ausführung mit einer abschaltbaren konischen Reibungskupplung.
    BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Druckwellenladers. Ein Rotorgehäuse 1 umgibt einen üblichen Zellenrotor 2, be­stehend aus einer Anzahl von gleichmässig über den Umfang verteilten Rotorzellen 3, die aussen von einem Deckband 4 und innen von einem Nabenrohr 5 begrenzt sind. Auf der linken Seite ist an das Rotorgehäuse 1 ein Luftgehäuse 6, rechts ein Gasgehäuse 7 angeflanscht. Der Rotor 2 ist mit einer Rotor­welle 8 starr verbunden, die im Luftgehäuse 6 gelagert ist und über eine Kupplung 9 mit einem Elektromotor 10 in und ausser Antriebsverbindung gebracht werden kann. Die zu verdich­tende Umgebungsluft wird über einen Luftansaugkanal 11 und Niederdruckluftkanäle 11ʹ im Luftgehäuse 6 in die Rotorzellen 3 angesaugt und nach Verdichtung in diesen über nicht dargestellte Hochdruckluftkanäle und einen Ladeluftkanal 12 einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor zugeführt. Die aus dem Motor kommenden Abgase treten durch einen Abgaseinlasskanal 13 und nicht dargestellte Hochdruckgaskanäle im Gasgehäuse 7 in die Rotorzellen 3 ein und verlassen diese durch Niederdruckgas­kanäle 14ʹ und einen Auspuffkanal 14.
  • In den Fig. 2 und 3 ist jeweils nur ein Längsschnitt durch das die erfindungswesentlichen Teile enthaltende Luftgehäuse 6 und eines daran anschliessenden Teiles des Rotorgehäuses 1 dargestellt, soweit dieses für das Verständnis der Erfindung wesentlich ist. Gleichen Elementen sind in beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen zugeordnet.
  • Die Verbindung des Zellenrotors 2 mit der Welle 8 und deren Lagerung im Luftgehäuse 6 ist bis zur entsprechenden Kupplung 9a, 9b nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 zwischen Welle 8 und Elektro­motor 10a bzw. 10b gleich. Der Rotor 2 sitzt mit einer Naben­hülse 15, die durch Rippen 16 mit dem Nabenrohr 5 verbunden ist, auf einem zylindrischen Zapfen 8ʺ der Welle 8, wobei eine Schraube 17 über eine Scheibe 18 die Welle 8 gegen die Nabenhülse 15 kraftschlüssig verspannt. Der restliche Teil der Welle 8, d.h., der Lagerzapfen 8ʹ, ist in zwei Kugellagern 19, 20 innerhalb einer Lagerbüchse 21 gelagert, die an dem dem Rotor 2 zugewandten Ende des Luftgehäuses 6 in diesem fest verspannt ist. Die Lagerbüchse 21 weist einen Bund 22 auf, der sich über einen Distanzring 23 gegen die ebene, dem Rotor 2 zugewandte Abschlussfläche des Luftgehäuses 6 abstützt, in welcher sich die nicht dargestellten Steuerkanten der Nieder­druckluftkanäle 11ʹ für die Zufuhr von Umgebungsluft in die Rotorzellen und der nicht dargestellten Hochdruckluftkanäle für die Abfuhr der verdichteten Ladeluft aus den Zellen 3 zum Motor befinden. Der im Wellenraum 24 des Luftgehäuses befindliche Teil der Lagerbüchse 21 ist mit einem Aussengewinde 25 für eine Ringmutter 26 versehen, welche die Lagerbüchse 21 im Luftgehäuse 6 starr einspannt.
  • Bei der Kupplung 9a gemäss Fig. 2 handelt es sich um eine handelsübliche Freilaufüberholkupplung irgendeiner bekannten Bauart, bei der dargestellten Ausführung um eine solche mit zylindrischen Lagernadeln oder Rollen als Klemmkörper 27, die direkt ohne Innenring auf dem Wellenstummel 28 des Elektro­motors laufen und bei antreibendem Elektromotor von diesem Wellenstummel in Umfangsrichtung mitgenommen werden und sich dadurch in einem vom Wellenstummel und von schräg zur Umfangs­richtung verlaufenden Klemmflächen des Aussenringes 29 gebilde­ten Klemmspalt kraftschlüssig verklemmen. Da der Aussenring 29 mit einem Presssitz in der Bohrung 30 der Welle 8 sitzt, nimmt er die Welle 8 und somit auch den Zellenrotor 2 mit der Drehzahl des Elektromotors 10a mit. Sobald nach Erreichen der für einen funktionierenden Druckwellenprozess ausreichenden Drehzahl der Motor 10a ausgeschaltet wird, eilt der Aussenring 29 gegenüber der Welle des Elektromotors vor, wodurch sich die Klemmkörper 27 aus den Klemmspalten lösen und der Rotor in der Folge freilaufend nur mehr von Abgasen des Verbren­nungsmotors allein angetrieben wird.
  • Die vorstehend beschriebene Freilaufüberholkupplung 9a benötigt wegen des fehlenden Innenringes sehr wenig Einbauraum und erlaubt daher eine gedrungene, platzsparende Konstruktion des Luftgehäuses und damit des gesamten Druckwellenladers. Natürlich sind auch andere Bauarten von Freilaufüberholkupp­lungen für diesen Zweck geeignet, z.B. solche mit Innenringen und an diesen anstatt am Aussenring vorgesehener Klemmflächen, solche mit Kippkörpern als Klemmkörpern sowie eventuell diesem Verwendungszweck angepasste Klemmgesperre u. dgl.
  • Die Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt durch den Elektromotor 10b und die Kupplung 9b eine zweite Ausführungsform des Er­findungsgegenstands. Die Kupplung ist eine Kegelreibungskupp­lung, wobei die Hohlkegelfläche in der Rotorwelle 8 und die Aussenkegelfläche am Wellenstummel 31 eines Schiebeankermotors 10b bekannter Bauart vorgesehen ist. Die Kupplungsreibbeläge 34 und 35 der konkaven Kupplungshälfte 32 bzw. der konvexen Kupplungshälfte 33 sind unterhalb der Wellenachse ausgekuppelt und oberhalb der Wellenachse im eingekuppelten Zustand darge­stellt. Bei stromlosem Motor 10b befindet sich sein Schiebe­anker 36 entsprechend der ausgekuppelten Stellung der konvexen Kupplungshälfte nach linkgs verschoben. Dies bewirkt eine nicht dargestellte Feder im Motorgehäuse, gegen deren Wider­stand der konische Schiebeanker 36 bei eingeschaltetem Strom durch die Magnetkräfte nach rechts in die oberhalb der Wellen­achse gezeichnete Stellung gezogen wird und die beiden Kupp­lungshälften 32, 33 dadurch zum Eingriff gelangen.
  • Gegenüber der Freilaufüberholkupplung 9a nach Fig. 2 hat die Kegelreibungskupplung 9b den Vorteil, dass bei ausgeschaltetem Motor keinerlei Relativbewegung zwischen den Kupplungsteilen stattfindet und daher nur in der äusserst kurzen Startphase auf die Dauer ein geringer Abrieb auftreten könnte. Bei genügend grossem Verschiebeweg des Ankers 36 und entsprechender Stärke der Reibbeläge dürfte daher die Lebensdauer der Kupplung jene eines Verbrennungsmotors erreichen oder sogar übertreffen. Sollte dies bei hoher Schalthäufigkeit nicht zutreffen, so wäre ein Neubelegen der Kupplungsteile wegen des leicht abmon­tierbaren Elektromotors kein Problem. Eventuell könnten an einem oder beiden Kupplungsteilen Nachstellelemente, z.B. axial verschraubbare Zwischenglieder vorgesehen werden, um einen zu grossen Kupplungsabrieb auszugleichen.
  • Neben den zwei beschriebenen Kupplungsbauarten sind natürlich auch noch andere geeignet, z.B. eine Reibungskupplung mit ebenen Reibbelägen oder solchen mit formschlüssigen Kupplungs­hälften. Für die Kupplungsbetätigung kommen auch elektromagneti­sche Einrichtungen in Frage.
  • Bei Verwendung eines gegenständlichen Druckwellenladers in Kraftfahrzeugen könnten die Wälzlager des Elektromotors im Stillstand von den vom Verbrennungsmotor und von Fahrbahnuneben­heiten herrührenden Stössen beschädigt werden. Diese Bean­spruchungen können plastische Verformungen an den Wälzlager­elementen verursachen. Es könnte daher zweckmässig sein, den Elektromotor während der ganzen Betriebsdauer des Verbrennungs­motors mit mehr oder weniger hoher Drehzahl dem Rotor des Druckwellenladers nachhinkend laufen zu lassen. Man erhält dadurch die günstigeren Beanspruchungsverhältnisse eines umlau­fenden Lagers. Der Elektromotor wird dann zweckmässig mit einer Drehzahl betrieben, aus der er den Laderrotor im Leerlauf schnell auf eine Drehzahl beschleunigen kann, bei der ein Absterben des Verbrennungsmotors wegen zu starker Rezirkulation ausgeschlossen ist. Er kann dann auch dazu benutzt werden, das Hochdrehen des Laderrotors bei schnellen Lasterhöhungen zu unterstützen.
  • Um das nach dem Abstellen des Motors im allgemeinen lang an­dauernde Auslaufen des Rotors abzukürzen und das damit verbundene Laufgeräusch bei abgestelltem Fahrzeug zu vermeiden, können am Elektromotor Mittel zum schnellen Abbremsen seines Ankers vorgesehen werden. In Frage kommen dafür z.B. eine Umpolung des Ankerstromes oder Bremsmagnete.

Claims (4)

1. Freilaufender Druckwellenlader für eine Verbrennungskraft­maschine, mit einem Rotorgehäuse (1), dessen eine Stirnseite von einem Gasgehäuse (7) mit einem Abgaseinlasskanal (13) für die Zufuhr von Hochdruckgas zu einem Zellenrotor (2) und mit einem Auspuffkanal (14) für die Abfuhr von Nieder­druckgas aus dem Zellenrotor (2) abgeschlossen ist und dessen andere Stirnseite von einem Luftgehäuse (6) mit einem Luftansaugkanal (11) für die Zufuhr von Niederdruckluft in den genannten Zellenrotor (2) und mit einem Ladeluftkanal (12) für die Zufuhr der im Zellenrotor (2) verdichteten Ladeluft in die Verbrennungskraftmaschine abgeschlossen ist, wobei das Luftgehäuse (6) eine Lagereinrichtung für die Rotorwelle (8) des Zellenrotors (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Luftgehäuse (6) ein Elektromotor (10a; 10b) befestigt ist und dass zwischen der Welle (28; 31) des Elektromotors (10a; 10b) und der Rotorwelle (8) eine Kupplung (9a; 9b) vorhanden ist, die bei eingeschaltetem Elektromotor (10a; 10b) und ungenügender Antriebsenergie der Gasströmung eine Antriebsverbindung zwischen der Welle (28; 31) des Elektromotors und der Rotorwelle (8) herstellt.
2. Freilaufender Druckwellenlader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9a) eine Freilaufüber­holkupplung ist, deren Klemmkörper (27) zylindrische Lager­nadeln sind, die direkt auf einem Wellenstummel (28) laufen und deren Aussenring (29) die Klemmflächen zur Herstellung der Klemmwirkung für die Antriebsverbindung aufweist und in einer Bohrung (30) der Welle (8) sitzt.
3. Freilaufender Druckwellenlader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9b) eine Kegelreibungs­ kupplung ist, deren konvexe Kupplungshälfte (33) das freie Ende eines Wellenstummels (31) bildet und deren konkave Kupplungshälfte (32) ein Innenkegel am freien Ende der Rotorwelle (8) ist, dass die zwei Kupplungshälften (33 bzw. 32) Kupplungsreibbeläge aufweisen und dass der Elektro­motor (10b) ein Schiebeankermotor ist.
4. Freilaufender Druckwellenlader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine Einrichtung aufweist, die seinen Anker nach dem Abschalten des Stromes abbremst.
EP88105337A 1987-04-16 1988-04-02 Freilaufender Druckwellenlader Withdrawn EP0286931A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1504/87 1987-04-16
CH150487 1987-04-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0286931A1 true EP0286931A1 (de) 1988-10-19

Family

ID=4211992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP88105337A Withdrawn EP0286931A1 (de) 1987-04-16 1988-04-02 Freilaufender Druckwellenlader

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4838234A (de)
EP (1) EP0286931A1 (de)
JP (1) JPS63277817A (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408785B (de) * 1995-11-30 2002-03-25 Blank Otto Ing Aufladeeinrichtung für die ladeluft einer verbrennungskraftmaschine
DE102010011147A1 (de) * 2010-03-11 2011-09-15 Benteler Automobiltechnik Gmbh Druckwellenlader
DE102011013520A1 (de) * 2011-03-10 2012-09-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh Magnetkupplung für Druckwellenladeranordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen Druckwellenladeranordnung
DE102011053218A1 (de) * 2011-09-02 2013-03-07 Benteler Automobiltechnik Gmbh Druckwellenladeranordnung mit elektromagnetischer Schlupfkupplung

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5048470A (en) * 1990-12-24 1991-09-17 Ford Motor Company Electronically tuned intake manifold
DE10050161A1 (de) * 2000-10-11 2002-04-18 Daimler Chrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb eines Abgasturboladers
US20030084888A1 (en) 2001-11-08 2003-05-08 Lebold Robert S Supercharger type compressor/generator with magnetically loaded composite rotor
US7849840B2 (en) * 2005-02-14 2010-12-14 St James David Electric motor assisted mechanical supercharging system
SE529124C2 (sv) * 2005-04-05 2007-05-08 Atlas Copco Tools Ab Pneumatiskt verktyg med utloppsljuddämpare
DE102006020522A1 (de) * 2006-05-03 2007-11-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
US7699737B2 (en) * 2008-02-05 2010-04-20 Ford Global Technologies, Llc Electric axle drive unit
US9920774B2 (en) * 2015-08-21 2018-03-20 Energy Recovery, Inc. Pressure exchange system with motor system and pressure compensation system

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2399394A (en) * 1940-12-07 1946-04-30 Bbc Brown Boveri & Cie Pressure exchanger
DE1045526B (de) * 1957-09-20 1958-12-04 Demag Zug Gmbh Elektromotorischer Antrieb fuer zwei Drehzahlen, insbesondere fuer Haushaltwaschautomaten
DE1092551B (de) * 1959-12-18 1960-11-10 Demag Zug Gmbh Fuer eine aus zwei Elektromotoren bestehende Antriebsmaschine bestimmter Verschiebelaeufermotor
US3822768A (en) * 1971-10-20 1974-07-09 Demag Ag Cone friction brake
FR2488330A1 (fr) * 1980-08-11 1982-02-12 Chauvierre Marc Procede de suralimentation des moteurs a explosion a bas regime
GB2086987A (en) * 1980-11-08 1982-05-19 Pierburg Gmbh & Co Kg Supplying air or combustible gas to an ic engine
EP0105686A2 (de) * 1982-09-30 1984-04-18 AlliedSignal Inc. Lader
US4527534A (en) * 1981-09-07 1985-07-09 Mazda Motor Corporation Fuel intake control system for supercharged engine
EP0151407A1 (de) * 1984-01-18 1985-08-14 Mazda Motor Corporation Laderantrieb für aufgeladenen Verbrennungsmotor
DE3505613A1 (de) * 1984-02-24 1985-08-29 Sommer Co., Warren, Mich. Motorkupplungseinrichtung
AU553633B2 (en) * 1982-06-02 1986-07-24 Efco Manufacturing Company Pty. Ltd., The Door control apparatus

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE638367C (de) * 1930-11-28 1936-11-13 Adolf Schnuerle Dr Ing Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem zum Spuelen und Laden dienenden Abgasgeblaese
CH181043A (de) * 1934-09-26 1935-11-30 Vogler Hans Zweitaktbrennkraftmaschine mit Rotationsgebläse.
US2654991A (en) * 1950-09-09 1953-10-13 Nettel Frederick Control for engine turbosupercharger systems
GB1250764A (de) * 1968-03-19 1971-10-20
CH593422A5 (de) * 1975-12-31 1977-11-30 Bbc Brown Boveri & Cie
DE2631257C3 (de) * 1976-07-12 1980-06-12 Bbc Ag Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) Stellgerät für eine in der Ladeluftleitung eines Dieselmotors angeordnete Luftklappe
DE2901082A1 (de) * 1979-01-11 1980-07-17 Bbc Brown Boveri & Cie Stellgeraet fuer eine in der ladeluftleitung eines dieselmotors angeordnete luftklappe
CH638870A5 (de) * 1979-02-01 1983-10-14 Bbc Brown Boveri & Cie Startventilvorrichtung, insbesondere fuer dieselmotoren mit druckwellenlader.
EP0020791B1 (de) * 1979-06-08 1985-09-25 Knorr-Bremse Ag Stellgerät für eine Luftklappe in der Ladeluftleitung eines Verbrennungsmotors
DE2945230A1 (de) * 1979-11-09 1981-05-21 BBC AG Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Stellgeraet fuer eine in der ladeluftleitung eines verbrennungsmotors angeordnete luftklappe

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2399394A (en) * 1940-12-07 1946-04-30 Bbc Brown Boveri & Cie Pressure exchanger
DE1045526B (de) * 1957-09-20 1958-12-04 Demag Zug Gmbh Elektromotorischer Antrieb fuer zwei Drehzahlen, insbesondere fuer Haushaltwaschautomaten
DE1092551B (de) * 1959-12-18 1960-11-10 Demag Zug Gmbh Fuer eine aus zwei Elektromotoren bestehende Antriebsmaschine bestimmter Verschiebelaeufermotor
US3822768A (en) * 1971-10-20 1974-07-09 Demag Ag Cone friction brake
FR2488330A1 (fr) * 1980-08-11 1982-02-12 Chauvierre Marc Procede de suralimentation des moteurs a explosion a bas regime
GB2086987A (en) * 1980-11-08 1982-05-19 Pierburg Gmbh & Co Kg Supplying air or combustible gas to an ic engine
US4527534A (en) * 1981-09-07 1985-07-09 Mazda Motor Corporation Fuel intake control system for supercharged engine
AU553633B2 (en) * 1982-06-02 1986-07-24 Efco Manufacturing Company Pty. Ltd., The Door control apparatus
EP0105686A2 (de) * 1982-09-30 1984-04-18 AlliedSignal Inc. Lader
EP0151407A1 (de) * 1984-01-18 1985-08-14 Mazda Motor Corporation Laderantrieb für aufgeladenen Verbrennungsmotor
DE3505613A1 (de) * 1984-02-24 1985-08-29 Sommer Co., Warren, Mich. Motorkupplungseinrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 9, Nr. 326 (M-441)[2049], 21. Dezember 1985; & JP-A-60 159 340 (MAZDA K.K.) 20-08-1985 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408785B (de) * 1995-11-30 2002-03-25 Blank Otto Ing Aufladeeinrichtung für die ladeluft einer verbrennungskraftmaschine
DE102010011147A1 (de) * 2010-03-11 2011-09-15 Benteler Automobiltechnik Gmbh Druckwellenlader
FR2957390A1 (fr) * 2010-03-11 2011-09-16 Benteler Automobiltechnik Gmbh Compresseur de suralimentation a ondes de pression, pour moteurs a combustion interne de vehicules automobiles
DE102010011147A8 (de) * 2010-03-11 2011-12-15 Benteler Automobiltechnik Gmbh Druckwellenlader
DE102010011147B4 (de) * 2010-03-11 2013-04-25 Benteler Automobiltechnik Gmbh Druckwellenlader
DE102011013520A1 (de) * 2011-03-10 2012-09-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh Magnetkupplung für Druckwellenladeranordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen Druckwellenladeranordnung
DE102011053218A1 (de) * 2011-09-02 2013-03-07 Benteler Automobiltechnik Gmbh Druckwellenladeranordnung mit elektromagnetischer Schlupfkupplung
DE102011053218B4 (de) * 2011-09-02 2015-06-25 Benteler Automobiltechnik Gmbh Druckwellenladeranordnung mit elektromagnetischer Schlupfkupplung

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63277817A (ja) 1988-11-15
US4838234A (en) 1989-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0286931A1 (de) Freilaufender Druckwellenlader
EP1995427B1 (de) Verdichtersystem
EP2600007B1 (de) Kraftfahrzeugsystemeinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeugsystemeinrichtung
EP0634568B1 (de) Reibschaltkupplung insbesondere für ein Lüfterrad eines Kfz-Motor-Ventilators
WO1989002521A1 (en) Mechanical drive for the charging blower of internal combustion engines
DE2925675A1 (de) Kraftfahrzeug
DE10050161A1 (de) Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb eines Abgasturboladers
DE2604472A1 (de) Verfahren und anlage zur verminderung des kraftstoffverbrauchs eines von einem verbrennungsmotor angetriebenen kraftfahrzeugs
DE102010060943A1 (de) System zum Kompensieren eines Turbolochs
DE102010013702A1 (de) Turbine, Abgasturbolader, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Montage einer derartigen Turbine
DE2801764A1 (de) Kraftuebertragungselement fuer elektrische anlasser von verbrennungsmotoren
EP0266636B1 (de) Druckwellenlader
EP0713973A1 (de) Schmiermittelpumpe
DE202016007130U1 (de) Russ- und Feinstaubzentrifuge
DE112011102089B4 (de) Pumpenanordnung
EP2205842B1 (de) Verdichterzuschaltventil und registeraufladeeinrichtung mit einem solchen verdichterzuschaltventil
DE102016119889A1 (de) Axialkolbenmotor sowie Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors
EP1504177A1 (de) Variabler, zusätzlich angetriebener abgasturbolader einer brennkraftmaschine
DE102009048349B3 (de) Kühlmittelpumpe
DE10117517B4 (de) Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung einer Brennkraftmaschine
DE3042164A1 (de) Kupplung fuer arbeitseinrichtung, insbesondere an brennkraftmaschinen, sowie verfahren zu ihrer betaetigung
DE1807070C3 (de) Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Drosselorgan in der Abgasleitung
DE2410683B2 (de) Aufladeeinrichtung fuer einen verbrennungsmotor
DE19802031A1 (de) Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer mechanisch antreibbaren Luftverdichtungsanlage
DE102011053218B4 (de) Druckwellenladeranordnung mit elektromagnetischer Schlupfkupplung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT CH DE ES FR GB IT LI

17P Request for examination filed

Effective date: 19890401

17Q First examination report despatched

Effective date: 19891010

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Withdrawal date: 19900804

R18W Application withdrawn (corrected)

Effective date: 19900804