EP1548280B1 - Piston compressor - Google Patents
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- EP1548280B1 EP1548280B1 EP04030336A EP04030336A EP1548280B1 EP 1548280 B1 EP1548280 B1 EP 1548280B1 EP 04030336 A EP04030336 A EP 04030336A EP 04030336 A EP04030336 A EP 04030336A EP 1548280 B1 EP1548280 B1 EP 1548280B1
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- F04B27/12—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having plural sets of cylinders or pistons
Definitions
- the invention relates to a reciprocating compressor, which is particularly suitable for charging an internal combustion engine.
- the charging of internal combustion engines is not only a proven means of increasing torque and performance, but also to reduce consumption in part-load operation of an internal combustion engine with predetermined maximum power.
- the charging of diesel engines is particularly advantageous, since in diesel engines existing in gasoline engines knocking problems are not present.
- turbocharging the energy contained in the exhaust gas of an internal combustion engine is used to drive a turbocharger, which drives a turbine that supplies compressed air to the internal combustion engine.
- turbocharger which drives a turbine that supplies compressed air to the internal combustion engine.
- the compressor is driven by its own drive, for example the crankshaft of the internal combustion engine to be supercharged, or another engine, for example an electric motor, in order to compress the air supplied to the internal combustion engine.
- Different types of externally driven compressors are known, for example Routs blower, spiral loader or reciprocating compressor.
- US 4,486,157 describes a reciprocating compressor with a double-acting piston whose wall connecting the piston crowns is formed with a transverse to the direction of movement of the piston slot in which a crank pin of a drive shaft engages.
- a working chamber is formed within the cylinder, which is connected to the environment via each designed as a spring-loaded check valve inlet valve and exhaust valve.
- the invention has for its object to provide a particular suitable for charging an internal combustion engine reciprocating compressor, which has a high efficiency with a simple structure.
- crankshafts extend transversely to the direction of movement of the piston between its bottoms, so that the area of the piston which is effective for compression or air delivery is not reduced by the crankshafts. Furthermore, the two crankshafts rotate in opposite directions and at the same speed, so that the oscillations emanating from a conventional crankshaft drive can be compensated for and the reciprocating compressor, despite its high delivery volume, runs with low vibration, which is advantageous for the supercharging of vehicle internal combustion engines.
- a reciprocating compressor according to the invention has a double-sided cylinder 2 closed by end walls, in which a piston 4 can be moved back and forth.
- the piston 4 includes two mutually spaced piston bottoms 6 and 8, which are advantageously equipped at their peripheral edges for sealing with piston rings and the two inside the cylinder 2 working chambers 10 and 12 separate.
- the two piston plates 6 and 8 are connected by struts 14 rigidly together, for example screwed.
- On the mutually facing inner sides of the piston heads 6 and 8 guide surfaces 16 and 17 are formed, which serve to guide sliding blocks 18.
- the cylinder 2 is received in a housing 32 by means of brackets forming partitions 28 and 30.
- the housing 32 has at least one suction opening 34 and an ejection opening 36, wherein, as can be seen, between the outer housing 32 and the Cylinder 2 formed by the partition walls 28 and 30 is divided so that an inlet channel 38 is formed which connects the suction port 34 with the inlet valves 20 and 22 or of these selectively open or closed, leading into the working chambers 10 and 12 inlet openings, and an exhaust passage 40 is formed which connects the exhaust valves 24, 26, or selectively open or closed exhaust ports of the working chambers 10 and 12, to the exhaust port 36.
- FIG. 1 the direction of movement of the piston 4 is horizontal. In FIGS. 2 to 8, it is perpendicular, so that the representations of FIGS. 2 to 8 in accordance with the arrangement according to FIG. Fig. 1 are rotated by 90 °.
- FIGS. 2 and 3 show perspective views of the piston 4, each with two crankshafts 42 and 44 traversing the pistons.
- the axles of the crankshafts which are stationary relative to the cylinder 2 and the housing 32 are designated A in FIG.
- Each crankshaft has at least one each eccentrically to its axis arranged crank pulley 46 and 48, which cooperates with the sliding blocks 18, along the guide surfaces 16, 17 of the piston heads 6 and 8 linearly perpendicular to the axes of the crankshafts are displaced, so that a Gleitstein- or gate guide is created, with the circumferential eccentric movement of the crank disks in a conventional manner in an oscillating movement of the guided inside the cylinder 2 piston can be converted.
- the sliding blocks are advantageously divided for easy mounting.
- FIG. 4 shows the crankshafts 42 and 44 in a design for two respective cylinders 2 arranged behind one another within a housing 32 (FIG. 1), in each of which a piston 4 operates.
- each piston on the crankshaft 42 is associated with two crank disks 46 and on the crankshaft 44 a crank disk 48 which cooperates with corresponding sliding blocks 18.
- the crank disks 46 and 48 are axially offset from each other, so that their trajectories pass radially, whereby a smaller distance between the crankshafts 42 and 44 is possible.
- the crankshafts 42 and 44 are provided in a conventional manner with balancing weights 50 and 52, respectively.
- crankshafts 42 and 44 may be mounted, for example, in each case in the wall of the cylinder 2.
- crankshafts cam 54 and 56 To drive the valves 20, 22, 24 and 26, the crankshafts cam 54 and 56, with which the valves are actuated via actuators.
- a gearwheel 58 or 60 is connected in each case to one end of the crankshaft in a rotationally fixed manner to the respective crankshaft.
- the gears 58 and 60 are equal in size and mesh with each other, so that the crankshafts 42 and 44 rotate in opposite directions at the same speed.
- the gears 58, 60 serve as elements of a gear pump, which is arranged in a coolant and / or lubricant circuit of the compressor.
- Fig. 5 shows the gem.
- FIG. 6 shows a perspective view of sections of a left side of the crankshafts 42, 44 arranged according to the figure, a cylinder associated crank / valve train.
- cams 54 and 56 are formed on each crankshaft 42 and 44 on both sides outside of the cylinder, with which roller tappets 62 and 64 cooperate, each actuating a cylinder-like cross-over valve member 66 and 68 respectively.
- the left valve member 66 shown in FIG. 6 actuates a plurality of inlet valves 20 (FIG. 1).
- the right valve member 68 actuates a plurality of exhaust valves 24.
- the valves are forcibly guided on the respective valve members.
- four intake valves and four exhaust valves are arranged on an end wall of the cylinder 2 in the illustrated example and are actuated by means of a respective valve member.
- valves 20, 22 and the outlet valves 24, 26 are opposite each other, they are arranged on the left side or right side (FIG. 1) or above or below the piston (FIGS. 2 to 8) Valve drives arranged the same or mirror symmetry.
- the intake valves and the exhaust valves are each actuated by 180 ° out of phase with respect to the rotation of the crankshafts, so that in opposite directions rotation of the juxtaposed crankshafts 42, 44 at the same speed and appropriate design of the cam 54, 56 results in an in-phase actuation of the respective valves.
- valve members 66 and 68 are guided in a linearly movable guides not shown in the housing and are reciprocated by the cams 54 and 56 against the force of the springs 70 and 72, which are supported between the housing 32 and the respective valve member ,
- the bridge-type valve member 66 (FIG. 9) actuating the exhaust valves 20 includes for each exhaust valve a pilot passage 74 through which the stem of the exhaust valve 20 extends and which leads into a recess 76 in which the stem of the valve terminates. Between an end flange 78 of the valve stem and the valve member 66, a valve spring 80 is supported, which urges the exhaust valve 20 in the closed position. The end flange 28 opposite a threaded pin 82 is screwed into the valve member 66, which serves for clearance adjustment.
- the valve member 68 actuating the exhaust valves 24 also has, for each exhaust valve 24, a pilot passage 84 through which the valve stem extends.
- the valve stem 84 terminates in an example screwed with him stop 86, the distance from the valve disc to the game setting is adjustable.
- a valve spring 88 is supported between the valve member 68 and the valve.
- FIGS. 9 and 10 which can be varied in many ways, it is achieved that no separate housing-fixed guide is required for the valve stems that the inlet valves 20 as shown in FIG. 9 in each case during a downward movement of the valve member 66 are opened and the exhaust valves 24 are opened as shown in FIG. 10 at a movement of the valve member 68 upwards.
- the inlet valve 20 at strong Vacuum in the associated working chamber opens without the valve member 66 being moved and / or the exhaust valve 24 opening at high overpressure in the associated working chamber without the valve member 68 being moved.
- roller tappet 62 with roller 88 mounted in it and housing-fixed guide 90.
- FIG. 13 shows a section of the two crankshafts 42 and 44 with the cams 54 and 56.
- the crankshaft 42 has only one crank disk 46
- the crankshaft 44 has two crank disks 48.
- the cam 54 which actuates the inlet valves associated with the roller tappets or bridge members 66, as a "negative cam” is formed, the bridge member 66 is normally in the position gem.
- Fig. 9 urges against the springs 70 and causes only in its smaller diameter cam portion to take place as shown in Fig. 9 downward movement of the valve member 66 to open the inlet valve 20.
- the exhaust valves associated cam 56 of the crankshaft 44 is formed as a normal cam with a diameter enlarged cam lobe.
- the cylinder 2 are then attached, each consisting of two centrally divided halves. Subsequently, the valve trains are mounted in each mounted on the cylinders mounting surfaces and the entire assembly is assembled in the housing 32 also formed in two parts.
- the cylinder halves and the housing halves may be integrally formed with each other.
- FIG. 14 shows a piston compressor 92 according to the invention flanged to the intake side of a motor housing or cylinder head 94 of an internal combustion engine.
- 96 denotes a pulley for driving one of the crankshafts.
- an intake assembly may be flanged in addition, which may include, for example, a throttle valve and / or a device for measuring the inflowing air amount, etc.
- the compressor is operated in two-stroke operation.
- the piston 4 moves from left to right according to FIG. 1, above all the inlet valve 20 and the outlet valve 26 are actuated such that fresh air flows into the working chamber 10 and fresh air compressed from the working chamber 20 is ejected at a suitable pressure level.
- the inlet valve 22 and the outlet valve 24 are advantageously in the movement from left to right of the piston 4 to.
- the actuations of the valves occur in opposite directions, i. the fresh charge flow is then determined by the inlet valve 22 and outlet valve 24, whereas valves 20 and 26 are preferred.
- the intake valves and exhaust valves can be controlled by suitable, per se known, phase adjustment and / or Hubverstell landmarken such that the delivered air flow (air mass flow) to the respective, required for an internal combustion engine operating conditions and the compressor by appropriate appropriate Setting the respective opening and closing times of the valves relative to the dead centers of the piston movement works with high efficiency.
- the reciprocating compressor according to the invention works, even if it contains only one cylinder and arranged therein, a double-acting piston, with high efficiency and low pressure pulsations.
- the formation of the piston with two mutually spaced piston crowns, between which the crank mechanism is arranged not only has the advantage that the crankshaft and its lubrication is completely separate from the work spaces, but also allows easy storage of the crankshaft (s) in the cylinder wall.
- the reciprocating compressor may include any number of cylinders having pistons therein, with the individual cylinders being operated out of phase so as to achieve minimum pressure pulsations.
- the possible small stroke / bore ratio allows low piston speeds, which favorably affects the durability.
- the design allows for large cross-sections of the intake and exhaust valves relative to the cylinder cross-section, allowing the compressor to operate with low flow resistance.
- the loader can be flange-mounted directly on the cylinder head or a suction pipe of an engine to be charged.
- the housing 32 may have along its length a plurality of discharge ports 36 connected within the housing that lead directly into the intake ports of the individual cylinders.
- a suction part can be flanged in front of the compressor, which contains, for example, a throttle cap, contains a connection for exhaust gas recirculation or from which a bypass line emanates, which leads bypassing the compressor directly into a suction pipe of the internal combustion engine.
- the design allows for a high surface-to-volume ratio in relation to the stroke volume, whereby large charge exchange valves are possible.
- the crank mechanism may include one or more crankshafts, wherein the implementation of the rotational movement of the crankshaft (s) in a reciprocating motion of the piston via a variety of known mechanisms can be done.
- the mechanism described by means of sliding or sliding blocks is easy to install, works friction and leads to a soft, sinusoidal movement of the piston.
- the described embodiment with two counter-rotating crankshafts can work as Lancester compensation, with oscillating, sinusoidal mass forces of piston and sliding blocks in the crank mechanism of each piston are completely compensated. Furthermore, each individual cylinder is balanced, so that no cylinder dynamic mass forces are introduced into the housing. Furthermore, there are no outwardly acting mass forces outside of the housing, so that the compressor according to the invention operates very low vibration.
- crankpin and the crank disks with mutual axial offset leads on the one hand to a compact design and on the other hand, to a low mechanical stress and thus high speed resistance of the crank mechanism.
- the gears 58 and 60 at the ends of the crankshafts serve for synchronization and power transmission between the crankshafts.
- the gears can also be replaced by belting means, such as a toothed belt. Only one crankshaft has to be driven from one end, for example by means of the pulley 96 (FIG. 14).
- the gears 58 and 60 may be used as elements of a gear pump capable of delivering a cooling / lubricating fluid circulating in channels formed in the compressor.
- a gear pump capable of delivering a cooling / lubricating fluid circulating in channels formed in the compressor.
- at least the working chamber 10 and 12 bounding walls of the cylinder are cooled, wherein the short zoneleitwege for a provide efficient cooling.
- the loader may additionally have an internal heat exchanger arranged in front of the discharge opening 36. Alternatively or additionally, the compressed air can flow through an external heat exchanger before it enters the internal combustion engine.
- the advantageously integrally formed lubricant / coolant circuit of the supercharger can be connected to the internal combustion engine or be formed separately therefrom.
- an important aspect of the compressor according to the invention is that, on the one hand, the compressed air flowing through the discharge opening 36 is free of any lubricant and, on the other hand, is as cool as possible. It is advantageous for both that the two crankshafts, which are at the same time camshafts, are guided between the piston bottoms and are mounted in the cylinder 2 by means of easily sealable bearings, so that inside the piston an outwardly dense lubricant space is formed, the liquid lubricant serves as a coolant through which crankshafts can be supplied simultaneously.
- the lubricant / coolant can effectively cool the piston crowns from the inside. It will be understood that fluid return is formed through channels passing through the cylinder wall, the space between the cylinder and the housing and the housing, so that the coolant / lubricant circulates.
- Shaft guides for the roller tappets 64 may be lubricated by wetting the crankshafts so that the lubricant does not enter the fresh air.
- Advantageous are very hard ram stem ends or contact surface combinations.
- the charger according to the invention advantageously operates in the two-stroke process.
- the intake and exhaust valves can be operated in a variety of ways. In the embodiment, they can not only be operated via the valve members with appropriate dimensioning of the springs, but also work as check valves, the intake valves open at negative pressure in the respective working chamber and open the exhaust valves at overpressure. In alternative embodiments, only the intake valves or only the exhaust valves may be formed as check valves and the other valves may be actuated by the one or more crankshafts.
- the intake and / or exhaust valves can also be controlled by means of per se known valve actuation mechanisms, for example by changing the effective tap lever and / or the Abgriffswinkel that their opening or closing function is variable, and / or can in the open or closed position being held.
- the speed of the crankshaft of the compressor may be rigidly coupled to the crankshaft of an internal combustion engine. Between the supercharged internal combustion engine and the compressor, a transmission with stepwise or continuously adjustable ratio can be arranged be. By means of a clutch, the compressor can be completely disconnected from the internal combustion engine.
- the delivery rate of the compressor can also be varied by variable actuation of the valves, with valves in the open position having a low-flow path from the intake opening 34 to the discharge opening 36 (FIG. 1).
- fresh air can be supplied via a bypass line.
- the delivery rate of the loader can be changed as required by controllable openings in the partitions 28 and 30.
- the inlet opening 34 may be preceded by a throttle valve.
- each of the crankshafts may be provided with two or more crankshafts associated with each piston.
- valves can also be operated completely independently of the rotation of the crankshaft by its own drives, such as electromagnetic, hydraulic or other suitable drives. Instead of the two crankshafts, only one crankshaft can extend through each piston, etc.
- the compressor offers numerous possibilities for controlling maximum compression of the air via light compression, no compression up to the recoil, in which the compressor is used for braking.
- the compressor or supercharger according to the invention is suitable for charging all types of internal combustion engines, two-stroke engines, four-stroke engines or machines operating with different timing, gasoline engines, diesel engines, gas engines, etc.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenverdichter, der insbesondere zum Aufladen einer Brennkraftmaschine geeignet ist.The invention relates to a reciprocating compressor, which is particularly suitable for charging an internal combustion engine.
Die Aufladung von Brennkraftmaschinen ist nicht nur ein bewährtes Mittel zur Drehmoment- und Leistungssteigerung, sondern auch zur Absenkung des Verbrauches im Teillastbetrieb einer Brennkraftmaschine mit vorgegebener Höchstleistung. Die Aufladung von Dieselmotoren ist besonders vorteilhaft, da bei Dieselmotoren die bei Ottomotoren bestehenden Klopfprobleme nicht vorhanden sind.The charging of internal combustion engines is not only a proven means of increasing torque and performance, but also to reduce consumption in part-load operation of an internal combustion engine with predetermined maximum power. The charging of diesel engines is particularly advantageous, since in diesel engines existing in gasoline engines knocking problems are not present.
Für die Aufladung gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten, die auch in Kombination eingesetzt werden. Bei der Abgasturboaufladung wird die im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltene Energie zum Antrieb eines Turboladers benutzt, der eine Turbine antreibt, die der Brennkraftmaschine verdichtete Luft zuführt. Bei der sogenannten Fremdaufladung wird der Verdichter von einem eigenen Antrieb, beispielsweise der Kurbelwelle der aufzuladenden Brennkraftmaschine, oder einem sonstigen Motor, beispielsweise Elektromotor, angetrieben, um die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft zu verdichten. Es sind unterschiedliche Arten von fremdangetriebenen Verdichtern bekannt, beispielsweise Routs-Gebläse, Spirallader oder auch Kolbenverdichter.For charging there are two fundamentally different options, which are also used in combination. In turbocharging, the energy contained in the exhaust gas of an internal combustion engine is used to drive a turbocharger, which drives a turbine that supplies compressed air to the internal combustion engine. In so-called external charging, the compressor is driven by its own drive, for example the crankshaft of the internal combustion engine to be supercharged, or another engine, for example an electric motor, in order to compress the air supplied to the internal combustion engine. Different types of externally driven compressors are known, for example Routs blower, spiral loader or reciprocating compressor.
Im Oberbegriff des Anspruchs 1 wird von einem Hubkolbenverdichter ausgegangen, wie er in der WO 03/087577 A1 beschrieben ist. Bei diesem Hubkolbenverdichter sind die Kolben ringförmig um eine Welle angeordnet, mit der eine Taumelscheibe drehfest verbunden ist, die die axiale Bewegung der Kolben herbeiführt. Solche Taumelscheibenantriebe sind in ihrem Aufbau verhältnismäßig kompliziert und reibungsbehaftet. Des weiteren ist, da die Welle zentral innerhalb des Hubkolbenverdichters angeordnet ist und sich in der axialen Richtung des Hubkolbenverdichters bzw. in Bewegungsrichtung der Kolben erstreckt, das Fördervolumen des Hubkolbenverdichters bezogen auf den Durchmesser eingeschränkt.In the preamble of claim 1 is based on a reciprocating compressor, as described in WO 03/087577 A1. In this reciprocating compressor, the pistons are arranged in a ring around a shaft with which a swash plate is rotatably connected, which causes the axial movement of the piston. Such swash plate drives are relatively complicated in structure and frictional. Furthermore, since the shaft is arranged centrally within the reciprocating compressor and extends in the axial direction of the reciprocating compressor or in the direction of movement of the piston, the delivery volume of the reciprocating compressor is limited relative to the diameter.
In der US 5,219,273 ist ein Hubkolbenverdichter beschrieben, dessen Kolben ähnlich wie bei der vorgenannten WO 03/087577 A1 von einer Taumelscheibe für eine Hin- und Herbewegung angetrieben sind.A reciprocating compressor is described in US Pat. No. 5,219,273, the pistons of which are driven by a swashplate for a reciprocating movement, similar to the aforementioned WO 03/087577 A1.
Die US 4,486,157 beschreibt einen Hubkolbenverdichter mit einem doppelt wirkenden Kolben, dessen die Kolbenböden verbindende Wand mit einem quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens gerichteten Schlitz ausgebildet ist, in den ein Kurbelzapfen einer Antriebswelle eingreift. An jeder Stirnseite des Kolbens ist innerhalb des Zylinders eine Arbeitskammer ausgebildet, die mit der Umgebung über je ein als Feder-belastetes Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil und Auslassventil verbunden ist.US 4,486,157 describes a reciprocating compressor with a double-acting piston whose wall connecting the piston crowns is formed with a transverse to the direction of movement of the piston slot in which a crank pin of a drive shaft engages. On each end face of the piston, a working chamber is formed within the cylinder, which is connected to the environment via each designed as a spring-loaded check valve inlet valve and exhaust valve.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere zum Aufladen einer Brennkraftmaschine geeigneten Hubkolbenverdichter zu schaffen, der bei einfachem Aufbau einen hohen Wirkungsgrad hat.The invention has for its object to provide a particular suitable for charging an internal combustion engine reciprocating compressor, which has a high efficiency with a simple structure.
Diese Aufgabe wird mit einem Hubkolbenverdichter gemäß dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with a reciprocating compressor according to claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Hubkolbenverdichter erstrecken sich zwei Kurbelwellen quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens zwischen dessen Böden hindurch, sodass die für eine Verdichtung bzw. Luftförderung wirksame Fläche des Kolbens durch die Kurbelwellen nicht vermindert ist. Des weiteren drehen sich die beiden Kurbelwellen gegensinnig und mit gleicher Drehzahl, so dass die von einem üblichen Kurbeltrieb ausgehenden Schwingungen kompensiert werden können und der Hubkolbenverdichter trotz seines hohen Fördervolumens vibrationsarm läuft, was für die Aufladung von Fahrzeugbrennkraftmaschinen vorteilhaft ist.In the reciprocating compressor according to the invention, two crankshafts extend transversely to the direction of movement of the piston between its bottoms, so that the area of the piston which is effective for compression or air delivery is not reduced by the crankshafts. Furthermore, the two crankshafts rotate in opposite directions and at the same speed, so that the oscillations emanating from a conventional crankshaft drive can be compensated for and the reciprocating compressor, despite its high delivery volume, runs with low vibration, which is advantageous for the supercharging of vehicle internal combustion engines.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfmdungsgemäßen Hubkolbenverdichters gerichtet.The subclaims are directed to advantageous embodiments and developments of the inventive reciprocating compressor.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
- Fig. 1
- einen schematischen Querschnitt durch einen Hubkolbenverdichter,
- Fig. 2 und 3
- unterschiedliche perspektivische Ansichten eines Kolbens mit den Kolben durchragenden Kurbelwellen,
- Fig. 4
- eine perspektivische Ansicht zweier Kurbelwellen für einen zweizylindrigen Hubkolbenverdichter,
- Fig. 5
- die Kurbelwellen gemäß Fig. 4 mit zugehörigen Kolben,
- Fig. 6 bis 8
- unterschiedliche perspektivische Ansichten eines an einer Seite der Kurbelwellen angeordneten, einem Zylinder zugehörenden Kurbel-/Ventiltriebs,
- Fig. 9
- ein Einlassventil im Zusammenwirken mit einem Ventilglied,
- Fig. 10
- ein Auslassventil im Zusammenwirken mit einem Ventilglied,
- Fig. 11
- eine perspektivische Ansicht eines Rollenstößels,
- Fig. 12
- eine perspektivische Ansicht des Rollenstößels gemäß Fig. 11 aus anderer Perspektive,
- Fig. 13
- Details des Nocken- und Kurbeltriebs, und
- Fig. 14
- eine perspektivische Ansicht eines am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeflanschten erfindungsgemäßen Verdichters.
They show:
- Fig. 1
- a schematic cross section through a reciprocating compressor,
- FIGS. 2 and 3
- different perspective views of a piston with the piston protruding crankshafts,
- Fig. 4
- a perspective view of two crankshafts for a two-cylinder reciprocating compressor,
- Fig. 5
- the crankshafts according to FIG. 4 with associated pistons,
- Fig. 6 to 8
- different perspective views of a arranged on one side of the crankshafts, a cylinder associated crank / valve train,
- Fig. 9
- an inlet valve in cooperation with a valve member,
- Fig. 10
- an exhaust valve in cooperation with a valve member,
- Fig. 11
- a perspective view of a roller tappet,
- Fig. 12
- a perspective view of the roller tappet of FIG. 11 from a different perspective,
- Fig. 13
- Details of the cam and crank drive, and
- Fig. 14
- a perspective view of a flanged to the cylinder head of an internal combustion engine compressor according to the invention.
Gemäß Fig. 1 weist ein erfmdungsgemäßer Hubkolbenverdichter einen beidseitigen durch Stirnwände verschlossenen Zylinder 2 auf, in dem ein Kolben 4 hin und her beweglich ist. Der Kolben 4 enthält zwei in gegenseitigen Abstand angeordnete Kolbenböden 6 und 8, die vorteilhafterweise an ihren Umfangsrändern zur Abdichtung mit Kolbenringen bestückt sind und die im Inneren des Zylinders 2 zwei Arbeitskammern 10 und 12 abtrennen. Die beiden Kolbenböden 6 und 8 sind über Streben 14 starr miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt. An den einander zugewandten Innenseiten der Kolbenböden 6 und 8 sind Führungsflächen 16 und 17 ausgebildet, die zur Führung von Gleitsteinen 18 dienen.According to FIG. 1, a reciprocating compressor according to the invention has a double-
In den Stirnwänden des Zylinders 2 sind Öffnungen für jeweils wenigstens ein Einlassventil 20 bzw. 22 und Auslassventil 24 bzw. 26 ausgebildet.In the end walls of the
Der Zylinder 2 ist mittels Halterungen, die Trennwände 28 und 30 bilden, in einem Gehäuse 32 aufgenommen. Das Gehäuse 32 weist wenigstens eine Ansaugöffnung 34 und eine Ausstoßöffnung 36 auf, wobei, wie ersichtlich, ein zwischen dem Außengehäuse 32 und dem Zylinder 2 gebildeter Zwischenraum durch die Trennwände 28 und 30 derart unterteilt ist, dass ein Einlasskanal 38 gebildet ist, der die Ansaugöffnung 34 mit den Einlassventilen 20 und 22 bzw. von diesen wahlweise geöffneten oder geschlossenen, in die Arbeitskammern 10 und 12 führenden Einlassöffnungen verbindet, und ein Auslasskanal 40 gebildet ist, der die Auslassventile 24, 26 bzw. von diesen wahlweise geöffneten oder verschlossenen Auslassöffnungen der Arbeitskammern 10 und 12 mit der Ausstoßöffnung 36 verbindet.The
In Fig. 1 ist die Bewegungsrichtung des Kolbens 4 waagerecht. In den Fig. 2 bis 8 ist sie senkrecht, so dass die Darstellungen der Fig. 2 bis 8 in Anwendung auf die Anordnung gem. Fig. 1 um 90° gedreht werden.In Fig. 1, the direction of movement of the piston 4 is horizontal. In FIGS. 2 to 8, it is perpendicular, so that the representations of FIGS. 2 to 8 in accordance with the arrangement according to FIG. Fig. 1 are rotated by 90 °.
Die Fig. 2 und 3 zeigen perspektivische Ansichten des Kolbens 4 mit jeweils zwei den Kolben durchquerenden Kurbelwellen 42 und 44. Die relativ zum Zylinder 2 bzw. dem Gehäuse 32 ortsfesten Achsen der Kurbelwellen sind in Fig. 1 mit A bezeichnet. Jede Kurbelwelle weist wenigstens je eine exzentrisch zu ihrer Achse angeordnete Kurbelscheibe 46 bzw. 48 auf, die mit den Gleitsteinen 18 zusammenwirkt, die längs der Führungsflächen 16, 17 der Kolbenböden 6 und 8 linear senkrecht zu den Achsen der Kurbelwellen verschiebbar sind, so dass eine Gleitstein- bzw. Kulissenführung geschaffen ist, mit der die umlaufende exzentrische Bewegung der Kurbelscheiben in an sich bekannter Weise in eine oszillierende Bewegung des innerhalb des Zylinders 2 geführten Kolbens umgewandelt werden kann. Die Gleitsteine sind vorteilhafterweise zur einfachen Montierbarkeit unterteilt.FIGS. 2 and 3 show perspective views of the piston 4, each with two
Fig. 4 zeigt die Kurbelwellen 42 und 44 in einer Ausbildung für jeweils zwei innerhalb eines Gehäuses 32 (Fig. 1) hintereinander angeordnete Zylinder 2, in denen jeweils ein Kolben 4 arbeitet. Im dargestellten Beispiel sind jedem Kolben an der Kurbelwelle 42 zwei Kurbelscheiben 46 und an der Kurbelwelle 44 eine Kurbelscheibe 48 zugeordnet, die mit entsprechenden Gleitsteinen 18 zusammenarbeiten. Wie ersichtlich, sind die Kurbelscheiben 46 und 48 axial gegeneinander versetzt, so dass sich ihre Bewegungsbahnen radial durchdringen, wodurch ein kleinerer Abstand zwischen den Kurbelwellen 42 und 44 möglich ist. Zum Massenausgleich der oszillierenden Kräfte sind die Kurbelwellen 42 und 44 in an sich bekannter Weise mit Ausgleichsmassen 50 bzw. 52 versehen.FIG. 4 shows the
Die Kurbelwellen 42 und 44 können beispielsweise jeweils in der Wandung der Zylinder 2 gelagert sein.The
Zum Antrieb der Ventile 20, 22, 24 und 26 weisen die Kurbelwellen Nocken 54 und 56 auf, mit denen über Betätigungsglieder die Ventile betätigt werden. Damit von extern nur eine der Kurbelwellen 42, 44 angetrieben werden muss, ist an jeweils einem Ende der Kurbelwelle drehfest ein Zahnrad 58 bzw. 60 mit der jeweiligen Kurbelwelle verbunden. Die Zahnräder 58 und 60 sind gleich groß und kämmen ineinander, so dass die Kurbelwellen 42 und 44 sich gegensinnig mit gleicher Drehzahl drehen. Vorteilhafterweise dienen die Zahnräder 58, 60 als Elemente einer Zahnradpumpe, die in einem Kühlmittel- und/oder Schmiermittelkreislauf des Verdichters angeordnet ist.To drive the
Die Fig. 5 zeigt die mit den Kurbelwellen gem. Fig. 4 zusammengebauten Kolben.Fig. 5 shows the gem. Fig. 4 assembled piston.
Die Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht Ausschnitte eines gemäß der Figur linksseitig der Kurbelwellen 42, 44 angeordneten, einem Zylinder zugeordneten Kurbel-/Ventiltriebs.6 shows a perspective view of sections of a left side of the
Im dargestellten Beispiel sind an jeder Kurbelwelle 42 bzw. 44 beidseitig außerhalb des Zylinders Nocken 54 bzw. 56 ausgebildet, mit denen Rollenstößel 62 bzw. 64 zusammen arbeiten, die jeweils ein den Zylinder brückenartig übergreifendes Ventilglied 66 bzw. 68 betätigen. Das gemäß Fig. 6 linke Ventilglied 66 betätigt mehrere Einlassventile 20 (Fig. 1). Das rechte Ventilglied 68 betätigt mehrere Auslassventile 24. Im dargestellten Beispiel sind die Ventile an den jeweiligen Ventilgliedern zwangsgeführt. Wie ersichtlich, sind im dargestellten Beispiel jeweils vier Einlassventile und vier Auslassventile an einer Stirnwand des Zylinders 2 angeordnet und werden mittels je eines Ventilgliedes betätigt.In the example shown,
Da sich, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Einlassventile 20, 22 und die Auslassventile 24, 26 jeweils gegenüberliegen, sind die linkseitig bzw. rechtsseitig (Fig. 1) oder oberhalb bzw. unterhalb der Kolben (Fig. 2 bis 8) angeordneten Ventiltriebe einander gleich bzw. spiegelsymmetrisch angeordnet.Since, as can be seen in FIG. 1, the
Wenn der Verdichter im Zweitaktbetrieb betrieben wird, werden die Einlassventile und die Auslassventile bezüglich der Drehung der Kurbelwellen jeweils um etwa 180° phasenverschoben betätigt, so dass sich bei gegensinniger Drehung der nebeneinander angeordneten Kurbelwellen 42, 44 mit gleicher Drehzahl und zweckentsprechender Ausbildung des Nocken 54, 56 eine phasenrichtige Betätigung der jeweiligen Ventile ergibt.When the compressor is operated in two-stroke operation, the intake valves and the exhaust valves are each actuated by 180 ° out of phase with respect to the rotation of the crankshafts, so that in opposite directions rotation of the juxtaposed
Die Ventilglieder 66 bzw. 68 sind in nicht dargestellten gehäusefesten Führungen linear beweglich geführt und werden von den Nocken 54 bzw. 56 gegen die Kraft der Federn 70 bzw. 72, die sich zwischen dem Gehäuse 32 und dem jeweiligen Ventilglied abstützen, hin- und herbewegt.The
Das brückenartige Ventilglied 66 (Fig. 9), das die Auslassventile 20 betätigt, enthält für jedes Auslassventil einen Führungsdurchlass 74, durch den sich der Schaft des Auslassventils 20 hindurch erstreckt und der in eine Ausnehmung 76 führt, in der der Schaft des Ventils endet. Zwischen einem Endflansch 78 des Ventilschafts und dem Ventilglied 66 stützt sich eine Ventilfeder 80 ab, die das Auslassventil 20 in Schließstellung drängt. Dem Endflansch 28 gegenüberliegend ist in das Ventilglied 66 eine Madenschraube 82 eingeschraubt, die zur Spieleinstellung dient.The bridge-type valve member 66 (FIG. 9) actuating the
Das die Auslassventile 24 betätigende Ventilglied 68 (Fig. 10) weist ebenfalls für jedes Auslassventil 24 einen Führungsdurchlass 84 auf, durch den sich der Ventilschaft hindurch erstreckt. Der Ventilschaft 84 endet in einem beispielsweise mit ihm verschraubten Anschlag 86, dessen Abstand vom Ventilteller zur Spieleinstellung einstellbar ist. Zwischen dem Ventilglied 68 und dem Ventil stützt sich eine Ventilfeder 88 ab.The
Mit der in den Fig. 9 und 10 beschriebenen Konstruktion, die in vielfältiger Weise abgeändert werden kann, wird erreicht, dass für die Ventilschäfte keine eigene gehäusefeste Führung erforderlich ist, dass die Einlassventile 20 gemäß Fig. 9 jeweils bei einer Bewegung nach unten des Ventilglieds 66 geöffnet werden und die Auslassventile 24 gemäß Fig. 10 bei einer Bewegung des Ventilglieds 68 nach oben geöffnet werden. Zusätzlich kann durch entsprechende Dimensionierung der Federn 80 bzw. 88 erreicht werden, dass das Einlassventil 20 bei starkem Unterdruck in der zugehörigen Arbeitskammer öffnet, ohne dass das Ventilglied 66 bewegt wird und/oder dass das Auslassventil 24 bei starkem Überdruck in der zugehörigen Arbeitskammer öffnet, ohne dass das Ventilglied 68 bewegt wird.With the construction described in FIGS. 9 and 10, which can be varied in many ways, it is achieved that no separate housing-fixed guide is required for the valve stems that the
Die Fig. 11 und 12 zeigen einen Rollenstößel 62 mit in ihm gelagerte Rolle 88 und gehäusefester Führung 90.11 and 12 show a
Die Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt der beiden Kurbelwellen 42 und 44 mit den Nocken 54 und 56. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 6 bis 8 hat die Kurbelwelle 42 nur eine Kurbelscheibe 46, wohingegen die Kurbelwelle 44 zwei Kurbelscheiben 48 aufweist. Wie ersichtlich, ist der Nocken 54, der die den Einlassventilen zugeordneten Rollenstößel bzw. Brückenglieder 66 betätigt, als "Negativnocken" ausgebildet, der das Brückenglied 66 normalerweise in die Stellung gem. Fig 9 gegen die Federn 70 drängt und lediglich in seinem mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten Nockenbereich eine gemäß Fig. 9 erfolgende Abwärtsbewegung des Ventilglieds 66 zur Öffnung des Einlassventils 20 bewirkt. Der den Auslassventilen zugeordnete Nocken 56 der Kurbelwelle 44 ist als normaler Nocken mit im Durchmesser vergrößerter Nockenerhebung ausgebildet.FIG. 13 shows a section of the two
Zunächst wird das eigentliche Triebwerk, wie in Fig. 5 dargestellt, zusammengebaut, indem die Kurbelwellen und die Gleitsteine auf jeweils zwei benachbart liegenden Kolbenböden angeordnet werden und die jeweils anderen Kolbenböden dann mittels der Streben 14 montiert werden, so dass die Baugruppe gemäß Fig. 5 entsteht.First, the actual engine, as shown in Fig. 5, assembled by the crankshaft and the sliding blocks are arranged on each two adjacent piston crowns and the other piston heads are then mounted by means of the
Über den Kolben 4 werden dann die Zylinder 2 angebracht, die jeweils aus zwei mittig unterteilten Hälften bestehen. Anschließend werden die Ventiltriebe in jeweils an den Zylindern angebrachten Montageflächen montiert und die gesamte Anordnung wird in dem ebenfalls zweiteilig ausgebildeten Gehäuse 32 zusammengebaut. Die Zylinderhälften und die Gehäusehälften können einteilig miteinander ausgebildet sein.About the piston 4, the
Fig. 14 zeigt einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter 92 an die Ansaugseite eines Motorgehäuses bzw. Zylinderkopfes 94 eines Verbrennungsmotors angeflanscht. Mit 96 ist eine Riemenscheibe zum Antrieb eines der Kurbelwellen bezeichnet.FIG. 14 shows a
An der Ansaugöffnung 34 des Gehäuses 32 kann zusätzlich eine nicht dargestellte Ansaugbaugruppe angeflanscht sein, die beispielsweise eine Drosselklappe und/oder eine Einrichtung zum Messen der einströmenden Luftmenge usw. enthalten kann.At the
Vorteilhafterweise wird der Verdichter im Zweitaktbetrieb betrieben. Wenn sich der Kolben 4 gemäß Fig. 1 von links nach rechts bewegt, werden vor allem das Einlassventil 20 und das Auslassventil 26 derart betätigt, dass in die Arbeitskammer 10 Frischluft einströmt und aus der Arbeitskammer 20 komprimierte Frischluft bei zweckentsprechendem Druckniveau ausgestoßen wird. Das Einlassventil 22 und das Auslassventil 24 sind bei der Bewegung von links nach rechts des Kolbens 4 vorteilhafterweise zu. Bei der Bewegung des Kolbens von rechts nach links erfolgen die Betätigungen der Ventile in entgegengesetzter Weise, d.h. die Frischladungsströmung wird dann vom Einlassventil 22 und Auslassventil 24 bestimmt, wo hingegen die Ventile 20 und 26 bevorzugt zu sind. Es versteht sich, dass durch geeignete, an sich bekannte, Phasenverstelleinrichtungen und/oder Hubverstelleinrichtungen die Einlassventile und Auslassventile derart gesteuert werden können, dass die geförderte Luftmenge (Luftmassenstrom) an die jeweiligen, für eine Brennkraftmaschine erforderlichen Betriebsbedingungen angepasst werden können und der Verdichter durch zweckentsprechende Einstellung der jeweiligen Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventile relativ zu den Totpunkten der Kolbenbewegung mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.Advantageously, the compressor is operated in two-stroke operation. When the piston 4 moves from left to right according to FIG. 1, above all the
Im Folgenden werden funktionale Besonderheiten des geschilderten Kolbenverdichters erläutert, wobei auch Beispiele möglicher Abänderungen und zusätzlicher Merkmale angegeben werden:In the following, functional features of the described reciprocating compressor are explained, whereby also examples of possible modifications and additional features are given:
Der erfindungsgemäße Hubkolbenverdichter arbeitet, auch wenn sie nur mit einen Zylinder und einen darin angeordneten, doppelt wirkenden Kolben enthält, mit hohem Wirkungsgrad und geringen Druckpulsationen. Die Ausbildung des Kolbens mit zwei in gegenseitigem Abstand angeordneten Kolbenböden, zwischen denen der Kurbeltrieb angeordnet ist, hat nicht nur den Vorteil, dass die Kurbelwelle und deren Schmierung von den Arbeitsräumen völlig getrennt ist, sondern ermöglicht auch eine problemlose Lagerung der Kurbelwelle (n) in der Zylinderwand. Der Hubkolbenverdichter kann eine beliebige Anzahl von Zylindern mit darin arbeitenden Kolben aufweisen, wobei die einzelnen Zylinder phasenversetzt betrieben werden, so dass minimale Druckpulsationen erreicht werden. Das mögliche kleine Hub/Bohrungsverhältnis ermöglicht geringe Kolbengeschwindigkeiten, was die Dauerhaltbarkeit günstig beeinflusst.The reciprocating compressor according to the invention works, even if it contains only one cylinder and arranged therein, a double-acting piston, with high efficiency and low pressure pulsations. The formation of the piston with two mutually spaced piston crowns, between which the crank mechanism is arranged, not only has the advantage that the crankshaft and its lubrication is completely separate from the work spaces, but also allows easy storage of the crankshaft (s) in the cylinder wall. The reciprocating compressor may include any number of cylinders having pistons therein, with the individual cylinders being operated out of phase so as to achieve minimum pressure pulsations. The possible small stroke / bore ratio allows low piston speeds, which favorably affects the durability.
Die Konstruktion ermöglicht bezogen auf den Zylinderquerschnitt große Querschnitte der Einlass- und Auslassventile, wodurch der Verdichter mit geringen Strömungswiderständen arbeitet.The design allows for large cross-sections of the intake and exhaust valves relative to the cylinder cross-section, allowing the compressor to operate with low flow resistance.
Der Lader kann druckseitig unmittelbar am Zylinderkopf bzw. einem Saugrohr eines aufzuladenden Motors angeflanscht werden. Beim Anflanschen direkt an den Zylinderkopf kann das Gehäuse 32 längs seiner Länge mehrere innerhalb des Gehäuses verbundene Ausstoßöffnungen 36 aufweisen, die direkt in die Einlasskanäle der einzelnen Zylinder führen. Saugseitig kann vor dem Verdichter ein Ansaugteil angeflanscht werden, das beispielsweise eine Drosselkappe enthält, einen Anschluss für Abgasrückführung enthält oder von dem eine Bypass-Leitung ausgeht, die unter Umgehung des Verdichters direkt in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine führt.The loader can be flange-mounted directly on the cylinder head or a suction pipe of an engine to be charged. When flanged directly to the cylinder head, the
Die Konstruktion ermöglicht bezogen auf das Hubvolumen ein großes Oberflächen-zu-VolumenVerhältnis, wodurch große Ladungswechselventile möglich sind.The design allows for a high surface-to-volume ratio in relation to the stroke volume, whereby large charge exchange valves are possible.
Insgesamt sind die freien Wege zwischen den Wänden des Gehäuses und des Zylinders kurz, so dass bei Kühlung der Wände auch das komprimierte Gas wirksam gekühlt wird.Overall, the free paths between the walls of the housing and the cylinder are short, so that when cooling the walls and the compressed gas is effectively cooled.
Der Kurbeltrieb kann eine oder mehrere Kurbelwellen enthalten, wobei die Umsetzung der Drehbewegung der Kurbelwelle (n) in eine Hubbewegung des Kolbens über unterschiedlichste, an sich bekannte Mechanismen erfolgen kann. Der beschriebene Mechanismus mittels Gleit- bzw. Kulissensteinen ist einfach montierbar, arbeitet reibungsgünstig und führt zu einer weichen, sinusförmigen Bewegung der Kolben.The crank mechanism may include one or more crankshafts, wherein the implementation of the rotational movement of the crankshaft (s) in a reciprocating motion of the piston via a variety of known mechanisms can be done. The mechanism described by means of sliding or sliding blocks is easy to install, works friction and leads to a soft, sinusoidal movement of the piston.
Die geschilderte Ausführungsform mit zwei gegensinnig drehenden Kurbelwellen kann als Lancester-Ausgleich arbeiten, wobei oszillierende, sinusförmige Massenkräfte von Kolben- und Gleitsteinen im Kurbeltrieb jedes Kolbens komplett ausgeglichen werden. Weiter ist jeder einzelne Zylinder ausgeglichen, so dass von keinem Zylinder dynamische Massenkräfte in das Gehäuse eingeleitet werden. Weiterhin gibt es keine nach außen wirkenden Massenkräfte außerhalb des Gehäuses, so dass der erfindungsgemäße Verdichter sehr schwingungsarm arbeitet.The described embodiment with two counter-rotating crankshafts can work as Lancester compensation, with oscillating, sinusoidal mass forces of piston and sliding blocks in the crank mechanism of each piston are completely compensated. Furthermore, each individual cylinder is balanced, so that no cylinder dynamic mass forces are introduced into the housing. Furthermore, there are no outwardly acting mass forces outside of the housing, so that the compressor according to the invention operates very low vibration.
Die geschilderte Ausführungsform der Hubzapfen bzw. der Kurbelscheiben mit gegenseitigem axialen Versatz führt einerseits zu einer kompakten Bauweise und andererseits, zu einer geringen mechanischen Beanspruchung und damit hoher Drehzahlfestigkeit des Kurbeltriebs.The described embodiment of the crankpin and the crank disks with mutual axial offset leads on the one hand to a compact design and on the other hand, to a low mechanical stress and thus high speed resistance of the crank mechanism.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der bzw. die Kolben sich seitenkraftfrei bewegen, was die Reibungsverluste vermindert und die Lebensdauer erhöht. Die hemdfrei ausgeführten Kolbenböden tragen zur Gewichtsverminderung bei. Es treten keine Kippkräfte auf.Another advantage is that the piston or pistons move free of lateral force, which reduces the friction losses and increases the service life. The shirt-free piston bottoms contribute to weight reduction. There are no tilting forces.
Die Zahnräder 58 und 60 an den Enden der Kurbelwellen (Fig. 4) dienen zur Synchronisation und Leistungsübertragung zwischen den Kurbelwellen. Die Zahnräder können auch durch Umschlingungsmittel, wie einen Zahnriemen, ersetzt sein. Es muss nur eine Kurbelwelle von einem Ende her angetrieben werden, beispielsweise mittels der Riemenscheibe 96 (Fig. 14).The
Die Zahnräder 58 und 60 (Fig. 4) können als Elemente einer Zahnradpumpe verwendet werden, mit der ein Kühl/Schmierfluid gefördert werden kann, das in in dem Verdichter bzw. Lader ausgebildeten Kanälen umläuft. Vorteilhafterweise werden zumindest die die Arbeitskammer 10 und 12 begrenzenden Wände des Zylinders gekühlt, wobei die kurzen Wärmeleitwege für eine effiziente Kühlung sorgen. Der Lader kann zusätzlich einen vor der Ausstoßöffnung 36 angeordneten internen Wärmetauscher aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die verdichtete Luft vor ihrem Eintritt in die Brennkraftmaschine einen externen Wärmetauscher durchströmen.The
Der vorteilhaft integriert ausgebildete Schmiermittel/Kühlmittelkreislauf des Laders kann mit dem der Brennkraftmaschine verbunden sein oder getrennt davon ausgebildet sein.The advantageously integrally formed lubricant / coolant circuit of the supercharger can be connected to the internal combustion engine or be formed separately therefrom.
Generell liegt ein wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Verdichters darin, dass einerseits die durch die Ausstoßöffnung 36 strömende verdichtete Luft frei von jeglichem Schmiermittel ist und andererseits möglichst kühl ist. Für beides ist vorteilhaft, dass die beiden Kurbelwellen, die gleichzeitig Nockenwellen sind, zwischen den Kolbenböden hindurchgeführt sind und im Zylinder 2 mittels einfach dichtbarer Lager gelagert sind, so dass innerhalb des Kolbens jeweils ein nach außen dichter Schmiermittelraum gebildet ist, dem flüssiges Schmiermittel, das gleichzeitig als Kühlmittel dient, durch die Kurbelwellen hindurch zugeführt werden kann. Das Schmier-/Kühlmittel kann die Kolbenböden von innen her effektiv kühlen. Es versteht sich, dass durch durch die Zylinderwand, den Zwischenraum zwischen dem Zylinder und dem Gehäuse sowie das Gehäuse hindurchführende Kanäle ein Fluidrücklauf gebildet ist, so dass das Kühl-/Schmiermittel umläuft.In general, an important aspect of the compressor according to the invention is that, on the one hand, the compressed air flowing through the
Schaftführungen für die Rollenstößel 64 können durch die Kurbelwellen hindurch benetzend derart geschmiert werden, dass das Schmiermittel nicht in die Frischluft gelangt. Vorteilhaft sind sehr harte Stößelschaftenden bzw. Kontaktflächenkombinationen.Shaft guides for the
Für die Anbindung der Ventile an Ventilhebel oder, wie im dargestellten Beispiel, an die brückenartigen Ventilglieder ist eine reibungs- und verschleißgünstige Werkstoffpaarung vorteilhaft.For the connection of the valves to valve lever or, as in the example shown, to the bridge-like valve members a friction and wear-favorable material pairing is advantageous.
Für die Führungen der Rollenstößel und der Ventile sind Materialpaarungen vorteilhaft, die in an sich bekannter Weise mit Festschmierstoffen versehen sind oder mit Schmiermittel getränkt sind. Auch ist es möglich, die Sitzringe mit Festschmierstoffanteil zu versehen oder mit Schmiermittel zu tränken.For the guides of the roller tappet and valves material pairings are advantageous, which are provided in a conventional manner with solid lubricants or impregnated with lubricant. It is also possible to provide the seat rings with solid lubricant or soak with lubricant.
Wegen der niedrigen Betriebstemperaturen ist das Arbeiten mit Festschmierstoffen oder mit getränkten Führungsbuchsen möglich, so dass der Umlauf von flüssigem Schmier- bzw. Kühlmittel auf die Schmiermittelräume innerhalb der Kolben beschränkt sein kann.Because of the low operating temperatures, it is possible to work with solid lubricants or with impregnated guide bushings so that the circulation of liquid lubricant or coolant to the lubricant spaces within the pistons can be restricted.
Auch durch den Einsatz keramischer Werkstoffe ist es möglich, den Bedarf an Flüssigschmiermitteln auf ein Minimum herabzusetzen.The use of ceramic materials also makes it possible to minimize the need for liquid lubricants.
Wie erläutert, arbeitet der erfindungsgemäße Lader vorteilhafterweise im Zwei-Takt-Verfahren. Die Einlass- und Auslassventile können auf unterschiedlichste Art betätigt werden. Im Ausführungsbeispiel können sie bei geeigneter Dimensionierung der Federn nicht nur über die Ventilglieder betätigt werden, sondern auch als Rückschlagventile arbeiten, wobei die Einlassventile bei Unterdruck in der jeweiligen Arbeitskammer öffnen und die Auslassventile bei Überdruck öffnen. In alternativen Ausfiihrungsformen können nur die Einlassventile oder nur die Auslassventile als Rückschlagventile ausgebildet sein und die anderen Ventile von der oder den Kurbelwellen betätigt sein.As explained, the charger according to the invention advantageously operates in the two-stroke process. The intake and exhaust valves can be operated in a variety of ways. In the embodiment, they can not only be operated via the valve members with appropriate dimensioning of the springs, but also work as check valves, the intake valves open at negative pressure in the respective working chamber and open the exhaust valves at overpressure. In alternative embodiments, only the intake valves or only the exhaust valves may be formed as check valves and the other valves may be actuated by the one or more crankshafts.
Auch bei Zwangssteuerung der Ventile, insbesondere der Auslassventile, lässt sich eine Selbststeuerungsfunktion realisieren, wenn der Druckabfall an den Ventilen einen vorbestimmten Wert übersteigt.Even with forced control of the valves, in particular the exhaust valves, a self-control function can be realized when the pressure drop across the valves exceeds a predetermined value.
Die Einlass- und/oder Auslassventile können mittels an sich bekannter Ventilbetätigungsmechanismen, beispielsweise durch Änderung der wirksamen Abgriffshebel und/oder der Abgriffswinkel, auch derart angesteuert werden, dass ihre Öffnungs- bzw. Schließfunktion variabel ist, und/oder können in Öffnungs- oder Schließstellung gehalten werden.The intake and / or exhaust valves can also be controlled by means of per se known valve actuation mechanisms, for example by changing the effective tap lever and / or the Abgriffswinkel that their opening or closing function is variable, and / or can in the open or closed position being held.
Die Drehzahl der Kurbelwellen des Verdichters kann starr mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gekoppelt sein. Zwischen der aufzuladenden Brennkraftmaschine und dem Verdichter kann ein Getriebe mit stufenweise oder stufenlos einstellbarer Übersetzung angeordnet sein. Mittels einer Kupplung kann der Verdichter vollständig von der Brennkraftmaschine abgekuppelt werden.The speed of the crankshaft of the compressor may be rigidly coupled to the crankshaft of an internal combustion engine. Between the supercharged internal combustion engine and the compressor, a transmission with stepwise or continuously adjustable ratio can be arranged be. By means of a clutch, the compressor can be completely disconnected from the internal combustion engine.
Die Fördermenge des Verdichters kann auch durch variable Ansteuerung der Ventile verändert werden, wobei bei in Offenstellung befindlichen Ventilen ein strömungsarmer Weg von der Ansaugöffnung 34 zur Ausstoßöffnung 36 (Fig. 1) besteht.The delivery rate of the compressor can also be varied by variable actuation of the valves, with valves in the open position having a low-flow path from the
Alternativ kann bei außer Betrieb befindlichen Verdichter der Brennkraftmaschine über eine Bypass-Leitung Frischluft zugeführt werden.Alternatively, when the compressor of the internal combustion engine is out of operation fresh air can be supplied via a bypass line.
Je nach Bedarf können einzelne Zylinder abgeschaltet werden.Depending on requirements, individual cylinders can be switched off.
Die Fördermenge des Laders kann durch steuerbare Öffnungen in den Trennwänden 28 und 30 bedarfsgerecht verändert werden. Der Einlassöffnung 34 kann eine Drosselklappe vorgeschaltet sein.The delivery rate of the loader can be changed as required by controllable openings in the
Es können mehrere Verdichter parallel oder hintereinander geschaltet an einer Brennkraftmaschine verwendet werden.It can be used in parallel or in series connected to an internal combustion engine more compressors.
Um die Kolbenböden noch weniger zu beanspruchen, kann jede der Kurbelwellen mit zwei oder mehr jedem Kolben zugeordneten Kurbelscheiben versehen sein.To even less stress on the piston bottoms, each of the crankshafts may be provided with two or more crankshafts associated with each piston.
Die Ventile können auch völlig unabhängig von der Drehung der Kurbelwelle durch eigene Antriebe, wie elektromagnetische, hydraulische oder andere geeignete Antriebe betätigt werden. Anstelle der beiden Kurbelwellen kann sich durch jeden Kolben nur eine Kurbelwelle hindurch erstrecken usw.The valves can also be operated completely independently of the rotation of the crankshaft by its own drives, such as electromagnetic, hydraulic or other suitable drives. Instead of the two crankshafts, only one crankshaft can extend through each piston, etc.
Zusammenfassend bietet der Verdichter zahlreiche Möglichkeiten zur Regelung von maximaler Verdichtung der Luft über leichte Verdichtung, keine Verdichtung bis zum Rückschub, bei dem der Verdichter zum Bremsen verwendet wird.In summary, the compressor offers numerous possibilities for controlling maximum compression of the air via light compression, no compression up to the recoil, in which the compressor is used for braking.
Der erfindungsgemäße Verdichter bzw. Lader eignet sich zum Aufladen aller Arten von Brennkraftmaschinen, Zwei-Takt-Maschinen, Vier-Takt-Maschinen oder mit anderen Taktfolgen arbeitende Maschinen, Otto-Motoren, Diesel-Motoren, Gas-Motoren usw.The compressor or supercharger according to the invention is suitable for charging all types of internal combustion engines, two-stroke engines, four-stroke engines or machines operating with different timing, gasoline engines, diesel engines, gas engines, etc.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.It is explicitly pointed out that all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and / or the claims should. It is explicitly stated that all range indications or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as the limit of a range indication.
- 22
- Zylindercylinder
- 44
- Kolbenpiston
- 66
- Kolbenbodenpiston crown
- 88th
- Kolbenbodenpiston crown
- 1010
- Arbeitskammerworking chamber
- 1212
- Arbeitskammerworking chamber
- 1414
- Strebestrut
- 1616
- Führungsflächeguide surface
- 1717
- Führungsflächeguide surface
- 1818
- Gleitsteinslide
- 2020
- Einlassventilintake valve
- 2222
- Einlassventilintake valve
- 2424
- Auslassventiloutlet valve
- 2626
- Auslassventiloutlet valve
- 2828
- Trennwandpartition wall
- 3030
- Trennwandpartition wall
- 3232
- Gehäusecasing
- 3434
- Ansaugöffnungsuction
- 3636
- Ausstoßöffnungdischarging port
- 3838
- Einlasskanalinlet channel
- 4040
- Auslasskanalexhaust port
- 4242
- Kurbelwellecrankshaft
- 4444
- Kurbelwellecrankshaft
- 4646
- Kurbelscheibecrank
- 4848
- Kurbelscheibecrank
- 5050
- AusgleichsmasseLeveling compound
- 5252
- AusgleichsmasseLeveling compound
- 5454
- Nockencam
- 5656
- Nockencam
- 5858
- Zahnradgear
- 6060
- Zahnradgear
- 6262
- Rollenstößelroller plunger
- 6464
- Rollenstößelroller plunger
- 6666
- Ventilgliedvalve member
- 6868
- Ventilgliedvalve member
- 7070
- Federfeather
- 7272
- Federfeather
- 7474
- FührungsdurchlassGuide passage
- 7676
- Ausnehmungrecess
- 7878
- Endflanschend flange
- 8080
- Ventilfedervalve spring
- 8282
- Madenschraubegrub screw
- 8484
- FührungsdurchlassGuide passage
- 8686
- Anschlagattack
- 8888
- Rollerole
- 9090
- Führungguide
- 9292
- Kolbenverdichterpiston compressor
- 9494
- Zylinderkopfcylinder head
- 9696
- Riemenscheibepulley
Claims (12)
- Piston compressor, in particular for charging an internal combustion engine, comprising:at least one cylinder (2), inside of which two working chambers (10, 12) are formed by a reciprocally-moving piston (4) having two mutually-separated piston heads (6, 8), which working chambers (10, 12) are located on opposing sides of the piston and each includes at least one intake and one exhaust opening, in which an intake valve (20, 22) and an exhaust valve (24, 26), respectively, operates,a housing (32) surrounding the cylinder, the housing having a suction port (34) connected with the intake opening and an exhaust port (36) connected with the exhaust opening, anda drive apparatus for reciprocally moving the piston, wherein, during each stroke of the piston, the intake valve of one working chamber opens and the intake valve of the other working chamber closes, and the exhaust valve of the one working chamber closes and the exhaust valve of the other working chamber opens,characterized in that:the drive apparatus includes two crankshafts (42, 44) rotating in opposite directions with the same rotational speed, which crankshafts extend between the piston heads (6, 8) through the piston and the cylinder (2) traverse to the movement direction of the piston (4).
- Piston compressor according to claim 1, characterized in that the crankshafts (42, 44), extend at least partially through the housing (32).
- Piston compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the crankshafts (42, 44) are borne in the cylinder (2) and/or the housing (32) and the transfer of movement between the piston (4) and the crankshafts (42, 44) takes place via slide elements (18) that are displaceable on the piston (4).
- Piston compressor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stroke drives (18, 46; 18, 48) are axially offset relative to each other between the crankshafts (42, 44) and piston (4) and radially overlap each other.
- Piston compressor according to one of claims 1 to 4, characterized in that one of the crankshafts (42, 44) is externally drivable and is engaged with the other crankshaft so as to rotate therewith.
- Piston compressor according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the valves (20, 22, 24, 26) is actuated by a crankshaft (42, 44).
- Piston compressor according to one of claims 1 to 6, characterized in that an actuating mechanism, which is controllable independently of the piston motion, is provided for at least one of the valves (20, 22, 24, 26).
- Piston compressor according to one of claims 1 to 7, characterized in that a valve element (66, 68) guided on the housing (32) is moved by at least one cam (54, 56) formed on the crankshaft (42, 44), a shaft of at least one intake- or exhaust valve (20, 22) is guided in the valve element, which valve is supported on the valve element by a spring (80, 88) such that it is actuatable by the valve element and is movable independently of the valve element.
- Piston compressor according to one of claims 1 to 8, characterized in that a toothed wheel (58, 60), which is connected with a crankshaft (42, 44) so as to rotate therewith, forms a pumping element of a cooling- and/or lubricating system of the compressor.
- Piston compressor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the housing (32) surrounding the cylinder (2) is formed with a separating wall (28, 30) that divides an intermediate space between the cylinder and the housing such that the suction port (34) is connected with the intake opening and the exhaust port (36) is connected with the exhaust opening.
- Piston compressor according to claim 10, characterized in that the separating wall (28, 30) divides the intermediate space formed between the housing (32) and the cylinder (2) into two chambers (38, 40), one of which forms an inlet channel (38) connecting the suction port (34) with the intake opening and the other of which forms an outlet channel (40) connecting the exhaust port (36) with the exhaust opening.
- Piston compressor according to one of claims 1 to 11, characterized by a plurality of cylinders (2) accomodated in a common housing (32) and with pistons (4) disposed therein, the pistons being reciprocally moved by at least one common crankshaft (42, 44).
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