NL1009679C2

NL1009679C2 - Drukvulgroep, combinatie van een verbrandingsmotor met een drukvulgroep, en voertuig voorzien van een dergelijke combinatie.

Info

Publication number: NL1009679C2
Application number: NL1009679A
Authority: NL
Inventors: Jan Dirk Aart Vermeulen; Edwin Frederikus Ir Kamphues
Original assignee: Turblow B V
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2000-01-18
Also published as: AU5071299A; WO2000004284A1

Description

Titel: Drukvulgroep, combinatie van een verbrandingsmotor met een drukvulgroep, en voertuig voorzien van een dergelijke combinatie.

De uitvinding betreft in eerste instantie een drukvulgroep bestaande uit een turbine en 5 een compressor, waarvan de schoepenwielen op een gemeenschappelijke as zijn gemonteerd, welke turbine is voorzien van een aansluitstuk bestemd om te worden aangesloten op een pijp waarin uitlaatgassen van een verbrandingsmotor worden toegevoerd, en een aansluitstuk bestemd om te worden aangesloten op een uitlaatpijp voor uitlaatgassen, en welke compressor is voorzien van een inlaat voor aangezogen 10 lucht en een aansluitstuk bestemd om te worden aangesloten op een pijp die door de compressor samengeperste lucht naar de genoemde verbrandingsmotor leidt.

Een dergelijke drukvulgroep wordt in voertuigen, vooral in autobussen en grote vrachtvoertuigen, gebruikt om met behulp van de uitlaatgassen meer lucht naar de 15 motor te kunnen voeren en aldus het vermogen van de motor te kunnen verhogen. Een nadeel van het bekende systeem is dat tussen het indrukken van het gaspedaal en de toevoer van extra lucht door de compressor naar de motor een niet verwaarloosbare vertraging bestaat. Terwijl al een verhoogde hoeveelheid brandstof in de motor wordt gespoten, ijlt de vergroting van de hoeveelheid lucht, die voor een zo 20 volledig mogelijke verbranding van de brandstof noodzakelijk is, na. Dit bezwaar wordt wel met de term "turbo-gat" aangeduid. Het leidt tot een tijdelijk onvolledige verbranding en dus tot een milieuprobleem en bovendien tot vermindering van de acceleratie.

25 Met de uitvinding wordt beoogt dit bezwaar te ondervangen en hiertoe is de in de aanhef aangeduide drukvulgroep gekenmerkt doordat in de compressor kanalen zijn aangebracht bestemd om te worden aangesloten op een afzonderlijke persluchtbron om aldus perslucht naar het schoepenwiel van de compressor te kunnen voeren. 1 1009 6 79

Gewoonlijk is het schoepenwiel van de compressor omgeven door een cilindrische mantel die zich in de richting van de turbine voortzet met een zich dwars op de hartlijn van de mantel uitstrekkende diffusor. Het verdient de voorkeur dat de persluchtdoorlaatopeningen van de genoemde kanalen in hoofdzaak tangentieel zijn 2 gericht en zich in genoemde diffusor of in de overgang van de cilindrische mantel en de diffusor bevinden. De genoemde extra perslucht stroomt via de doorlaatopeningen op de schoepen van het schoepenwiel van de compressor waardoor onmiddellijk de hoeveelheid door de compressor geleverde lucht wordt vergroot en aangepast aan de 5 vergrote hoeveelheid brandstof. Met een relatief kleine hoeveelheid perslucht kan aldus een relatief grote hoeveelheid lucht naar de motor worden gevoerd. Genoemde relatief kleine hoeveelheid perslucht heeft op zich een klein neveneffect op de verhoging van de hoeveelheid lucht naar de motor, waarbij dient te worden opgemerkt dat door de expansie van de kleine hoeveelheid perslucht (bijvoorbeeld 10 van 10 bar naar 1,5 bar) koeling optreedt, wat gunstig is voor de efficiency van de motor. Het belangrijkste deel van de tijdelijk toegevoerde kleine hoeveelheid perslucht is echter het snel verhogen van het toerental van de compressor en het aldus aanzienlijk verhogen van de hoeveelheid naar de motor stromende lucht. Vooral daardoor wordt het "turbogat" gedicht.

15

Ingeval de genoemde mantel en/of de diffusor middels radiale schotten met het huis van de compressor zijn verbonden, kunnen de kanalen zich vanaf een opening in het huis van de compressor door de schotten uitstrekken naar de genoemde in hoofdzaak tangentiele persluchtuitstroomopeningen.

20

De uitvinding betreft tevens een combinatie van een verbrandingsmotor met een volgens de uitvinding uitgevoerde drukvulgroep. Deze combinatie is voorzien van een voor uitlaatgassen bestemde pijp tussen de gasuitlaat van de verbrandingsmotor en de gasinlaat van de turbine, van een voor samengeperste lucht bestemde pijp tussen de 25 luchtuitlaat van de compressor en de luchtinlaat van de verbrandingsmotor, een persluchtbron, een leiding tussen de persluchtbron en de kanalen in de compressor en regelmiddelen om perslucht gedurende een bepaalde tijdsperiode vanaf genoemde persluchtbron naar de genoemde kanalen toe te laten, zodra een vergroting van de brandstoftoevoer naar de verbrandingsmotor is vastgesteld.

30

Tenslotte betreft de uitvinding een voertuig voorzien van een bovengenoemde combinatie waarbij de genoemde regelmiddelen samenwerken met een sensor die op het indrukken van het gaspedaal reageert.

1009 679 3 het indrukken van het gaspedaal reageert.

Bij voorkeur bestaat de persluchtbron uit een vat dat wordt gevoed door een door de verbrandingsmotor aangedreven kleine compressor. Een dergelijke compressor is op 5 vrachtauto’s en bussen al aanwezig om de bekrachtiging van de remmen te verzorgen.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren nader worden toegelicht.

10 Figuur 1 toont een perspectivisch schematisch aanzicht van een combinatie van een drukvulgroep, persluchtbron en verbrandingsmotor.

Figuur 2 toont een aanzicht van het compressorgedeelte van de drukvulgroep, gedeeltelijk in doorsnede.

15

Figuur 3 toont een aanzicht volgens de pijl III in figuur 2.

Figuur 4 toont een bovenaanzicht van het compressorgedeelte van de drukvulgroep.

20 In de schematische figuur 1 is bij wijze van voorbeeld een drukvulgroep getoond bestaande uit een turbine 1 met schoepenwiel 2 en een compressor 3 met schoepenwiel 4.

De schoepenwielen 2 en 4 zijn op een gemeenschappelijke draaias geplaatst. Zowel 25 het huis van de turbine 1 als dat van de compressor 3 heeft de vorm van een slakkenhuis. De huizen van de turbine en de compressor zijn door een verbindingsstuk aan elkaar bevestigd tot een eenheid.

De turbine 1 heeft een eerste aansluiting 5 voor een pijp die afvoergassen van een 30 verbrandingsmotor (waarvan het motorblok met 6 aangeduid) naar de turbine voert, het schoepenwiel 2 van de turbine doet roteren om daarmee het schoepenwiel 4 van de compressor aan te drijven. De turbine 1 heeft een tweede aansluiting 7 voor een pijp die afvoergassen afvoert bijvoorbeeld naar de uitlaat van een motorvoertuig.

1009 679 4

De compressor 3 heeft een inlaat 8 voor aan te zuigen lucht en een mof 9 voor aansluiting van een niet weergegeven pijp die de door de compressor samengeperste lucht naar de verbrandingsmotor voert om meer brandstof per tijdseenheid te kunnen verbranden en het vermogen daarvan te kunnen opvoeren.

5

Het schoepenwiel 4 van de compressor is omgeven door een cilindrische mantel 10, waarvan het naar de turbine gerichte deel zich voortzet met een zogenaamde diffusorflens 11 die zich loodrecht op de hartlijn van de mantel 10 c.q. van de draaias van de schoepenwielen 2 en 4 uitstrekt. De cilindrische mantel 10 is door een aantal 10 radiale schotten 12 aan het compressorhuis bevestigd. In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn er drie van dergelijke schotten 12 en deze hebben een onderlinge hoekafstand van 120° (zie figuur 4).

Door elk van de schotten 12 is vanaf het compressorhuis naar de overgangsronding 15 tussen de cilindrische mantel 10 en de diffusorflens 11 een kanaal 13 geboord, dat uitmondt in een opening 14 in genoemde overgangsronding. De opening 14 strekt zich in hoofdzaak tangentieel uit ten opzichte van de hartlijn van de cilindrische mantel 10. De drie kanalen 13 zijn via leidingen 15 verbonden met een verdeelstuk 16 dat op zijn beurt is verbonden met een computergestuurd regelapparaat 17 dat via 20 een leiding 18 in verbinding staat met een persluchtvat 19. Middels een kleine compressor 20, die via een snaaraandrijving 21 door de verbrandingsmotor wordt aangedreven en door een leiding 22 met het vat 19 in verbinding staat, wordt de druk van de perslucht in het vat 19 op een bepaald peil gehouden. 1 2 3 4 5 6 *0 09 6 79

Het regelapparaat 17 ontvangt via een elektrische kabel 25 signalen van een sensor 23 2 die vaststelt of het gaspedaal 24 (of een ander orgaan dat de toevoer van brandstof 3 naar de verbrandingsmotor regelt) in een stand wordt gebracht waarin meer brandstof 4 aan de verbrandingsmotor wordt toegevoerd, met andere woorden in een stand waarin 5 er geaccelereerd wordt. Het regelapparaat 17 werkt zo dat op hetzelfde tijdstip dat er 6 meer brandstof aan de verbrandingsmotor wordt toegevoerd, gedurende een bepaalde korte tijd (bijvoorbeeld een halve seconde) perslucht vanuit het vat 19 via de leiding 18, het regelapparaat 17, het verdeelstuk 16, de drie leidingen 15, de kanalen 13 en de tangentiele openingen 14 op de schoepen van het schoepenwiel 4 van de 5 tussen het indrukken van het gaspedaal en het door de turbowerking veroorzaakte extra verhoging van het vermogen van de verbrandingsmotor wordt vermeden.

De mogelijkheid bestaat om bij acceleratie de tijdsduur waarin van het vat 19 5 afkomstige perslucht op het schoepenwiel van de compressor wordt gevoerd, constant te houden (bijvoorbeeld een halve seconde). Het ligt echter meer voor de hand het regelapparaat 17 (eventueel geïntegreerd in het motormanagementsysteem) zo in te regelen, dat de hoeveelheid perslucht, die van het vat 19 naar het schoepenwiel 4 van de compressor 3 stroomt, nauwkeurig wordt gestuurd in afhankelijkheid van de 10 behoefte. Deze ideale hoeveelheid extra perslucht zal bij acceleratie vanaf stilstand anders zijn dan bij acceleratie vanaf een snelheid van 80 km per uur.

De beschreven drukvulgroep is slechts een uitvoeringsvoorbeeld. Zo zouden de kanalen 13 in de compressor die naar de openingen 14 voeren, ook anders kunnen 15 zijn uitgevoerd en zouden de openingen 14 een andere plaats kunnen innemen.

Het persluchtvat 19 (waarin bijvoorbeeld een druk van circa 10 bar heerst) en de wijze van vullen middels een kleine compressor 20 is op veel trucks al aanwezig om het remsysteem te bedienen.

20

Zoals vermeld kan de regeling van de tijdsduur, waarin extra perslucht uit het vat 19 naar het schoepenwiel 4 van de compressor wordt gevoerd, door een tijdregelaar worden bepaald.

25 Bij het bereiken van een bepaalde grenswaarde van de druk in het inlaatspruitstuk van de motor zou de extra persluchttoevoer kunnen worden gestopt.

De uitvinding biedt onder andere een oplossing voor het bij stadsbussen voorkomend ernstig milieuprobleem dat bij het accelereren vanaf stilstand gedeeltelijk onverbrande 30 brandstof (stinkend gaswolkje) in de omgeving wordt geloosd.

1009 6 78

Claims

1. Drukvulgroep bestaande uit een turbine (1) en een compressor (3), waarvan de schoepenwielen (2 resp. 4) op een gemeenschappelijke as zijn gemonteerd, welke 5 turbine (1) is voorzien van een aansluitstuk (5) bestemd om te worden aangesloten op een pijp waarin uitlaatgassen van een verbrandingsmotor worden toegevoerd, en een aansluitstuk (7) bestemd om te worden aangesloten op een uitlaatpijp voor uitlaatgassen, en welke compressor (3) is voorzien van een inlaat (8) voor aangezogen lucht en een aansluitstuk (9) bestemd om te worden aangesloten op een 10 pijp die door de compressor samengeperste lucht naar de genoemde verbrandingsmotor leidt, met het kenmerk, dat in de compressor (3) kanalen (13) zijn aangebracht bestemd om te worden aangesloten op een afzonderlijke persluchtbron (19) om aldus perslucht naar het schoepenwiel (4) van de compressor (3) te kunnen voeren. 15

2. Drukvulgroep volgens conclusie 1, waarbij het schoepenwiel (4) van de compressor (3) is omgeven door een cilindrische mantel (10) die zich in de richting van de turbine (1) voortzet met een zich dwars op de hartlijn van de mantel (10) uitstrekkende diffusor (11), met het kenmerk, dat de persluchtafvoeropeningen (14) 20 van genoemde kanalen (13) in hoofdzaak tangentieel zijn gericht en zich in genoemde diffusor (11) of in de overgang tussen de cilindrische mantel en de diffusor (11) bevinden.

3. Drukvulgroep volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde cilindrische 25 mantel (10) en/of de diffusor (11) middels radiale schotten (12) met het huis van de compressor (3) zijn verbonden en dat de genoemde kanalen (13) zich vanaf een opening in het compressorhuis door de genoemde schotten (12) uitstrekken naar de genoemde in hoofdzaak tangentiele persluchtuitstroomopeningen (14). 1 1009 6 79

4. Combinatie van een verbrandingsmotor met een drukvulgroep volgens één van de voorgaande conclusies, welke combinatie is voorzien van een voor uitlaatgassen bestemde pijp tussen de gasuitlaat van de verbrandingsmotor en de gasinlaat van de turbine, een voor samengeperste lucht bestemde pijp tussen een luchtuitlaat van de compressor en een luchtinlaat van de verbrandingsmotor, een persluchtbron (19), een leiding tussen de persluchtbron (19) en de kanalen (13) in de compressor (3), en regelmiddelen (17) om perslucht gedurende een bepaalde tijdsperiode vanaf genoemde persluchtbron (19) naar de genoemde kanalen (13) toe te laten zodra een 5 vergroting van de brandstoftoevoer naar de verbrandingsmotor is vastgesteld.

5. Voertuig voorzien van een combinatie volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de genoemde regelmiddelen (17) samenwerken met een sensor (23) die het indrukken van het gaspedaal (24) waarneemt. 10

6. Voertuig volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de persluchtbron (19) bestaat uit een vat dat wordt gevoed door een door de verbrandingsmotor aangedreven kleine compressor (20).

7. Voertuig volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de genoemde regelmiddelen (17) zijn geïncorporeerd in het motormanagementsysteem van het voertuig. 1009 6 79