DE3211598A1 - Hubkolben-luftpresser - Google Patents

Description

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Stuttgart-Untertürkheim 2.k. März 1982

"HubkoIben-Luftpresser"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hubkolben-Luftpresser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Luftpresser ist aus der DE-PS 30^ °2l bekannt. Bei diesem Luftpresser erfolgt die Vorverdichtung in einer Kammer auf der Kolbenrückseite, wobei nur ein geringer Verdichtungsgrad erreicht wird. Das im Zylinderkopf angeordnete, den Zylinderraum mit der Außenluft verbindende Ventil ist ein federbelastetes Schnüffelventil, das während des Kolbenrückhubes erst öffnet, wenn der Druck im Zylinderraum geringer ist als der Außendruck.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Förderleistung des Luftpressers und den Enddruck der verdichteten Luft zu erhöhen, insbesondere in Verbindung mit einem besseren volume· trisehen Wirkungsgrad.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale .

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Mit der Verwendung eines Turboladers ist ein wesentlich höherer Vorverdichtungsdruck erreichbar als beim bekannten Luftpresser. Die dadurch mögliche höhere thermische Belastung, die vor allem den Wirkungsgrad des Luftpressers ungünstig beeinflussen kann, wird beim Erfindungsgegenstand dadurch vermindert, daß die zu Beginn des Kolbenrückhubes nach dem Schließen des Auslaßventiles im Zylinderraum verbleibende verdichtete heiße Luft über das geöffnete Regelventil in den Zusatzschadraum abströmt und daß während des anschließenden Rückhubes über das Regelventil kühlere Luft angesaugt wird, bis nach dem Öffnen der Schlitze die vorverdichtete Luft in den Zylinderraum einströmt. Der Ersatz der heißen durch die kühlere Luft und die damit verbundene Kühlung des Zylindermantels erhöhen den Zylinderfüllungsgrad und damit den Wirkungsgrad und die Leistung des Luftpressers.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem Patentanspruch sind der Zylinderschadraum und der damit über das geöffnete Regelventil verbundene Zusatzschadraum so groß, daß eine Verdichtung der darin eingeschlossenen Luft praktisch nicht stattfindet und somit die Leistungsaufnahme des Luftpressers während des Leerlaufbetriebes sehr gering ist.

Mit dem Luftpresser gemäß dem Patentanspruch 3 sind durch stufenweise Luftverdichtung hohe Drücke erreichbar, ohne daß die Zwischenschaltung eines teuren Luftkühlers erforderlich ist. Die durch die Erfindung erreichbare Begrenzung der Temperatur der verdichteten Luft ist so erheblich, daß die Hochverdichtung der Luft mit einem guten volumetrisehen Wirkungsgrad erfolgt und daß die Endtemperatur der Luft unter bestimmten, bei der Verwendung für ein Kraftfahrzeug vorgeschriebenen Werten bleibt.

Der Luftpresser kann gemäß Patentanspruch ¹I auch als Gegenstrom Luftpresser ausgebildet sein mit mindestens einem Einlaßventil

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im Zylinderkopf, wobei die Luft angesaugt oder durch einen Turboverdichter in den Zylinder gepreßt werden kann. Die Vorteile eines guten volumetrischen Wirkungsgrades und einer hohen Förderleistung durch Ersetzen der heißen verdichteten Luft durch kühle Luft über das Regelventil bei Beginn des Kolbenrückhubes bleiben auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung erhalten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

An einer Brennkraftmaschine 1 ist ein von deren Abgasen angetriebener Turboverdichter 2 angebaut, der der Brennkraftmaschine 1 über eine Leitung 3 Frischluft und über eine von dieser abzweigende Leitung k einem Luftpresser 5 vorverdichtete Luft zuführt. Diese strömt über durch den Hubkolben 6 des Luftpressers 5 gesteuerte Schlitze 7 im Zylindermantel 8 in den Zylinderraum 9 und wird beim Arbeitshub des Kolbens verdichtet. Nach Erreichen eines bestimmten Druckes öffnen als Rückschlagventile ausgebildete Auslaßventile 10 im Zylinderkopf 11 und die verdichtete Luft wird über eine Leitung in einen Vorratsbehälter 13 gefördert.

Etwa zu Beginn des Rückhubes des Kolbens 6, also etwa bei der in der Zeichnung dargestellten Kolbenstellung, entsteht ein Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum 9 und der Leitung 12, so daß die Auslaßventile 10 schließen. Gleichzeitig wird in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Luftpressers 5 ^v°n einer auf dessen Kurbelwelle aufgesetzten Steuerscheibe lk ein Induktivgeber 15 betätigt, der ein Signal an einen Steuerregler l6 abgibt. Dieser steuert einen Steuermagneten 17» der ein im Zylinderkopf 11 angeordnetes Regelventil l8 öffnet. Bei einem bestimmten Drehwinkel, der etwa dem Öffnungsbeginn der Schlitze 7 durch den Kolben 6 entspricht, gibt der Geber 15 ein wei-

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teres Signal ab, der den Steuerregler l6 das Regelventil i8 schließen läßt.

Während der Öffnung des Regelventiles l8 ist der Zylinderraum 9 über eine Leitung 19 mit einem Zusatzschadraum 20 verbunden, der wiederum über eine Leitung 21 und einen Filter 22 mit der Außenluft in Verbindung steht. Die am Ende des Arbeitshubes des Kolbens 6 im Zylinderraum 9 verbleibende, nicht in die Leitung 12 ausgeschobene heiße verdichtete Luft strömt beim Öffnen des Regelventiles l8 in den Zusatzschadraum 20, während beim weiteren Rückhub des Kolbens 6 kühlere Luft über das Regelventil l8 in den Zylinderraum 9 angesaugt wird. Dadurch geht zwar die in dieser verdichteten Luft enthaltene Energie verloren, jedoch bewirken der Ersatz der heißen Luft durch kühlere Luft und die damit verbundene Kühlung des Zylindermantels 8 eine bessere Füllung des Zylinderraumes 9t wodurch eine höhere Förderleistung und auch ein besserer Wirkungsgrad erreichbar sind.

Ist im Vorratsbehälter 13 der Betriebsdruck erreicht, erhält der Steuerregler l6 von einem Druckschalter 23 ein Signal.

Dieser steuert zwei Absperrventile 2k und 25 in den Leitungen k und 21, die dadurch geschlossen werden. Gleichzeitig wird das Regelventil l8 auf Daueröffnung gestellt. Der Luftpresser 5 arbeitet nunmehr im Leerlaufbetrieb, wobei die Zuschaltung des Zusatzschadraumes 20 zu dem Zylinderraum 9 eine sehr geringe Verdichtungsarbeit und damit Leistungsaufnahme des Luftpressers 5 bewirkt.

In nicht dargestellter Weise kann der Luftpresser mehrere Zylinder aufweisen, in denen die Luft stufenweise verdichtet wird. Mit dieser Anordnung ist die Erzeugung von hochverdichteter Luft ohne Verwendung von Luftkühlern möglich. Neben einem Vorratsbehälter für die hochverdichtete Luft kann ein

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weiterer Behälter zur Speicherung von durch den ersten Zylinder erzeugter mittelverdichteter Luft vorgesehen sein.

Bei der Ausbildung des Luftpressers in der nicht dargestellten Gegenstrombauweise sind anstelle der Schlitze 7 im Zylindermantel 8 Einlaßventile im Zylinderkopf 11 vorgesehen. Die Luft kann durch diese Ventile angesaugt oder, durch einen Turboverdichter vorverdichtet, in den Zylinder gepreßt werden. Der Ersatz der verdichteten heißen Luft durch kühlere Luft über das Regelventil zu Beginn des Kolbenrückhubes ist bei dieser Ausführungsform gleich wie bei dem Gleichstromluftpresser.

Leerseite

Claims (3)

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 13 Stuttgart-Untertürkheim 2k. März 1982 Pa tentansprüche

1.) HubkoIben-Luftpresser mit durch den Kolben gesteuerten Schlitzen im Zylindermantel zur Zuführung von vorverdichteter Luft und mit mindestens einem Auslaßventil im Zylinderkopf zur Abführung der verdichteten Luft sowie einem zweiten im Zylinderkopf angeordneten, den Zylinderraum mit der Außenluft verbindenden Ventil, d a d u r c h gekennzei chnet, daß die Luft durch einen Turboverdichter (2) vorverdichtet ist und daß das zweite Ventil als Regelventil (l8) in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel derart gesteuert ist, daß es während des Kolbenrückhubes zwischen dem Schließen des Auslaßventiles (10) und dem Öffnen der Schlitze (7) öffnet und den Zylinderraum (9) mit einem seinerseits mit der Außenluft verbundenen Zusatzschadraum (20) verbindet.

2. Luftpresser nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß bei Leerlaufbetrieb des Luftpressers (5) das Regelventil (l8) dauernd geöffnet ist und Absperrventile (2k, 25) die Leitung (k) zwischen Turboverdichter (2) und Luftpresser (5) sowie die Leitung

(21) des Zusatzschadraumes (20) zur Außenluft schließen.

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3. Luftpresser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chne t, daß er aus mehreren gleichbauenden Zylindern besteht, in denen die Luft ohne Zwischenschaltung eines Luftkühlers und gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Vorratsbehälters stufenweise verdichtbar ist.

h. Luftpresser nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzei chnet, daß er als Gegenstrom-Luftpresser ausgebildet ist mit mindestens einem Einlaßventil im Zylinderkopf (ll), das gegebenenfalls an einen Turboverdichter (2) angeschlossen ist.

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