WO1995033927A1 - Kompressorlader für brennkraftmaschine - Google Patents

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WO1995033927A1
WO1995033927A1 PCT/DE1995/000679 DE9500679W WO9533927A1 WO 1995033927 A1 WO1995033927 A1 WO 1995033927A1 DE 9500679 W DE9500679 W DE 9500679W WO 9533927 A1 WO9533927 A1 WO 9533927A1
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drive
combustion engine
internal combustion
supercharger
piston
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PCT/DE1995/000679
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Willibald Hiemer
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Willibald Hiemer
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    • 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
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F01B9/026—Rigid connections between piston and rod; Oscillating pistons
    • 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
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/04—Mechanical drives; Variable-gear-ratio drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical

Definitions

  • the invention relates to a supercharger for an internal combustion engine, which supplies the engine with an additional volume of air.
  • turbocharger in which a supercharger is driven by an exhaust gas driven turbine. Since these turbines work at very high speeds and are also exposed to the hot combustion gases of the engine, high demands are placed on the mechanical and thermal load capacity of various essential assemblies. Furthermore, additional charge air cooling must be provided in the turbochargers known from the prior art, as a result of which the expenditure on materials and construction increases. Although the material problems are increasingly being solved, the exhaust gas turbocharging has a special unsteady behavior. So it is not possible to generate an approximately constant boost pressure over the entire speed range. Especially in the lower speed range, the turbocharger works with too little boost pressure, which means that the engine has only a low torque in this range.
  • part of the torque generated by the crankshaft is used to drive a blower or a charge pump.
  • Capsule blower (Roots blower) known to work with a positive displacement, where two interlocking vane rotors cause suction and compression of the air.
  • Capsule blower (Roots blower) known to work with a positive displacement, where two interlocking vane rotors cause suction and compression of the air.
  • these fans have found a certain widespread use, their efficiency is inadequate since the intermeshing and mutually rolling vane rotors must be arranged in such a way that they do not touch one another under all operating conditions, ie a relatively large gap between the flight rotors is always required or existing, which causes the undesirable pressure drops.
  • vane compressor which works with an eccentric rotor, on the outer circumference of which radially movable vanes are arranged, which are in active contact with a cylinder wall surrounding them. Since vane compressors, in contrast to the Roots blower, have a comparatively very small gap between the rotor and cylinder wall, the theoretically expected efficiency is high.
  • the above-mentioned type of compressor was not able to assert itself as a supercharger, since problems with lubrication and the associated low-wear guidance of the vanes in the rotary piston could not be adequately solved at the high speeds required.
  • the invention is therefore based on the object of providing a supercharger for an internal combustion engine which has both good efficiency and a substantially improved mass-performance ratio.
  • REPLACEMENT LEAF required counterweights Another advantage is that the supercharger works independent of the direction of rotation and can be located anywhere near the internal combustion engine. It is therefore also well suited for retrofitting.
  • the design principle according to the invention enables very long running times without wear that jeopardizes the function, in particular there is no significant wear between the piston and the cylinder, since there are no lateral forces. Additional charge air cooling is not required. Regardless of the speed, the required air volume is always provided, i.e. even in the lower speed range.
  • Compressor supercharger results in a significant increase in performance of the loaded engine, which thus also receives an improved mass-performance ratio, which can be regarded as a significant advantage in aircraft engines. Furthermore, the pollutant emissions of the loaded engine are reduced.
  • the compressor supercharger according to the invention is suitable for any type of reciprocating and rotary piston engine. It can preferably be used in internal combustion engines in which the provision of a sufficient air volume is difficult. This is e.g. because of his
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of the compressor charger pivoted through 90 degrees to FIG. 1,
  • Fig. 4 is a 90 degree to Fig. 3 pivoted longitudinal section of the push rod with piston and crank loop and
  • Fig. 5 shows the movement of the driver.
  • a supercharger has a drive assembly 1 and a compression assembly 2.
  • the drive assembly 1 is enclosed by a housing 3.
  • a drive wheel 4 is formed outside the housing 3 as a V-belt pulley.
  • a drive pinion 6 with teeth 61 is fastened on the drive shaft 5 within the housing 3.
  • the drive shaft 5 is supported by a bearing L attached to the housing 3.
  • a first drive wheel 7 and a second drive wheel 8 mesh with the drive pinion 6.
  • the first drive wheel 7 and the second drive wheel 8 lie parallel to one another and on a common axis of rotation A.
  • the first drive wheel 7 is fastened on a shaft 9, which is connected to the housing 3 by a
  • REPLACEMENT LEAF held camp 10 is stored.
  • the second drive wheel 8 is fastened on a shaft 11 which is supported by a bearing 12 held on the housing 3.
  • the shaft 9 and the shaft 11 are rotatable about the axis of rotation A.
  • a pin-shaped driver (crank pin) 13 and a pin-shaped driver (crank pin) 14 are arranged on the first drive wheel 7 and on the second drive wheel 8, the axes of symmetry of which lie parallel to the axis of rotation A and are each at the same distance from it, that is to say both drivers move along the rotation of the drive wheels 7 and 8 on the circumference of an equally large circle in the opposite direction.
  • the driver 13 and the driver 14 are directed towards each other and each carry a needle bearing 15 and 16.
  • a balancing mass AM is also arranged for dynamic balancing in order to reduce the weight of the piston 20, the push rod 18, the crank loop 19 and the driver (crank pin) 13, 14 to compensate.
  • a recess 17 is provided in the housing 3, in which the compression assembly 2 is inserted and fastened.
  • the compression assembly 2 consists of a push rod 18, at one end of which a double T-shaped crank loop 19 is arranged, which engages with the drivers 13 and 14.
  • the other end of the push rod 18 is connected to a piston 20 which moves in a compression cylinder 21.
  • the push rod 18 is guided by a guide 22 which is provided within a flange 23 which connects the drive assembly 1 and the compression assembly 2 to one another.
  • a seal 24 is arranged in front of the guide 22 in the direction of the drive assembly 1.
  • guide bores 25 are provided in order to guide the crank loop 19 by means of guides 26,
  • the compression cylinder 21 is divided by the piston 20 into two compression chambers 27, 28, which alternately enlarge or reduce due to the piston movement.
  • openings 29 are provided for at least one inlet and one outlet valve.
  • the drive shaft 5 is rotated with the drive pinion 6 via the drive wheel 4, the first drive wheel 7 and the second drive wheel 8 are also driven, the drive wheels 7, 8 rotating in the opposite direction to one another.
  • the drive wheels 7, 8 are mounted so that their respective drivers 13, 14 face each other twice during one revolution of the drive wheels 7, 8.
  • the movement sequence of the drivers 13, 14 is shown in FIG. 5. In the position P_, the two drivers 13, 14 overlap each other, their respective distance from the drive pinion 6 being the smallest. In position P2, the two drivers 13, 14 again face each other in an overlapping manner, their respective distance from the drive pinion 6 being greatest.
  • the drivers 13, 14 move on a common height line HL (FIG. 5) with an amplitude that corresponds to the diameter of the turning circle of the drivers 13, 14.
  • the crank loop 19 engages with the drivers 13, 14 and is thus moved on the height line HL.
  • the push rod 18 thus carries out a working stroke in connection with the piston 20, the size of which is determined by the diameter of the turning circle of the drivers 13, 14.
  • Half a revolution of the drive wheels 7, 8 produces a complete working stroke. If the piston 20 moves, it enlarges one of the coipression chambers 27, 28 and simultaneously reduces the other, whereby a simultaneous suction and pressure effect is generated.
  • the supercharger works independent of the direction of rotation.
  • needle bearings 15, 16 are arranged on the drivers 13, 14, which reduce the friction on the crank loop 19. If the force to be transmitted via the push rod 18 is to be increased, a sliding block can be placed on the needle bearing in a further advantageous embodiment.
  • the guides 26 can also be dispensed with if the guide 22 is designed such that jamming and / or twisting of the push rod 18 is prevented. This can be achieved by a push rod with a non-circular, preferably oval cross section, it is also possible to use two push rods with a circular cross section.
  • the drive unit 1 is preferably lubricated with oil and then has a seal in front of the guide 22 and an oil scraper ring in front of it to protect the seal.
  • the inner wall of the compression cylinder can be provided with a hard protective layer that is particularly resistant to atmospheric moisture.
  • the piston can also be used for the same purpose
  • Piston rings 30 made of special material.
  • the piston rings 30 are preferably made of a graphite-containing material with a good self-lubricating effect or a material with similar properties.
  • the piston can have a disc-shaped cross-section and / or can be made from a
  • REPLACEMENT LEAF Carbon fiber composite material with a low specific weight In general, materials can be used that enable a lightweight construction and on the other hand have the necessary mechanical properties.
  • the push rod can be an aluminum or titanium tube.
  • the arrangement of several compression cylinders in series with a continuous push rod in the form of a cascade is also possible.

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Abstract

Kompressorlader mit einer Antriebsbaugruppe (1) und einer Kompressionsbaugruppe (2), wobei die Antriebsbaugruppe (1) über ein Antriebsrad (4) angetrieben wird. Mittels einer, mit der Antriebsbaugruppe in Wirkverbindung stehender Schubstange (18) zur Bewegung eines Kolbens (20) in einem, mit Einlaß- und Auslaßventilen versehenen Kompressionszylinder (21) wird durch die Bewegung des Kolbens eine Luftmenge in den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine eingetragen. In der Antriebsbaugruppe (1) ist ein Antriebsritzel (6) vorgesehen, das mit einem ersten Antriebsrad (7) und einem zweiten Antriebsrad (8) in Eingriff steht, wobei die Antriebsräder parallel zueinander und in einem Winkel von 90 Grad zu dem Antriebsritzel (6) stehen, das durch seine Drehung eine Drehung der Antriebsräder zueinander in entgegengesetzter Richtung um eine gemeinsame Drehachse (A) bewirkt. An den Antriebsrädern (7 und 8) sind je ein Mitnehmer (Kurbelzapfen) (13 und 14) vorgesehen, die in eine Kurbelschleife (19) eingreifen, wobei die Kurbelschleife durch die sich ständig auf einer gemeinsamen Höhenlinie bewegenden Mitnehmer zwischen einer Position (P1) und einer Position (P2) hin hin- und herbewegt wird und somit die Schubstange bzw. den Kolben antreiben.

Description

Kompressorlader für Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine, der dem Motor ein zusätzliches Luftvolumen zuführt.
Die Aufladung ist bei modernen Brennkraftmaschinen weit verbreitet. Sie dient der Leistungssteigerung, der Drehmomentgestaltung und der Verbesserung der Abgasqualität. Zur Aufladung stehen Gebläse und Ladepumpen bzw. Verdichter der verschiedensten Bauart zur Verfügung.
Am weitesten verbreitet ist der Torbolader, bei dem ein Aufladegebläse mittels einer abgasgetriebenen Turbine angetrieben wird. Da diese Turbinen mit sehr hohen Drehzahlen arbeiten und zudem den heißen Verbrennungεgasen des Motors ausgesetzt sind, werden hohe Anforderungen an die mechanische und thermische Belastbarkeit verschiedener wesentlicher Baugruppen gestellt. Desweiteren muß bei den aus dem Stand der Technik bekannten Turboladern eine zusätzliche Ladeluftkühlung vorgesehen werden, wodurch der Material- und Konstruktionsaufwand steigt. Obwohl die Materialprobleme zunehmend gelöst werden, weist die Abgasturboladung ein spezielles instationäres Verhalten auf. So gelingt es nicht, einen über den gesamten Drehzahlbereich näherungsweise gleichbleibenden Ladedruck zu erzeugen. Insbesonders im unteren Drehzahlbereich arbeitet der Turbolader mit zu geringem Ladedruck, wodurch der Motor in diesem Bereich nur ein geringes Drehmoment aufweist.
ERSATZBLATT Bei einer weiteren Laderbauart wird ein Teil des von der Kurbelwelle erzeugten Drehmoments für den Antrieb eines Gebläses oder einer Ladepumpe genutzt.
So sind z.B. Kapselgebläse (Roots-Gebläse) bekannt, die mit einer Zwangsverdrängung arbeiten, wobei zwei ineinandergreifende Flügelrotore ein Ansaugen und Verdichten der Luft bewirken. Obwohl diese Gebläse eine gewisse Verbreitung gefunden haben, ist ihr Wirkungsgrad unzureichend, da die ineinandergreifenden und aufeinander abwälzenden Flügelrotore so angeordnet sein müssen, daß sie sich unter allen Betriebsbedingen nicht miteinander berühren, d.h es ist immer ein relativ großer Spalt zwischen den Flügeirotoren erforderlich bzw. vorhanden, der die unerwünschten Druckverluste verursacht.
Eine weitere Laderform ist der Flügelzellenverdichter, der mit einem exzentrischen Rotor arbeitet, an dessen Außenumfang radial bewegliche Flügel angeordnet sind, die in Wirkberührung mit einer sie umgebenden Zylinderwand stehen. Da Flügelzellenverdichter im Gegensatz zum Roots- Gebläse einen vergleichsweise sehr geringen Spalt zwischen Rotor und Zylinderwand aufweisen, ist der theoretisch zu erwartende Wirkungsgrad hoch. Vorstehend genannte Verdichterbauart konnte sich jedoch als Lader nicht durchsetzen, da bei den erforderlich hohen Drehzahlen Probleme der Schmierung und der damit verbundenen, möglichst verschleißarmen Führung der Flügel im Rotationskolben nicht hinreichend gelöst werden konnten.
Eine weitere Laderform ist der Kolbenverdichter, der wie ein Hubkolbenmotor aufgebaut ist. Bei dieser Laderart wird die Luft auf Grund der guten Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder quasi verlustfrei gefördert, so daß einerseits ein guter Wirkungsgrad erwartet werden kann, andererseits weisen Lader dieser Bauart ein sehr schlechtes Masse-
ERSATZBLATT - 3 -
Leistungsverhältnis auf. Diese Tatsache ist darauf zurückzuführen, daß die zum Antrieb des Kolbens verwendeten Kurbelgetriebe dem Kolben neben der gewünschten geradlinigen Kraftkomponente entlang der Symmetrieachse der Zylinderbohrung dem Kolben auch gleichzeitig eine Kraftkomponente in Richtung zur Zylinderwandung erteilen. Diese Kraftkomponente muß durch die Kolbenwandung aufgenommen werden. Um die Flächenpressung zwischen Kolbenwandung und Zylinderwandung und somit den Verschleiß gering zu halten, und um ein Verkanten des Kolbens zu vermeiden, muß dieser ausreichend lang ausgebildet sein, was zu einer erheblichen Massevergrößerung führt. Daher ist diese Laderbauart für kleine und mittelgroße und insbesonders für mobile Verbrennungsmotore nur bedingt geeignet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Lader für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der sowohl einen guten Wirkungsgrad und ein wesentlich verbessertes Masse-Leistungsverhältnis aufweist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die spezielle Gestaltung der Antriebs¬ baugruppe in Verbindung mit der Kompressionsbaugruppe wird ein besonders günstiges Masse-Leistungsverhältnis erreicht. Dieser Vorteil entsteht durch die besondere Ausführung des Antriebsmechanismus mit seinen zwei Mitnehmern, die die Kurbelschleife mit der Schubstange auf einer geradlinigen Bahn antreiben. Es ist von besonderem Vorteil, daß der Schubstange lediglich eine geradlinige Bewegung aufgezwungen wird. Somit ist es auch nicht erforderlich, den Kolben im Kompressionszylinder zusätzlich zu führen, da keine Seitenkräfte abzufangen sind. Somit können der Kompressionszylinder und der Kolben besonders leichtgewichtig und materialsparend ausgeführt werden. Desweiteren verringert sich auch die Masse der
ERSATZBLATT erforderlichen Ausgleichsgewichte. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Kompressorlader drehrichtungs- unabhängig arbeitet und an einer beliebige Stelle in der Nähe der Brennkraftmaschine angeordnet sein kann. Somit ist er auch für den nachträglichen Einbau zur Nachrüstung gut geeignet. Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip ermöglicht sehr hohe Laufzeiten ohne funktionsgefährdenden Verschleiß, insbesonders entsteht zwischen Kolben und Zylinder kein nennenswerter Verschleiß, da keine Seitenkräfte auftreten. Eine zusätzliche Ladeluftkühlung ist nicht erforderlich. Unabhängig von der Drehzahl wird immer das erforderliche Luftvolumen bereitgestellt, also auch bereits im unteren Drehzahlbereich. Die Bereitstellung eines ausreichend großen Luftvolumenε im unteren Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine bewirkt, daß auch in diesem Bereich bereits ein hohes Drehmoment erreicht wird und somit bewirkt beim Einsatz des erfindungsgemäßen Kompressorladers in einem Kraftfahrzeug vorstehend genannter Effekt ein gutes Beschleunigungsvermögen auch bei sehr niedertouriger Fahrweise. Der erfindungsgemäße
Kompressorlader bewirkt eine erhebliche Leistungssteigerung des beladenen Motors, der somit ebenfalls ein verbessertes Masse-Leistungsverhältnis erhält, was bei Flugzeugmotoren als wesentlicher Vorteil anzusehen ist. Weiterhin wird der Schadstoffausstoß des beladenen Motors verringert. Der erfindungsgemäße Kompressorlader ist für jede Art von Hubkolben- und Rotationskolbenmotore geeignet. Er kann vorzugsweise bei Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei denen die Bereitstellung eines ausreichenden Luftvolumens Schwierigkeiten bereitet. Das ist z.B. auf Grund seines
Konstruktionsprinzips bei einem Wankelmotor der Fall oder auf Grund der Umgebungsbedingungen bei einem Flugzeugmotor, wenn das Flugzeug in großer Höhe fliegt, in der nicht mehr ausreichend Luft-Sauerstoff zur Verbrennung angesaugt werden kann, weil der atmosphärische Luftdruck zu niedrig ist.
ERSATZBLÄTT Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. In der folgenden Beschreibung ist anhand der Zeichnungen eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Es zeigen.-
Fig. 1 einen Längsschnitt des Kompressorladers,
Fig. 2 einen um 90 Grad zu Fig. 1 verschwenkten Längsschnitt des Kompressorladers,
Fig. 3 einen Längsschnitt der Schubstange mit Kolben und Kurbelschleife,
Fig. 4 einen um 90 Grad zu Fig. 3 verschwenkten Längsschnitt der Schubstange mit Kolben und Kurbelschleife und
Fig. 5 den Bewegungsablauf der Mitnehmer.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, weist ein Kompressorlader eine Antriebsbaugruppe 1 und eine Kompressionsbaugruppe 2 auf. Die Antriebsbaugruppe 1 wird von einem Gehäuse 3 umschlossen. Auf einer Antriebswelle 5 ist ein Antriebsrad 4 außerhalb des Gehäuses 3 als Keilriemenscheibe ausgebildet. Innerhalb des Gehäuses 3 ist auf der Antriebswelle 5 ein Antriebsritzel 6 mit einer Verzahnung 61 befestigt. Die Antriebswelle 5 wird durch ein am Gehäuse 3 befestigtes Lager L gelagert. Mit dem Antriebsritzel 6 steht ein erstes Antriebsrad 7 und zweites Antriebsrad 8 in Eingriff. Das erste Antriebsrad 7 und das zweite Antriebsrad 8 liegen parallel zueinander und auf einer gemeinsamen Drehachse A. Das erste Antriebsrad 7 ist auf einer Welle 9 befestigt, die durch ein am Gehäuse 3
ERSATZBLATT gehaltenes Lager 10 gelagert ist. Das zweite Antriebsrad 8 ist auf einer Welle 11 befestigt, die durch ein am Gehäuse 3 gehaltenes Lager 12 gelagert ist. Die Welle 9 und die Welle 11 sind um die Drehachse A drehbar. Am ersten Antriebsrad 7 und am zweiten Antriebsrad 8 sind je ein zapfenförmiger Mitnehmer (Kurbelzapfen) 13 und ein zapfenförmiger Mitnehmer (Kurbelzapfen) 14 angeordnet, deren Symmetrieachsen parallel zur Drehachse A liegen und von dieser jeweils den gleichen Abstand aufweisen, d.h. beide Mitnehmer bewegen sich bei der Drehung der Antriebs¬ räder 7 und 8 auf dem Umfang eines jeweils gleichgroßen Kreises in entgegengesetzter Richtung. Der Mitnehmer 13 und der Mitnehmer 14 sind aufeinander zu gerichtet und tragen je eine Nadellager 15 und 16. An den Antriebsrädern 7 und 8 sind zur dynamischen Auswuchtung weiterhin je eine Aus- gleichsmasse AM angeordnet, um das Gewicht des Kolbens 20, der Schubstange 18, der Kurbelschleife 19 und der Mitnehmer (Kurbelzapfen) 13, 14 auszugleichen. Gegenüber dem An¬ triebsritzel 6, fluchtend zur Drehachse der Antriebswelle 5, ist im Gehäuse 3 eine Aussparung 17 vorgesehen, in der die Kompressionsbaugruppe 2 eingesetzt und befestigt ist.
Die Kompressionsbaugruppe 2 besteht aus einer Schubstange 18, an deren einem Ende eine doppel-T-förmige Kurbel- schleife 19 angeordnet ist, die mit den Mitnehmern 13 und 14 in Eingriff steht. Das andere Ende der Schubstange 18 ist mit einem Kolben 20 verbunden, der sich in einem Kompressionszylinder 21 bewegt. Die Schubstange 18 wird durch eine Führung 22 geführt, die innerhalb eines Flan- sches 23 vorgesehen ist, der die Antriebsbaugruppe 1 und die Kompressionsbaugruppe 2 miteinander verbindet. Vor der Führung 22, in Richtung zu der Antriebsbaugruppe 1 ist eine Dichtung 24 angeordnet. An den äußeren Enden der Kurbel- schleife 19 sind Führungsbohrungen 25 vorgesehen, um die Kurbelschleife 19 mittels stabförmig ausgebildeter Führungen 26,
ERSATZBLATT die am Gehäuse 3 befestigt sind, zu führen. Der Kompressionszylinder 21 wird durch den Kolben 20 in zwei Kompressionskammern 27, 28 geteilt, die sich durch die Kolbenbewegung wechselweise vergrößern bzw. verkleinern. An den Stirnseiten der Kompressionskammern 27, 28 sind jeweils Öffnungen 29 für mindestens je ein Einlaß- und ein Auslaßventil vorgesehen.
Im folgenden soll die Funktionsweise des Kompressorladerε näher beschrieben werden. Wird über das Antriebsrad 4 die Antriebswelle 5 mit dem Antriebsritzel 6 gedreht, so wird das erstes Antriebsrad 7 und das zweites Antriebsrad 8 mit angetrieben, wobei sich die Antriebsräder 7, 8 zueinander in entgegengesetzter Richtung drehen. Die Antriebsräder 7, 8 sind so montiert, daß sich ihre jeweiligen Mitnehmer 13, 14 bei einer Umdrehung der Antriebsräder 7, 8 zwei mal gegenüber stehen. Der Bewegungsablauf der Mitnehmer 13, 14 ist in Figur 5 gezeigt. In der Position P_ stehen sich bei¬ de Mitnehmer 13, 14 überlappend gegenüber, wobei ihre je- weilige Entfernung zum Antriebsritzel 6 am kleinsten ist. In der Position P2 stehen sich beide Mitnehmer 13, 14 er¬ neut überlappend gegenüber, wobei ihre jeweilige Entfernung zum Antriebsritzel 6 am größten ist. Zwischen den Posi¬ tionen Pη_ und P2 bewegen sich die Mitnehmer 13, 14 auf ei- ner gemeinsamen Höhen-Linie HL (Fig. 5) mit einer Ampli¬ tude, die dem Durchmesser des Drehkreises der Mitnehmer 13, 14 entspricht. Mit den Mitnehmern 13, 14 ist die Kurbel¬ schleife 19 in Eingriff, die somit auf der Höhen-Linie HL bewegt wird. Somit führt die Schubstange 18 in Verbindung mit dem Kolben 20 einen Arbeitshub aus, dessen Größe von dem Durchmesser des Drehkreises der Mitnehmer 13, 14 bestimmt wird. Eine halbe Umdrehung der Antriebsräder 7, 8 erzeugt einen vollständigen Arbeitshub. Bewegt sich der Kolben 20, so vergrößert er eine der Koipressionskammern 27, 28 und verkleinert gleichzeitig die andere, wodurch eine gleichzeitige Saug- und Druck-Wirkung erzeugt wird.
ERSATZBLATT Die Einlaß- und Auslaßventile bewirken durch wechselseitiges Öffnen und Schließen, daß mit jedem Kolbenhub gleichzeitig ein Ansaugvorgang und ein Ausstoßvorgang erfolgt. Bei einem Ansaugvorgang wird Luft aus der umgebenden Athmosphäre angesaugt, die bei dem sich anschließenden Ausstoßvorgang in den Ansaugkanal des Verbrennungsmotors eingedrückt wird.
Bedingt durch diese Arbeitsweise arbeitet der Kompressor- Lader drehrichtungsunabhängig. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind auf den Mitnehmern 13, 14 Nadellager 15, 16 angeordnet, die die Reibung an der Kurbelschleife 19 verringern. Falls die über die Schubstange 18 zu übertragende Kraft erhöht werden soll, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auf die Nadellager ein Gleitstein aufgesetzt werden. Auf die Führungen 26 kann auch verzichtet werden, wenn die Führung 22 so ausgestaltet ist, daß ein Verklemmen und/oder Verdrehen der Schubstange 18 verhindert wird. Das kann durch eine Schubstange mit nicht kreisförmigem, vorzugsweise ovalem Querschnitt erreicht werden, es ist auch möglich zwei Schubstangen mit kreisförmigem Querschnitt einzusetzen. Die Antriebseinheit 1 wird vorzugsweise mit Öl geschmiert und weist dann vor der Führung 22 eine Dichtung und davor zur Schonung der Dichtung ein Ölabstreifring auf. Zur Verringerung der Reibung und des Verschleißes kann die Innenwand des KompressionsZylinders mit einer harten und insbesondere gegen Luftfeuchtigkeit beständigen Schutzschicht versehen werden. Der Kolben kann zu dem gleichen Zweck auch mit
Kolbenringen 30 aus speziellem Material versehen sein. Die Kolbenringe 30 bestehen vorzugsweise aus einem grafithaltigen Material mit guter Selbstschmierwirkung oder einem Material mit ähnlichen Eigenschaften. Zur Verringerung des Kolbengewichts kann der Kolben einen diskusförmigen Querschnitt aufweisen und/oder aus einem
ERSATZBLATT Kohle-Faser-Verbundwerkstoff mit geringem spezifischem Gewicht bestehen. Generell können Materialien zum Einsatz kommen, die eine Leichtbauweise ermöglichen und andererseits die notwendigen mechanischen Eigenschaften aufweisen. So kann z.B. die Schubstange ein Aluminium- oder Titanrohr sein. In einer weiteren konstruktiven Weiterbildung ist auch die Anordnung von mehreren Kompressionszylindern hintereinander, mit einer durchgehenden Schubstange in Form einer Kaskade möglich.
Die vorstehende Beschreibung einer Ausführungsform dient lediglich der Erläuterung nur einer von mehreren möglichen speziellen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes. Es ist klar, daß zahlreiche und unterschiedliche andere Anordnungen bei Kenntnis der durch die Erfindung vermittelten Lehre durch den Fachmann vorgenommen werden können, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.
ERSATZBLATT

Claims

Patentansprüche
1. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine, der eine Antriebsbaugruppe mit einem Gehäuse aufweist, wobei die Antriebsbaugruppe von einem Antriebsrad über eine Antriebswelle von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, einer mit der Antriebsbaugruppe in Wirkverbindung stehender Schubstange zur Bewegung eines Kolbens in einer mit Einlaß- und Auslaßventilen versehenen Kompressionsbaugruppe, wobei durch die Bewegung des Kolbens und der Wirkung der Einlaß- und Auslaßventile, eine Luftmenge in jeweils eine Kom- pressionskammer der Kompressionsbaugruppe angesaugt und anschließend über ein Rohrelement in einen Ansaugkanal der Brennkraftmaschine eingetragen wird, dadurch gekennzeich¬ net, daß
- an der Antriebswelle (5) innerhalb des Gehäuses (3) ein Antriebsritzel (6) vorgesehen ist, das mit einem ersten Antriebsrad (7) und einem zweiten Antriebsrad (8) in Eingriff steht, wobei die Antriebsräder (7) und (8) parallel zueinander und in einem Winkel von 90 Grad zum Antriebsritzel (6) stehen, das durch seine Drehung eine Drehung der Antriebsräder (7) und (8) zueinander in entgegengesetzter Richtung um eine gemeinsame Drehachse (A) bewirkt,
- an den Antriebsrädern (7) und (8) je ein Mitnehmer (Kurbelzapfen) (13) und (14) angeordnet ist, dessen Symmetrieachsen jeweils parallel zu der Drehachse (A) liegen, und die Antriebsräder (7) , (8) so angeordnet sind, daß sich ihre jeweiligen Mitnehmer (13) , (14) bei einer einmaliger Umdrehung der Antriebsräder (7) , (8) einmal in einer ersten Position (P]_) und einmal in einer zweiten
ERSATZBLÄΓT Position (P2) gegenüber stehen, wobei in der ersten
Position (Pτ_) die Entfernung der Mitnehmer (13), (14) zum
Antriebsritzel (6) am kleinsten und in der zweiten Position
(P2) die Entfernung der Mitnehmer (13) , (14) zum Antriebsritzel (6) am größten ist,
- beide Mitnehmer (13) , (14) ständig auf einer gemeinsamen Höhenlinie (HL) liegen, die sich zwischen der ersten Position (Pη_) und der zweiten Position (P2) bewegt, wodurch ein Arbeitshub der Schubstange (18) definiert wird, der dem Durchmesser des Kreises entspricht, auf dessen Umfang sich die Mitnehmer (13) , (14) bewegen,
die Schubstange (18) eine Kurbelschleife (19) mit parallel gegenüber liegenden Führungsnuten aufweist, in welche die Mitnehmer (13) und (14) eingreifen, wobei die
Kurbelschleife (19) durch die sich ständig auf der gemeinsamen Höhenlinie (HL) bewegenden Mitnehmer (13) und
(14) zwischen der Position (P^) und der Position (P2) hin und her bewegt wird,
- die Schubstange (18) in einer SchubStangen-Führung (22) geführt und gegen Verdrehung gesichert ist,
- die Kompressionsbaugruppe (2) einen Kompressionszylinder (21) aufweist, wobei ein Kolben (20) den Innenraum des Kompressionszylinders (21) in Kompressionskammern (27) und (28) teilt,
- die Kompressionskammern (27) und (28) mindestens je ein Einlaß- und Auslaßventil und aufweisen, wobei bei einer Bewegung des Kolbens (20) gleichzeitig ein Ansaugvorgang und ein Kompressionsvorgang erfolgt, bei dem Umgebungsluft angesaugt und gleichzeitig Luft in den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine eingetragen wird.
ERSATZBLATT
2. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schubstangen-Führung bei einer Schubstange (18) mit kreisförmigen Querschnitt durch eine kreisförmige Führung (22) erfolgt, die zwischen der Antriebsbaugruppe (1) und der Kompressionsbaugruppe (2) angeordnet ist und zur Sicherung gegen eine Verdrehung der Schubstange (18) die Kurbelschleife (19) durch stabförmige Führungsbolzen (26) geführt wird, wobei die Führungsbolzen (26) in Führungsbohrungen (25) der Kurbelschleife (19) laufen.
3. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstangen-Führung bei einer Schubstange (18) mit nicht- kreisförmigen Querschnitt, vorzugsweise ovalem Querschnitt, zwischen der Antriebsbaugruppe (1) und der Kompressionsbaugruppe (2) angeordnet ist, wobei der nicht kreisförmige Querschnitt der Schubstange (18) und die dieser Form entsprechende Führung (22) eine Verdrehung der Schubstange (18) verhindert.
4. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Mitnehmern (13) und (14) Wälzlager (15) und (16) , vorzugsweise Nadellager angeordnet sind.
5. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Mitnehmern (13) und (14) Nadellager mit darüber liegenden Gleitsteinen angeordnet sind.
6. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Verdrehung der Schubstange (18) zwei parallel zueinander angeordnete FührungsStangen (26) vorgesehen sind.
ERSATZBLATT
7. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) einen diskusförmigen Querschnitt aufweist.
8. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) Kolbenringe (30) aus einem Material mit guten Trockenlaufeigenschaften aufweist.
9. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionszylinder (21) an seiner Kolbenlauf- fläche mit einer harten und widerstandsfähigen Schicht versehen ist.
10. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) aus einem Material mit guten Trockenlaufeigenschaften besteht.
11. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem hochfesten Kohlefaser-Verbundwerkstoff besteht.
12. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Schubstangen-Führung (22) in Richtung auf das Antriebsritzel (6) eine Dichtung (24) angeordnet ist.
13. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsbaugruppe (2) als Kaskade geschaltet ist.
ERSATZBLATT
14. Kompressorlader für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auswuchten der beweglichen Massen, speziell des Kolbens (20) , der Schubstange (18) , der Kurbelschleife (19) und der Mitnehmer (Kurbelzapfen) (13) , (14) Auswuchtmassen (AM) an den Antriebsrädern (7) und (8) vorgesehen sind.
ERSATZBLATT
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