DE1966223A1

DE1966223A1 - Brennkraftmaschine mit Selbstzuendung und Aufladung

Info

Publication number: DE1966223A1
Application number: DE19691966223
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: VEHICULE IND ET D EQUIPEMENTS
Current assignee: VEHICULE IND ET D EQUIPEMENTS
Priority date: 1968-02-07
Filing date: 1969-01-23
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DE1903261C3; GB1262138A; NL157963B; US3595013A; NL6901730A; SE349628B; DE1903261B2; DE1903261A1

Description

und Aufladung

nie Erfindung "betrifft eine Brennkraftmaschine mit·Selbstzündung und Aufladung mittels Abgasturbogebläse und nachgeschaltetem, von der Brennkraftmaschine angetriebenem volumetrischem Verdichter^ der über ein stufenlosregelbares Getriebe so angetrieben wirdj daß mit zunehmendem Ladedruck die Drehzahl des Verdichters abnimmt und mit ab-, nehmendem iiadedruck zunimmt. ■.. ' ... _;

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Bei einer derartigen Brennkraftmasehine besteht der Nachteil, ,daß bum Zeitpunkt des, Anlassens das Abgasturbo gebläse keinen Drupk liefert, das Eühlwassei noch kalt ist und der volumetrische Verdichter- trotz maximaler Einstellung des stufenlos regelbaren Getriebes sich noch zu langsam dreht, .

I ' ■" ' ""'--..."■ -.' " ' ■-■,.---"""--um trotzdefn eine ausreichende Erhöimng.des iadedruckes und der iiieraperjatur der Ladeluft: zu.

Die der ftifindung zugrundeliegende Aufgabe wird deshalb darin gesehen, eine BrennkrsftiHöschine der genannten Bauart zu

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schaffen, bei welcher die. angegebenen Nacirteile ausgeglichen . werden können und ein einwandfreies Anlassen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für Anlaßzwecke das stufenlos regelbare Getriebe abschaltbar und statt dessen eine direkte Übersetzung mit größerem uberset- .. zungsverhältnis durch den Eingriff des Anlasserritζels in eine auf der Welle des Verdichters angeordnete Verzahnung einschaltbar ist.

Auf diese V/eise läßt sich eine Übersetzung erreichen, die beispielsweise drei- bis fünfmal größer ist als die maximal mögliche Übersetzung seitens des stufenlos regelbaren Getriebes. Die erreichte Drehzahl des volumetrischen Verdichters reicht dann aus, um den erforderlichen Überdruck und vor allem eine wesentliche Erhöhung der Temperatur der Ladeluft zu erhalten. Die vom Anlasser geforderte Leistung ist dabei nicht unbedingt höher, da der erhaltene Überdruck und die Erwärmung der Kolbenböden das vom Motor geforderte Drehmoment herabsetzt.

Zweckmäßig kann zur Abschaltung des stufenlös regelbaren Ge- f triebes ein vom Anlasserritzel betätigbares Hebelsystem vorgesehen sein. Dieses Hebelsystera verstellt die Kiemenscheiben bei Verwendung eines Riementriebs als stufenlos regelbares Getriebe, bzw. schließt den ölkreislauf bei Verwendung eines hydraulischen Getriebes.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der genannten Aufgabe besteht darin, daß eine Einspritzvorrichtung mit einer Düse in der Ladeleitung am Einlaß des Verdichters, einem Hagnetventil und einer Zufuhr für die Einspritzflüssigkeit vorgesehen ist, und daß der das Magnetventil öffnende elektrische btrom in Abhängigkeit von der Einschaltdauer des Anlassers fließt, wobei ein Schalter mit einer im Kühlwasser angeordneten

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thermometriscjaen Dose zur Abschaltung der Stromzufuhr verbunden ist, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors ausreichend hoch ist. Durch die Einspritzung von !flüssigkeit in die Ladeleitung am Einlaß.des Verdichters, die somit in den Verdichter gelangt, erfolgt nämlich eine Abdichtung des volumetrischen Verdichters, wodurch Leckverluste vermieden werden." Infolge der Oberflächenspannung haftet nämlich die eingespritzte flüssigkeit an den Oberflächen der Flügel und des Gehäuses des volumetrischen Verdichters und dichtet so das zwischen diesen Teilen notwendigerweise vorhandene Spiel ab. Auf diese Weise läßt"sich.auch ohne Drehzahlerhöhung eine Erhöhung des Wirkungsgrades, d.h. des Drucks und der Temperatur der vom volumetrischen Verdichter gelieferten Ladeluft beim Anlässen erreichen. Besonders vorteilhaft ist es natürlich, beide Maßnahmen nebeneinander durchzuführen, nämlich zum einen die Drehzahlerhöhung des volumetrischen Verdichters und.zum anderen seine Abdichtung durch die Flüssigkeitseinspritzung. Zweckmäßig wird als Einspritzflüssigkeit der Motorkraftstoff verwendet, der von der Kraftstoffpumpe des Motors, zugeführt wird* Es ist nämlich zweckmäßig, daß die Einspritzflüssigkeit, die ja in die Zylinder des Motors eintritt, vollständig verbrannt werden kann. Durch die Tatsache, daß dieser in die Ladeleitung eingespritzte Kraftstoff als eine Art Nebel in den Motor gelangt," wird die Verbrennung eher begünstigt. Als E'inspritzflüssigkeit kann jedoch beispielsweise auch Öl verwendet werden. .

Das Magnetventil sehließt, sobald der Anlasser wieder ausgeschaltet wird. Da die Einspritzvorrichtung ferner überflüssig ist, bzw. sogar schädlich sein kann, .wenn der Motor warm ist, da unerwünschte Frühzündungen verursacht werden könnten, ist die thermometrische Dose vorgesehen, die bei ausreichender Kühl wassertemperatur die. Stromzufuhr unterbricht. , -

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Die Erfindung ist im folgenden anhand von in der- Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: · ■ ._

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine nach der Erfindung bei Verwendung eines hydraulischen Getriebes für den volumetrischen Verdichter im Schema;

5¹Ig. 2 ein im wesentlichen der Fig. 1 entsprechendes Schema einer Brennkraftmaschine der angeführten Art, bei welcher ein Riementrieb als stufenlos regelbares Getriebe für den volumetrischen Verdichter Anwendung findet;

Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitseinspritzung bei einer Brennkraftmaschine nach Fig. 1 oder 2;

Fig. 4 eine Einzelheit nach Fig. 3 in vergrößertem Maßstab und im Schnitt. ,.. '-

Das in'Fig. 1 dargestellte Schema zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Auspuffleitung 2, die die Abgase des Motors zu einer Radialturbine 3 leitet. Die Radialturbine treibt über eine Welle 4 einen Radialverdichter 5 an und bildet mit dieser ein Äbgasturbogebläsev Die Ladeluft wird vom Radialverdichter 5 über eine Ladeleitung 6, die durch einen Wärmetauscher 7 mit Ein- bzw. Auslaß S bzw. 9 führt, einem nachgeschalteten, von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenem volumetrischen Verdichter 10 zugeführt, der die Ladeluft seinerseits über eine Einlaßleitung 11 und ein Sammelrohr auf die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verteilt. '

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uer Antrieb des volumetrischen Verdi cht.ers .10, der ein Rootes-Gebläse sein kann, erfolgt über ein stufenlos regelbares Getriebe _derart., daß "mit-.zunehmendem Ladedruck die Drehzahl des Verdichters 10 abnimmt und mit abnehmendem Ladedruck zunimmt.. Bei dem in Fig. 1' gezeigten Ausführungs- " Beispiel ist ein hydraulisches Getriebe vorgesehen. Dabei treibt die-Kurbelwelle 14 der Brennkraftmaschine 1, eine Kolbentrommel 42 an, deren Fördermenge ge Umdrehung durch eine feststehende Steuerplatte 43 geregelt wird. Die Welle 13 des volumetrischen Verdichters 10 ist ebenfalls mit; einer Ilolbentrommel 44 verbunden, deren Fördermenge je Umdrehung durch die veränderliche Neigung ihrer Steuerplatte 45 variabel ist. Die Neigung der Steuerplatte 45 ist wiederum von deiner Druckdose 46 abhängig, die mit der Ladeleitung 6 über eine Leitung 27 verbunden ist.' Die beiden Kolbentrommeln 42 und sind ihrerseits über Leitungen 47 und 48 verbunden.

Erfindungsgemäß ist das stufenlos regelbare Getriebe abschaltbar; statt dessen ist eine direkte Übersetzung mit größerem Übersetzungsverhältnis durch den Eingriff des Anlasserritzels 39 in eine auf der Welle 13 des Verdichters 10 angeordnete Verzahnung 37 einschaltbar. Die Verzahnung 37entspricht derjenigen des Zahnkranzes 38 der Schwungscheibe der Brennkraftmaschine 1, wobei das Anlasserritzel 39 gleichzeitig mit der. Verzahnung 37 und dem Zahnkranz 38 in Eingriff gebracht werden kann. Dabei sind die Abmessungen so getroffen, bzw. die Zähnezahlen der Verzahnung 37 einerseits und des Zahnkranzes andererseits derart, daß die Drehzahlübersetzung zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Verdichter 10 viel größer ist als die größte Übersetzung des stufenlos regelbaren, hydraulischen Getriebes 42 - 48. ; Λ

Zur Abschaltung des stufenlos regelbaren Getriebes ist zweck-

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mäßig ein vom Anlasserritzel 37 betätigbares Hebelsystem 50 -■ vorgesehen,, das den ölkreislauf des hydraulischen-Getriebes 42-4-8 kurzschließt. Dieses Kurzschließen erfolgt über eine Umgehungsleitung 49 bzw. ein entsprechendes Ventil.

Fig. 2 zeigt das Schema einer weiteren Ausführungsf orm, wobei für gleiche Teile jeweils die gleichen Bezugszeichen wie beim Schema gem. Fig. 1 verwendet worden sind. Dabei wird als stufenlos regelbares Getriebe ein Riementrieb mit einem Keilriemen 15 und Riemenscheibenhälften 16 und 17 verwendet, die Jeweils auf der Verdichterwelle 13 bzw. der Kurbelwelle fest aufgekeilt sind, während die Jeweils zugehörigen Riemenscheibenhälften 18 und 19, die den vorgenannten Eiemenseheibenhälften 16 und 17 gegenüberliegen und mit den gleichen Drehzahlen angetrieben werden, axial verschoben werden können,.so daß bei jeder der beiden Riemenscheiben der umschlingungsdurchmesser des Keilriemens 15 veränderbar ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem nur eine verhältnismäßig geringe Veränderung des Drehzahlverhältnisses erforderlich ist (z.B. 0,85 - 1)5)? können die beiden Ri emens cheib enhalf t,en 18 und 19 gleichzeitig und einander entgegengesetzt durch einen zwisehen seinen Enden schwenkbar gelagerten Hebel 20 verschoben, werden, der sich bei 21 gegen die Riemenscheibenhälfte 18 und bei 22 gegen die Riemenscheibenhälfte 19ν unter Zwischen-.·.-, lage von Kugellagern abstützt. Der Hebel 20 ist. mittig durch ein Gabelgelenk 23 schwenkbar gelagert, gegen das sich eine Feder 24 abstützt. Ferner ist er mittels einer Druckdose 25 entgegen der Kraft einer Feder 26, die beide bei 21. angreifen, verschwenkbar. Die Druckdose 25 nimmt einen veränderlichen Luftdruck über eine Leitung 27 auf, in welche über eine ge- ■ eichte Düse 29 eine Leitung 28 mündet, die -von der Ladeleitung 6 am Auslaß des Wärmetauschers 7 abgezweigt ist; fernem mündet in die Leitung 27 über eine geeichte Düse 21 eine Leitung 22, die von der Einlaßleitung 11 an der Auslaßseite

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des volumetrischen Verdichters 10 abgezweigt ist; schließlich stellt die-Leitung 27 auch mit der Außenluft über eine Düse 32 in Verbindung.

Um für Anlaßzwecke diesen Riementrieb abzuschalten und statt dessen die direkte Übersetzung mit größerem Übersetzungsverhältnis durch den Eingriff des Anlasserritzels 39 in die auf der Welle 13 ties Verdichters 10 angeordnete Verzahnung 37 zu erhalten, ist wiederum ein v.om Anlasserritzel 37 betätigbares Hebelsystem 40 bzw. 41 (U¹Zg. 2) vorgesehen, das die Riemenscheiben des Riementriebs 15 - 19 verstellt. Rückt das Anlasserritzel 39 ein, dann wird die Feder 24 zusammengedrückt, die beiden verschiebbaren Riemenscheibenhälften 18 und 19 bewegen sich gemeinsam von den, aufgekeilten Riemenscheibenhälften 16 und 17 in Fig. 2 nach links, so daß die Spannung des Keilriemens 15 aufgehoben wird und keine Kraftübertragung erfolgen kann. Eine andere Möglichkeit würde darin bestehen, die leder 24 durch einen Elektromagnet zusammenzudrücken, der gleichzeitig mit dem Anlasser elektrisch betätigt'wird. Auf diese Weise würde vorteilhaft das Hebelsystem 4Q 41 entbehrlich.

Auch bei dem zweitbeschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt der Antrieb des völumetrisehen Verdichters 10 über die Verzahnung 37 mit erheblich höherer Drehzahl, als dies bei maximaler Übersetzung des stufenlos regelbaren Getriebes der Fall ist. Die von dem Anlasserritzel 39 über die Verzahnung hervorgerufene Drehzahl kann beispielsweise drei- bis fünfmal so groß sein, wodurch ermöglicht wird, daß dervolumetrische Verdichter 10 auch beim Anlassen, wenn der Radialverdichter 5 noch nicht fördern kann und das Kühlwasser noch kalt ist, eine Ladeluft mit ausreichend erhöhtem Druck und entsprechend erhöhter Temperatur liefert, wodurch das Anlassen .erleichtert und verbessert wird. '

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Letzteres läßt sich erfindungsgemäß aucli dadurch erreichen (siehe J¹Ig-. ·3 und 4)-, daß man eine Einspritzvorrichtung für eine Einspritzflüssigkeit mit einer Düse 102 in der Ladeleitung 6 am Einlaß 100 des Yerdichters 10, ein Magnetventil 103 und eine Flüssigkeitszufuhr 98, 101 vorsieht, wobei der das Megnetventil 105 öffnende elektrische Strom in Abhängigkeit von der Einschaltdauer des Anlassers 97 fließt. Ferner is.t ein Schalter 107 vorgesehen, der ,mit einer in der Kühlwasserleitung 109 angeordneten thermometrysehen Dose 108 verbunden ist, die die Stromzufuhr über eine Stromzufuhrleitung 104. zum Magnetventil 103 abschaltet, wenn die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 ausreichend hoch ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Brennkraftmaschine 1 besitzt im übrigen, wie auch die weiter oben beschriebenen Ausführungsformen, einen Radialverdichter^ und ein stufenlos regelbares Getriebe für den volumetrischen Verdichter 10, das hier wiederum ein Riementrieb mit Keilriemen 15 und Riemenscheiben 95 und 96 ist. Außer dem Anlasser 97 besitzt die Brennkraftmaschine noch eine Kraftstofförderpumpe 98 und eine Kraftstoff einspritzpumpe 99· "

Die Regelung der Kraftstoffzufuhr zur Düse 102 geschieht einerseits durch entsprechende Größe des Durchmessers der Düse und andererseits durch den Druck der Kraftstofförderpumpe 98.

Die das Magnetventil 103 speisende Stromleitung 104 ist über den mit der thermometrischen Dose 108 verbundenen Schalter mit dem Anlasserstromkreis 105 verbunden, der einen Anlaßschalter 106 aufweist. Die thermometrische Dose 108 kann auch als Thermostat bezeichnet werden, ist bälgartig ausgebildet und befindet sich, wie besonders deutlich aus Fig. 3 zu entnehmen ist, innerhalb der Kühlwasserleitung IO9.

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Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Befindet sich die Brennkraftmaschine im Stillstand, dann ist ' die Wassertemperatur niedrig und der Schalter 107 geschlossen. Erfolgt das Anlassen, d.h., wird der Anlaßschalter 106 und damit der Anlasser 97 betätigt, so bekommt das Magnetventil 1OJ Strom und öffnet während der ersten Umdrehungen des Motors. Die Kraftstofförderpumpe 98 erzeugt einen durch ihre Feder bestimmten Druck, so daß Kraftstoff nicht nur zur Einspritzpumpe 59, sondern auch durch die Zufuhrleitung 101 zur Düse 102 gefördert wird und in die Ladeleitung 6 eintritt. Zu diesem Zeitpunkt wird zwar der "volumetrische Verdichter 10 von der Brennkraftmaschine mit der maximalen Übersetzung des stufenlos.regelbaren Getriebes angetrieben, diese ist jedoch zu gering. -

Nunmehr dringt jedoch mit Luft vermischter Kraftstoff über die Ladeleitung 6 in den volumetrischen Verdichter 10 ein und benetzt sowohl die Innenwände "seines Gehäuses als auch die Flügel. Damit wird das vorhandene Spiel zwischen dem Gehäuse und den Flügeln, das normalerweise etwa 0,1 mm betragt, praktisch aufgehoben und der Wirkungsgrad des Verdichters erhöht, so daß das Volumenverhältnis zwischen dem Verdichter 10 und der Brennkraftmaschine 1 den nötigen Überdruck erzeugt. Der in den Zylinderräumen der Brennkraftmaschine erzielte Enddruck und die Endtemperatur sind dann ausreichend, um die erste Verbrennung herbeizuführen, umso mehr, als der leichte Nebel* der.durch die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erzeugt wird, dies be-. günstigt« Dabei ist natürlich sowohl die .Große der Düse 102 als auch die 'Temperatur, bei welcher der Schalter 107 reagiert, auf den Einzelfall abzustimmen*

Von besonderem Vorteil ist es natürlich, beide Maßnahmen gleichzeitig zu verwenden, d.h., sowohl die Kraftstoffeinspritzung in der zuletzt beschriebenen Weise vorzunehmen als auch den

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volumetrische!! Verdichter mit größerer Drehzahl laufen zu lassen, um möglichst schnell einen für das Anlassen besonders günstigen Ladeluftdruck nebst einer entsprechenden Ladelufttemperatur zu erreichen, . ;

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Claims

Paten t an s ρ r üc h e

rl.Λ Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Aufladung mittels Abgästurbogebläse und nachgeschaltetem, von der Brennkraftmaschine angetriebenem volumetrischem Verdichter, der über ein stufenlos regelbares Getriebe so angetrieben wird, daß mit zunehmendem Ladedruck die Drehzahl des Verdichters abnimmt und mit abnehmendem Lade- "' druck zunimmt, dadurch g e, k e η η ζ e i c h η e t , . daß für AnI aß zwecke das stufenlos regelbare Getriebe ..-

(15 - 19 bzw. 42 - 48) abschaltbar und statt dessen eine direkte übersetzung mit größerem Übersetzungsverhältnis durch den Eingriff des Anlasserritzels (39 bzw. 97) in eine auf der Welle (13) des Verdichters (10). angeordnete Verzahnung (37) einschaltbar ist. "
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zur Abschaltung-des stufenlos regelbaren Getriebes (15 - 19 bzw. 42 - 48) ein vom Anlasserritzel (37) betätigbares Hebelsystem (40, 41 bzw.

50) vorgesehen ist, daß die Riemenseheiben bei Verwendung eines Riementriebs (15 -" 19) verstellt bzw. den ölkreislauf bei Verwendung eines hydraulischen Getriebes i

(42 - 48) kurzschließt. ...■■'.....
3. Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Aufladung mittels Abgasturbogebläse und nachgeschältetem, von der Brennkraftmaschine angetriebenem volumetrischem Verdichter, der über ein stufenlos regelbares Getriebe so an-

- getrieben wird, daß mit zunehmendem Ladedruck die Drehzahl des Verdichters abnimmt und mit abnehmendem Ladedruck zunimmt, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch

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g e k e η η ζ ei c h η e t »daß eine Einspritzvorrichtung für eine Einspritzflüssigkeit mit einer Düse (102) in .der Ladeleitung (6) am Einlaß (100) des Verdichters (10*), einem Magnetventil (10$) und einer Flüssigkeitszufuhr (98, 101) vorgesehen ist, und daß der das Magnetventil öffnende elektrische Strom in Abhängigkeit von der Einsehaltdauer des .Anlassers (97) fließt, wobei ein Schalter (100 mit einer im Kühlwasser angeordneten .thermometrischen Dose (108) verbunden ist, die die Stromzufuhr abschaltet, wenn die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine (1) ausreichend hoch ist, .

Brennkraftmaschine nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Einspritzflüssigkeit von der Kraftstoffpumpe (98) geförderter Kraftstoff ist.

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