EP1347157B1 - Gas-dynamic pressure wave supercharger - Google Patents
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- EP1347157B1 EP1347157B1 EP02006066A EP02006066A EP1347157B1 EP 1347157 B1 EP1347157 B1 EP 1347157B1 EP 02006066 A EP02006066 A EP 02006066A EP 02006066 A EP02006066 A EP 02006066A EP 1347157 B1 EP1347157 B1 EP 1347157B1
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- 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
Definitions
- the invention relates to a gas-dynamic Pressure wave machine according to the preamble of claim 1.
- EP-B-885 352 discloses a method which it in a standard pressure wave machine with a so-called Waste gate allows excess high pressure exhaust gas, e.g. in the partial load range of the internal combustion engine, from Redirect high-pressure exhaust gas channel in the low-pressure exhaust duct and thus to lower the pressure in front of the pressure wave machine. Then the pressure drops after the pressure wave machine and thus the pressure in the intake passage of the internal combustion engine.
- opening the waste gate does not existing inflow to the gas pocket, in addition to blowing off Excess high pressure exhaust gas a collapse of the Flushing the rotor of the pressure wave machine. This causes in the worst case even a recirculation of the exhaust gas in the intake duct of the internal combustion engine and in any case a significant deterioration of the Compression efficiency of the pressure wave machine.
- FIG. 1 shows a development of the rotor of FIG gas dynamic pressure wave machine 2 with the Combustion engine 1, the high pressure exhaust duct 3 and the Low-pressure exhaust duct 4 including the purge air S, the rotor 6 with the individual cells 18, the fresh air inlet 8, or low pressure fresh air supply channel 14, the high pressure charge air duct 10, which merges into the charge air duct 11 and leads to the internal combustion engine 1.
- the pressure wave machine with known Methods, such as characteristics method and Design calculations, by the combustion engine manufacturer desired point, usually at nominal speed of the Motors, optimally designed, this being either without pockets or with one or two or all three pockets can happen.
- the gas pocket 21 located as For example, in the aforementioned CH-A-681 738 is available.
- This gas pocket and especially the there necessarily existing web 21 A between the high-pressure exhaust passage and gas pocket generates additional losses, especially if at low to medium speeds, Temperatures and flow rates usually blow off is unnecessary.
- Figures 3 to 6a of the present invention relate also on the influence of the high pressure exhaust stream.
- Figures 3 and 3A of the present Invention is the unwound rotor 40 with the cells 41st and, in contrast to the gas pocket 21 in FIG. 2, a serving as a gas pocket recess 48 in the gas housing 34th provided, which are changed by a slider 49 can, as indicated by the arrow 50.
- the slider 49 is fully engaged in the arrow direction, so that the high-pressure exhaust duct is widened without a Footbridge has emerged.
- the slider so be moved, that the high-pressure exhaust duct masses widened until the pressure in it has dropped so far is that generated by the pressure wave process Boost pressure drops to the desired level.
- FIG. 4 and 4A is a variant of the slider shown, which is a pivotable part 51st act, which is hinged to a hinge 52 and through a similar control electronics can be moved as above, which causes a widening 53 of the exhaust high-pressure channel.
- 3A is a valve 58 schematically in Figure 5, 5A represented as e.g. in CH-A-681 738 for control the gas pocket inflow is used.
- 5A represented as e.g. in CH-A-681 738 for control the gas pocket inflow is used.
- the valve 58 is then opened further and a line 56 is released.
- This line 56 is over a suitable connection channel with the low pressure exhaust duct 35 connected.
- This line 56 can now be a additional exhaust gas directly into the practically under Ambient pressure low pressure exhaust passage 35th be blown off. This reduces the pressure in the high pressure exhaust duct 31 to the desired lower level.
- FIGS. 6 and 6A schematically show a roller 59 as shown in similar form in EP-A-0 210 328 is used to control the gas pocket inflow. Also Here, the roller 59 is only moved so far that a sufficient large proportion of high-pressure exhaust 31 to maintain the Rotor purge is diverted in the broadening 53.
- the roller 59 is then rotated further and gives the Connecting channel 57 free.
- the connecting channel 57 is with connected to the low pressure exhaust passage 35.
- an additional amount of exhaust gas can be used directly in the practical under ambient pressure low pressure exhaust duct 35th be blown off. This reduces the pressure in the high pressure exhaust duct 31 to the desired lower level.
- the same measures can be applied to previously known other methods for controlling the high pressure exhaust stream be made in the gas pockets.
- control technology ensures that the first Exhaust gas flow from the high pressure exhaust duct either through a Broadening of the high-pressure exhaust passage 31 as in the Figures 4A and 5A shown, or by a partial Redirecting the exhaust gas flow is conducted into the gas pocket, before the additional control organ the further opening directly from the high pressure exhaust passage 31 into the low pressure exhaust passage 35 releases.
- This control technique becomes the Maintaining the rotor flush needed.
- the pressure wave machine according to the invention makes it possible over the entire area of the map of a Internal combustion engine both the negative pressure difference and thus the increased expulsion work of the internal combustion engine so to keep low as possible, as well as the Abblasemenge so far as to increase the pressure in the high-pressure exhaust duct as far as can be lowered, that the pressure in the Charge air duct can be reduced so far that a partial closure of the throttle valve Internal combustion engine can be omitted in the partial load range.
- the Effectiveness of the invention is given in particular when can be guaranteed that a sufficiently large Exhaust gas quantity first by increasing the high-pressure exhaust gas duct 31, or through the gas pockets, directly into the Rotor is blown off, otherwise the pressure wave process is disturbed and thus the flushing of the rotor collapses and unwanted exhaust gas is passed to the engine. This is by suitable control technical design of the invention sure.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine gasdynamische
Druckwellenmaschine gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a gas-dynamic
Pressure wave machine according to the preamble of
Eine solche gasdynamische Druckwellenmaschine ist in der WO 99/11914 des gleichen Anmelders ausführlich beschrieben und es wird darauf Bezug genommen.Such a gas-dynamic pressure wave machine is in WO 99/11914 of the same applicant described in detail and it is referred to.
Bei einer gasdynamischen Druckwellenmaschine zur Aufladung von Verbrennungsmotoren, welche mit vier Kanälen ohne zusätzliche Regeleinrichtungen in Form von Taschen verwendet wird, ist die Prozessabstimmung nur auf einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors abgestimmt. Man spricht in diesem Zusammenhang vom Auslegepunkt der Druckwellenmaschine. Durch Anwendung sogenannter Taschen in den Gehäusewänden kann die Druckwellenmaschine abstimmungsunempfindlicher und der Last-Drehzahl- und Volumenbereich stark ausgedehnt werden. Der Nachteil dieser Methode ist eine Erhöhung der Verluste durch die in den Taschen stattfindenden Nebenprozesse, wie Einströmen und Ausströmen der Gase und die Erzeugung von Druck- und Expansionswellen durch die Taschen.In a gas-dynamic pressure wave machine for charging of internal combustion engines, which with four channels without used additional control devices in the form of pockets is, the process vote is only on one operating point tuned to the internal combustion engine. One speaks in this Connection from the design point of the pressure wave machine. By Application of so-called pockets in the housing walls, the Pressure wave machine tuned insensitive and the load-speed and volume range are greatly expanded. Of the Disadvantage of this method is an increase in losses due to the secondary processes taking place in the pockets, such as Inflow and outflow of the gases and the generation of Pressure and expansion waves through the pockets.
Der Übergang vom sogenannten Primärprozess auf den Hauptprozess, abgestimmter Prozess, verursacht Störungen im Druckwellenprozess, welche Spülungseinbrüche und somit Bereiche hoher Rezirkulation von Abgas in die Ladeluft verursachen. Um in diesen Bereichen, wie auch im Startfall, erhöhte Rezirkulation zu vermeiden, muss ein Zufluss zur Gastasche, entweder als gefräste Schwelle oder als gesteuerter Zufluss z.B. gemäss CH-A-681 738, verwendet werden.The transition from the so-called primary process to the Main process, coordinated process, causes disturbances in the Pressure wave process, which rinse dips and thus Areas of high recirculation of exhaust gas in the charge air cause. To be able to work in these areas, as well as in To avoid increased recirculation, must be an inflow to the Gas pocket, either as milled threshold or as controlled inflow e.g. according to CH-A-681 738 become.
Aus z.B. der EP-B-885 352 ist ein Verfahren bekannt, das es bei einer Standard-Druckwellenmaschine mit einem sogenannten Waste-Gate ermöglicht, überschüssiges Hochdruckabgas, z.B. im Teillastbereich des Verbrennungsmotors, vom Hochdruckabgaskanal in den Niederdruckabgaskanal umzuleiten und somit den Druck vor der Druckwellenmaschine abzusenken. Daraufhin sinkt auch der Druck nach der Druckwellenmaschine und somit der Druck im Ansaugkanal des Verbrennungsmotors. Durch das Öffnen des Waste-Gate erfolgt jedoch, bei nicht vorhandenem Zufluss zur Gastasche, zusätzlich zum Abblasen des überschüssigen Hochdruckabgases ein Zusammenbruch der Spülung des Rotors der Druckwellenmaschine. Dies bewirkt im schlimmsten Falle sogar eine Rezirkulation des Abgases in den Ansaugkanal des Verbrennungsmotors und auf jeden Fall eine deutliche Verschlechterung des Kompressionswirkungsgrades der Druckwellenmaschine.Made of e.g. EP-B-885 352 discloses a method which it in a standard pressure wave machine with a so-called Waste gate allows excess high pressure exhaust gas, e.g. in the partial load range of the internal combustion engine, from Redirect high-pressure exhaust gas channel in the low-pressure exhaust duct and thus to lower the pressure in front of the pressure wave machine. Then the pressure drops after the pressure wave machine and thus the pressure in the intake passage of the internal combustion engine. However, opening the waste gate does not existing inflow to the gas pocket, in addition to blowing off Excess high pressure exhaust gas a collapse of the Flushing the rotor of the pressure wave machine. This causes in the worst case even a recirculation of the exhaust gas in the intake duct of the internal combustion engine and in any case a significant deterioration of the Compression efficiency of the pressure wave machine.
Aus z.B. den bereits genannten CH-A-681 738 und EP-A-0 210 328 ist ein Verfahren bekannt, aus welchem das vom Verbrennungsmotor ausgestossene Abgas über einen abzweigenden Zufluss zur Gastasche der Druckwellenmaschine ein Abblasen des überschüssigen Hochdruckgases in die Gastaschen ermöglicht und somit eine Verbesserung des Kompressionswirkungsgrades durch die verbesserte Spülung des Rotors erreicht wird.Made of e.g. the aforementioned CH-A-681 738 and EP-A-0 210 328, a method is known from which the of Internal combustion engine exhausted exhaust via a branching inflow to the gas pocket of the pressure wave machine a blow-off of the excess high-pressure gas in the Gastaschen allows and thus improve the Compression efficiency through the improved flushing of the Rotor is achieved.
Die eingangs erwähnte WO 99/11914 widerum verhindert den dauernden Einsatz einer Gastasche mit ihren Verlusten, und eliminiert den den Druckwellenprozess störenden Steg zwischen dem Abgaskanal und der Gastasche bei geöffnetem Zufluss, sowie die durch die Leitungsführung zur Gastasche auftretenden Energieverluste in Form von Strömungs- und Temperaturverlusten und die Einschränkungen in der Gestaltung der anderen Kanäle.The aforementioned WO 99/11914 again prevents the continuous use of a gas pocket with their losses, and eliminates the web disturbing the pressure wave process between the exhaust duct and the gas pocket when open Inflow, as well as through the wiring to the gas pocket occurring energy losses in the form of flow and Temperature losses and limitations in the Design of the other channels.
Bei allen diesen Verfahren ist aber nachteilig, dass im Teillastbereich des Verbrennungsmotors durch das Abblasen des überschüssigen Hochdruckgases in die Gastaschen oder der Vergrösserung des Hochdruck-Abgaskanals, der Druck im Hochdruck-Abgaskanal immer noch zu hoch bleibt, das heisst, die sich somit einstellende negative Druckdifferenz Ladeluftaustritt aus der Druckwellenmaschine gegenüber Hochdruck-Abgaseintritt in die Druckwellenmaschine, bewirkt erhöhte Ausstossverluste des Verbrennungsmotors und somit schlechtere Verbrauchswerte im Teillastbereich des Verbrennungsmotors. Gleichzeitig bleibt aber durch die ungenügende Absenkung des Abgasdruckes über den Druckwellenprozess ein ungewollter Ladedruck nach der Druckwellenmaschine bestehen. Beim Ottomotor mit seiner Laststeuerung über die Drosselklappe muss nun dieser höhere Druck in der Ansaugleitung noch zusätzlich durch das teilweise Schliessen der Drosselklappe reduziert werden, was weitere Verluste in Form von Drosselverlusten bewirkt.In all these methods, however, is disadvantageous that in Part load range of the internal combustion engine by blowing off the excess high-pressure gas in the gas pockets or the Enlargement of the high-pressure exhaust gas duct, the pressure in the High-pressure exhaust duct still remains too high, that is, the thus adjusting negative pressure difference Charge air outlet from the pressure wave machine opposite High-pressure exhaust gas inlet into the pressure wave machine causes increased output losses of the internal combustion engine and thus worse consumption values in the partial load range of Combustion engine. At the same time, however, remains through the insufficient lowering of the exhaust gas pressure over the Pressure wave process an unwanted boost pressure after the Pressure wave machine exist. When gasoline engine with his Load control via the throttle now has this higher Pressure in the intake still by the partially closing the throttle to be reduced, which causes further losses in the form of throttle losses.
Die Verfahren aus CH-A-681 738, EP-A-0 210 328 und WO 99/11194 zum Abblasen des überschüssigen Hochdruckgases haben den Nachteil, dass über einen weiten Bereich des Verbrennungsmotoren-Kennfeldes, hauptsächlich aber im Teillastberich des Verbrennungsmotors, nicht genügend abgeblasen werden kann, das heisst, dass der Druck vor der Druckwellenmaschine auf einem höheren Niveau ist als der Druck nach der Druckwellenmaschine. Dies ergibt eine negative Druckdifferenz auch über den Verbrennungsmotor und somit eine erhöhte Ausstossarbeit der Kolben des Verbrennungsmotors. Beim Ottomotor muss durch die Qualitätsregelung sogar noch die Drosselklappe teilweise geschlossen werden, um den über den Druckwellenprozess entstehenden Überdruck im Ansaugkanal des Motors zu reduzieren. Dies hat weitere Verluste in Form von Drosselverlusten zur Folge. Beide Verlustgrössen wirken sich negativ auf den Teillastverbrauch des Verbrennungsmotors aus. The methods of CH-A-681 738, EP-A-0 210 328 and WO 99/11194 for blowing off the excess high-pressure gas have the disadvantage that over a wide range of Internal combustion engine characteristic field, but mainly in the Part load report of the internal combustion engine, not enough can be blown off, that is, the pressure before the Pressure wave machine is at a higher level than the Pressure after the pressure wave machine. This gives a negative pressure difference also over the internal combustion engine and thus increased output of the piston of the Combustion engine. When gasoline engine must by the Quality control even the throttle partially closed to the over the pressure wave process resulting pressure in the intake port of the engine too to reduce. This has further losses in the form of Throttle losses result. Both loss factors affect each other negative on the partial load consumption of the internal combustion engine out.
Aus der US-A1-4,488,532 (= EP 0 080 741 B1) ist eine
Druckwellen-Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
bekannt geworden. Bei dieser Maschine wird eine Anpassung der
Höhenlagen des Fahrzeugs zum Beispiel beim Befahren von Pass-Strassen
oder dergleichen mittels einer Regelung des
Durchflusses von Abgas vom Hochdruck-Abgaskanal zum
Niederdruck-Abgaskanal mittels einer Klappensteuerung
bewirkt, wobei ein Teil dieses Abgases bei geöffneter Bypass-Leitung
in eine rotorseitig geöffnete Gastasche geleitet
wird. Hierdurch wird die erforderliche Niederdruck-Spülung
des Rotors aufrecht erhalten. Ziel und Zweck dieser
Abgasführung ist der Ausgleich einer Höhenkorrektur mittels
einer Bypass-Verstelleinrichtung. From US-A1-4,488,532 (= EP 0 080 741 B1) is a
Pressure wave machine according to the preamble of
Es ist gegenüber diesem bekannten und beschriebenen Stand der Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gasdynamische Druckwellenmaschine anzugeben, die über den gesamten Bereich des Kennfeldes eines Verbrennungsmotors und insbesondere im Teillastbereich, verbesserte Verbrauchswerte und eine höhere Leistung erbringt. Diese Aufgabe wird mit der gasdynamischen Druckwellenmaschine gemäss Patentanspruch 1 gelöst.It is opposite this known and described state the technology object of the present invention, a Specify gas-dynamic pressure wave machine, which over the entire area of the map of an internal combustion engine and especially in the partial load range, improved fuel consumption and higher performance. This task is with the gas-dynamic pressure wave machine according to claim 1 solved.
Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Further advantages and embodiments are in the dependent claims defined.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figur 1- zeigt schematisch einen abgewickelten zylindrischen Schnitt durch die Zellen eines Rotors einer Druckwellenmachine gemäss Stand der Technik,
Figur 2- zeigt schematisch ein Detail eines
abgewickelten zylindrischen Schnittes durch
die Zellen des Rotors der
Figur 1, Figuren 3, 3A- zeigen schematisch ein Detail eines abgewickelten zylindrischen Schnittes durch die Zellen eines Rotors gemäss Erfindung bei geschlossenem und offenem Schieber,
Figuren 4, 4A- zeigen eine Variante zur Ausführung nach den
Figuren 3, 3A, - Figuren 5, 5A
- zeigen eine Variante zur Ausführung nach den
Figuren 3, 3A, und Figuren 6, 6A- zeigen eine Variante zur Ausführung nach den
Figuren 4, 4A.
- FIG. 1
- shows schematically a developed cylindrical section through the cells of a rotor of a pressure wave machine according to the prior art,
- FIG. 2
- 1 schematically shows a detail of a developed cylindrical section through the cells of the rotor of FIG. 1, FIG.
- FIGS. 3, 3A
- show schematically a detail of a developed cylindrical section through the cells of a rotor according to the invention with the slide closed and open,
- FIGS. 4, 4A
- show a variant of the embodiment according to FIGS. 3, 3A,
- FIGS. 5, 5A
- show a variant of the embodiment of Figures 3, 3A, and
- FIGS. 6, 6A
- show a variant of the embodiment of Figures 4, 4A.
Der Einfachheit halber ist in den Abwicklungen ein Druckwellen-Zyklus dargestellt und beschrieben. Die Erfindung ist jedoch von der Anzahl der Druckwellen-Zyklen unabhängig; sie kann für Druckwellenmaschinen mit nur einem Zyklus oder aber mit zwei oder mehr Zyklen angewandt werden.For the sake of simplicity, there is one in the settlements Pressure wave cycle shown and described. The Invention, however, is on the number of pressure wave cycles independently; It can be used for pressure wave machines with only one Cycle or with two or more cycles.
Figur 1 zeigt eine Abwicklung des Rotors einer
gasdynamischen Druckwellenmaschine 2 mit der
Verbrennungsmaschine 1, den Hochdruck-Abgaskanal 3 und den
Niederdruck-Abgaskanal 4 inklusive der Spülluft S, den Rotor
6 mit den einzelnen Zellen 18, den Frischlufteintritt 8,
bzw. Niederdruck-Frischluftzufuhrkanal 14, den Hochdruck-ladeluftkanal
10, der in den Ladeluftkanal 11 übergeht und
zur Verbrennungsmaschine 1 führt.FIG. 1 shows a development of the rotor of FIG
gas dynamic
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist die
Prozessabstimmung auf die Verbrennungsmaschine bei der
Verwendung der vier Kanäle ohne zusätzliche
Regeleinrichtungen nur auf einen Betriebspunkt der
Verbrennungsmaschine möglich. Dabei spricht man in diesem
Zusammenhang vom Auslegepunkt der Druckwellenmaschine. Durch
die Verwendung von Taschen in der Gehäusewand kann die
Druckwellenmaschine abstimmungsunempfindlicher gemacht
werden und damit der Last-, Drehzahl- und Volumenbereich
stark ausgedehnt werden. Im Verlaufe der langjährigen Entwicklung
von solchen Druckwellenmaschinen wurden
verschiedene Taschen in der Gehäusewand 24 ausgefräst, z. B.
eine Kompressionstasche 19, eine Expansionstasche 20 und
eine Gastasche 21 mit Steg 21A, deren Anwendungen dem
Fachmann wohlbekannt sind. Bei der Verwendung solcher
Taschen ist es ein Nachteil, dass der Druckwellenprozess im
nicht abgestimmten Kennfeldbereich über Nebenprozesse
geleitet wird, welche nie einen optimalen Wirkungsgrad
ergeben.As already mentioned, is the
Process tuning to the combustion engine at the
Use of the four channels without additional
Control devices only on one operating point of
Combustion engine possible. This one speaks in this
Connection from the design point of the pressure wave machine. By
the use of pockets in the housing wall can be the
Pressure wave machine made less sensitive to voting
and thus the load, speed and volume range
be greatly expanded. In the course of many years of development
from such pressure wave machines have been
milled various pockets in the
Normalerweise wird die Druckwellenmaschine mit bekannten Verfahren, beispielsweise Charakteristikenverfahren und Auslegungsberechnungen, auf den vom Verbrennungsmaschinen-Hersteller gewünschten Punkt, meist bei Nenndrehzahl des Motors, optimal ausgelegt, wobei dies entweder ohne Taschen oder auch mit einer oder zwei oder allen drei Taschen geschehen kann.Normally, the pressure wave machine with known Methods, such as characteristics method and Design calculations, by the combustion engine manufacturer desired point, usually at nominal speed of the Motors, optimally designed, this being either without pockets or with one or two or all three pockets can happen.
In Figur 2 ist, in Anlehnung an Figur 1, ein Hochdruck-Abgaskanal
3 dargestellt, der keinerlei Mittel zur
Beeinflussung des Hochdruck-Abgasstromes aufweist. Der Rotor
6 mit seinen Zellen 18 ist in abgewickelter Form dargestellt
und man erkennt ferner das Gasgehäuse 24, den Hochdruck-Abgaskanal
3 sowie den Niederdruck-Abgaskanal 4.In Figure 2, based on Figure 1, a high-
Ferner ist in Figur 2 die Gastasche 21 eingezeichnet, wie
sie beispielsweise in der eingangs erwähnten CH-A-681 738
vorhanden ist. Diese Gastasche sowie vor allem der dort
notwendigerweise vorhandene Steg 21 A zwischen Hochdruck-Abgaskanal
und Gastasche erzeugt zusätzliche Verluste,
besonders dann, wenn bei tiefen bis mittleren Drehzahlen,
Temperaturen und Durchsätzen ein Abblasen im Normalfall
unnötig ist.Further, in Figure 2, the
In den Figuren 4, 4A und 5, 5A der WO 99/11914, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird, ist eine Beeinflussung des Hochdruck-Abgaskanals mittels Schieber schematisch dargestellt.In Figures 4, 4A and 5, 5A of WO 99/11914, to the is expressly referred to, is an influence of the High-pressure exhaust gas ducts by means of a slide schematically shown.
Die Figuren 3 bis 6a der vorliegenden Erfindung beziehen
sich ebenfalls auf die Beeinflussung des Hochdruck-Abgasstromes.
In den Figuren 3 und 3A der vorliegenden
Erfindung ist der abgewickelte Rotor 40 mit den Zellen 41
dargestellt und, im Gegensatz zur Gastasche 21 in Figur 2,
eine als Gastasche dienende Aussparung 48 im Gasgehäuse 34
vorgesehen, die durch einen Schieber 49 verändert werden
kann, wie dies durch den Pfeil 50 angedeutet ist. In Figur
3A ist der Schieber 49 ganz in Pfeilrichtung eingerückt, so
dass der Hochdruck-Abgaskanal verbreitert ist, ohne dass ein
Steg entstanden ist. Durch eine geeignete und für einen
Fachmann berechenbare Steuerung kann der Schieber derart
verschoben werden, dass der Hochdruck-Abgaskanal dermassen
verbreitert wird, bis der Druck darin so weit abgesunken
ist, dass der durch den Druckwellenprozess erzeugte
Ladedruck auf das gewünschte Niveau absinkt.Figures 3 to 6a of the present invention relate
also on the influence of the high pressure exhaust stream.
In Figures 3 and 3A of the present
Invention is the unwound
In den Figuren 4 und 4A ist eine Variante des Schiebers
dargestellt, wobei es sich dabei um ein schwenkbares Teil 51
handelt, das an einem Scharnier 52 angelenkt ist und durch
eine ähnliche Steuerelektronik wie oben bewegt werden kann,
die eine Verbreiterung 53 des Abgashochdruckkanals bewirkt.In Figures 4 and 4A is a variant of the slider
shown, which is a pivotable part 51st
act, which is hinged to a
Da die gemäss WO 99/11914 dargestellte Vergrösserung des
Hochdruck-Abgaskanals mittels der Aussparungen 48 oder
Verbreiterungen 53 nicht ausreichend ist, um das Druckniveau
des Hochdruck-Abgases soweit abzusenken, dass der Druck in
diesem Hochdruck-Abgasteil das erwünschte Niveau nahe bei
Umgebungsdruck erreicht, werden zusätzliche Mittel zur
Druckreduktion benötigt.As shown in WO 99/11914 magnification of
High-pressure exhaust passage by means of the
Diese Mittel zur Druckreduktion enthalten die in den Figuren
3, 3A - 6, 6A dargestellte zusätzliche Leitung 54 -57. In
den Figuren 3, 3A ist dies der Verbindungskanal 54, der die
Leitung zwischen der Aussparung 48 und dem Hochdruck-Abgaskanal
35 herstellt. In Figur 3 ist der Schieber 49
geschlossen und damit sowohl die Aussparung als auch der
Verbindungskanal 54 geschlossen. In Figur 4A ist sowohl die
Aussparung als auch der Verbindungskanal 54 offen.These pressure reduction means include those in the figures
3, 3A-6, 6A show additional line 54-57. In
In FIGS. 3, 3A, this is the connecting
Durch diese freiwerdende Leitung 54 kann nun eine
zusätzliche Abgasmenge direkt in den praktisch unter
Umgebungsdruck stehenden Niederdruck-Abgaskanal 35
abgeblasen werden. Dadurch sinkt der Druck im Hochdruck-Abgaskanal
31 auf das gewünschte tiefere Niveau ab. Wichtig
ist, dass der freigegebene zusätzliche Verbindungskanal 54
erst öffnet, wenn eine genügend grosse Abgasmenge zuerst
durch die Vergrösserung des Hochdruck-Abgaskanals 31 direkt
in den Rotor abgeblasen wird, da sonst der Druckwellen-Prozess
gestört wird und somit die Spülung des Rotors
zusammenbricht und unerwünschtes Abgas zum Motor geleitet
wird.Through this liberated
Analog zu den Figuren 3, 3A ist in den Figuren 4, 4A ein
Verbindungskanal 55 eingezeichnet, der die Leitung zwischen
der als Gastasche dienenden Verbreiterung 53 und dem
Niederdruck-Abgaskanal 35 herstellt, wobei die Verbreiterung
53 und der Verbindungskanal 55 durch das schwenkbare Teil 51
verschlossen und geöffnet werden können.Analogous to the figures 3, 3A is in the figures 4, 4A a
In einer Variante zur Ausführung gemäss den Figuren 3, 3A
ist in den Figure 5, 5A schematisch ein Ventil 58
dargestellt, wie es z.B. in der CH-A-681 738 zur Steuerung
des Gastaschenzuflusses verwendet wird. Auch hier sorgt die
Steuerung dafür, dass das Ventil 58 erst soweit bewegt wird,
dass ein genügend grosser Anteil Hochdruckabgas 31 zur
Aufrechterhaltung der Rotorspülung in die Aussparung 48
umgeleitet wird. Das Ventil 58 wird dann weiter geöffnet und
eine Leitung 56 freigegeben. Diese Leitung 56 ist über einen
geeigneten Verbindungskanal mit dem Niederdruck-Abgaskanal
35 verbunden. Über diese Leitung 56 kann nun eine
zusätzliche Abgasmenge direkt in den praktisch unter
Umgebungsdruck stehenden Niederdruck-Abgaskanal 35
abgeblasen werden. Dadurch sinkt der Druck im Hochdruck-Abgaskanal
31 auf das gewünschte tiefere Niveau ab.In a variant of the embodiment according to FIGS. 3, 3A
is a
In den Figuren 6 und 6A wird schematisch eine Walze 59
dargestellt, wie sie in ähnlicher Form in der EP-A-0 210 328
zur Steuerung des Gastaschenzuflusses verwendet wird. Auch
hier wird die Walze 59 erst soweit bewegt, dass ein genügend
grosser Anteil Hochdruckabgas 31 zur Aufrechterhaltung der
Rotorspülung in die Verbreiterung 53 umgeleitet wird.FIGS. 6 and 6A schematically show a
Die Walze 59 wird dann weiter gedreht und gibt den
Verbindungskanal 57 frei. Der Verbindungskanal 57 ist mit
dem Niederdruck-Abgaskanal 35 verbunden. Über diese Leitung
kann nun eine zusätzliche Abgasmenge direkt in den praktisch
unter Umgebungsdruck stehenden Niederdruck-Abgaskanal 35
abgeblasen werden. Dadurch sinkt der Druck im Hochdruck-Abgaskanal
31 auf das gewünschte tiefere Niveau ab.The
Die gleichen Massnahmen können selbstverständlich auch bei
vorbekannten anderen Verfahren zur Regelung des Hochdruck-Abgasstroms
in die Gastaschen vorgenommen werden. In einer
weiteren Ausbildung der Erfindung kann bei allen möglichen
Anwendungen, entweder wie vorgehend beschrieben oder bei
Verwendung von an sich bekannten Gastaschen, der
zusätzliche, direkt vom Hochdruck-Abgaskanal 31 in den
Niederdruck-Abgaskanal 35 geleitete Abgasstrom über ein
zusätzliches Stellglied erfolgen, das beispielsweise durch
einen Mikroprozessor gesteuert ist. Dabei ist es
unerheblich, ob dieses zusätzliche Stellglied eine Klappe,
ein Ventil, eine Walze oder ein ähnliches Regelorgan zur
zusätzlichen Abblasung vom Hochdruck-Abgaskanal 31 in den
Niederdruck-Abgaskanal 35 aufweist. Wichtig ist jedoch, dass
steuerungstechnisch gewährleistet ist, dass zuerst der
Abgasstrom vom Hochdruck-Abgaskanal entweder durch eine
Verbreiterung des Hochdruck-Abgaskanals 31 wie in den
Figuren 4A und 5A dargestellt, oder durch eine teilweise
Umleitung des Abgasstromes in die Gastasche geführt wird,
bevor das zusätzliche Regelorgan die weitere Öffnung direkt
vom Hochdruck-Abgaskanal 31 in den Niederdruck-Abgaskanal 35
freigibt. Diese regelungstechnische Vorgehensweise wird zur
Aufrechterhaltung der Rotorspülung benötigt.Of course, the same measures can be applied to
previously known other methods for controlling the high pressure exhaust stream
be made in the gas pockets. In a
Further development of the invention can be used in all possible ways
Applications, either as previously described or at
Use of known gas pockets, the
additional, directly from the high-
Dabei ist von Vorteil, wenn auch nicht Bedingung, dass die Leitung vom Hochdruck-Abgaskanal in den Niederdruck-Abgaskanal von der Gastasche, bzw. Aussparung oder Verbreiterung aus geht.It is advantageous, although not a condition that the Line from the high-pressure exhaust duct into the low-pressure exhaust duct from the gas pocket, or recess or Broadening goes out.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass damit ein Verfahren zur Teillastverbrauchsreduktion von Hubkolbenmotoren mittels einer Wirkungsgradverbesserung an einer gasdynamischen Druckwellenmaschine ermöglicht wird. Das Verfahren kann dabei mit anderen Verfahren kombiniert, oder aber auch einzeln mittels thermodynamischer Verbesserung einer Druckwellenmaschine gemäss den Patentansprüchen verwendet werden.From the above description it is apparent that with it Method for partial load reduction of Reciprocating engines by means of an efficiency improvement a gas-dynamic pressure wave machine is made possible. The method can be combined with other methods, or also individually by means of thermodynamic Improvement of a pressure wave machine according to the Claims are used.
Es geht ferner daraus hervor, dass der Druck im Hochdruckabgaskanal und somit auch der Ladedruck sowie die negative Druckdifferenz über den Lader deutlich verringert werden. Da sich dadurch auch die negative Druckdifferenz über den Verbrennungsmotor verringert, kann mit diesem i Verfahren auch der Teillastkraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors reduziert werden. Zusätzlich entfällt bei Ottomotoren im Teillastbereich grösstenteils eine Drosselung mittels Drosselklappe, da der Ladedruck durch die fast vollständige Absenkung des Abgasdruckes dem Umgebungsdruck weitgehend entspricht. Dies bewirkt eine weitere Reduktion des Teillastverbrauchs. It also shows that the pressure in the Hochdruckabgaskanal and thus also the boost pressure and the negative pressure difference across the loader significantly reduced become. As a result, this also the negative pressure difference reduced by the internal combustion engine, can with this i Procedure also the partial load fuel consumption of Internal combustion engine can be reduced. In addition, at Gasoline engines in the partial load range largely throttling by throttle, since the boost pressure by the almost complete reduction of the exhaust gas pressure to the ambient pressure largely corresponds. This causes a further reduction of partial load consumption.
Die erfindungsgemässe Druckwellenmaschine ermöglicht es,
über den gesamten Bereich des Kennfeldes eines
Verbrennungsmotors sowohl die negative Druckdifferenz und
somit die erhöhte Ausstossarbeit des Verbrennungsmotors so
gering als möglich zu halten, als auch die Abblasemenge
soweit zu erhöhen, dass der Druck im Hochdruck-Abgaskanal
soweit gesenkt werden kann, dass auch der Druck im
Ladeluftkanal soweit verringert werden kann, dass eine
teilweise Schliessung der Drosselklappe des
Verbrennungsmotors im Teillastbereich entfallen kann. Die
Wirksamkeit der Erfindung ist insbesondere gegeben, wenn
gewährleistet werden kann, dass eine genügend grosse
Abgasmenge zuerst durch die Vergrösserung des Hochdruck-Abgaskanals
31, bzw. durch die Gastaschen, direkt in den
Rotor abgeblasen wird, da sonst der Druckwellenprozess
gestört wird und somit die Spülung des Rotors zusammenbricht
und unerwünschtes Abgas zum Motor geleitet wird. Dies ist
durch geeignete regelungtechnische Gestaltung der Erfindung
sicherzustellen.The pressure wave machine according to the invention makes it possible
over the entire area of the map of a
Internal combustion engine both the negative pressure difference and
thus the increased expulsion work of the internal combustion engine so
to keep low as possible, as well as the Abblasemenge
so far as to increase the pressure in the high-pressure exhaust duct
as far as can be lowered, that the pressure in the
Charge air duct can be reduced so far that a
partial closure of the throttle valve
Internal combustion engine can be omitted in the partial load range. The
Effectiveness of the invention is given in particular when
can be guaranteed that a sufficiently large
Exhaust gas quantity first by increasing the high-pressure
Claims (6)
- Gas dynamic pressure wave machine, which is designed to supply charge air to a internal combustion engine, with a rotor (6, 40) comprising a cell (18, 41), a low-pressure fresh air inlet channel (14), a high-pressure charge air channel (10) leading to the internal combustion engine (1), a high-pressure exhaust channel (3, 31) coming from the internal combustion engine and a low-pressure exhaust channel (4, 35), wherein the high-pressure exhaust channel (3, 31) and the low-pressure exhaust channel (4, 35) are arranged in a gas enclosure (24, 34) and the low-pressure fresh air inlet channel (14) and the high-pressure charge air channel (10) are arranged in an air enclosure, and the high-pressure exhaust channel (3, 31) on the rotor side has an enlarged section (21, 48, 53) from which a bypass duct (54 -57) leads to the low-pressure exhaust channel (4, 35), characterised in that the bypass duct (54-57) is regulated for maintaining the pressure wave process by suitable means such that firstly a portion of the exhaust flow is always conducted from the high-pressure exhaust channel (3, 31) into the enlarged section (21; 48; 53) before additional exhaust is conducted from the high-pressure exhaust channel (3; 31) to the low-pressure exhaust channel (4, 35) along the duct (54-57), whereby the enlarged section (21; 48; 53) comprises a cut-out (48) or widening (53) on the rotor side, which comprises means (49, 51, 58, 59) for varying the enlarged section (21; 48; 53) without forming a web, and whereby the means for varying the enlarged section (21, 48, 53) are designed in such a way that the aperture of the bypass duct (54-57) can also be changed.
- Gas dynamic pressure wave machine according to claim 1, characterised in that the aperture of the duct (54-57) can be varied by an actuating member.
- Gas dynamic pressure wave machine according to claim 2, characterised in that the actuating member is controlled by means of a microprocessor.
- Gas dynamic pressure wave machine according to one of claims 1 to 3, characterised in that the means for varying the cut out (48) and the aperture of the duct (56) comprise a valve (58), whereby in a displacement of the valve firstly a sufficient amount of the exhaust flow is conducted into the cut out (48), and with a further displacement of the valve the duct (56) is also opened into the low-pressure exhaust channel.
- Gas dynamic pressure wave machine according to one of claims 1 to 4, characterised in that the means for varying the widened section (53) of the high-pressure exhaust channel and the aperture of the duct (57) comprise a roller (59), which is controlled so that firstly a sufficiently large amount of the exhaust flow is conducted into the widened section (53) and with a further rotation the duct (57) is also opened in the low-pressure exhaust channel.
- Gas dynamic pressure wave machine according to one of claims 1 to 5, characterised in that it comprises a device for controlling a branching from the high-pressure exhaust channel to the enlarged section or to the gas pocket channel.
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