DD149688A1

DD149688A1 - Anordnung eines luftpressers bei einer mehrzylinder-hubkolben-brennmaschine

Info

Publication number: DD149688A1
Application number: DD80219916A
Authority: DD
Inventors: Werner Schmidt
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1981-07-22
Also published as: JPS55131523A; GB2045866A; FR2452594A1; IT1131079B; BR8002040A; HU181077B; SE8002430L; GB2045866B; DE2912190A1; IT8020944A0

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung darin besteht, kleinere Luftpresser verwenden zu koennen und die Laufzeit der Luftpresser zu verkuerzen, ist es die Aufgabe der Erfindung, bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine den Luftpresser so anzuordnen, dasz die Gestaltung der Ansaugleitungen einfacher, der Luftpresser thermisch entlastet und eine Erhoehung der Foerdermenge erreicht wird. Die Erfindung besteht nunmehr darin, dasz bei Zwischenkuehlung der Ladeluft durch einen in der Ladeluftleitung angeordneten Ladeluftkuehler die Saugleitung fuer den Luftpresser zwischen dem Ladeluftkuehler und den Einlaszkanaelen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist. Erfolgt die Zwischenkuehlung der Ladeluft durch besondere Mittel wie beispielsweise Waermetauscher, so ist es moeglich, dasz die Saugleitung fuer den Luftpresser zwischen dem Frischluftverdichter und den Einlaszkanaelen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen und in der Saugleitung ein Zwischenkuehler vorgesehen wird.

Description

_4- 2 1*9 91 6 Berlin, den 3. 7. 80

VVP F 02 B/219 916 GZ 57 219 27

Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraf tmaschine

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist bei allen aufgeladenen Brennkraftmaschinen anwendbar» * .,.,,.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens einer aus einer Abgasturbine oder einem Antriebsmotor und einem Frischluftverdichter bestehenden Ladegruppo und einer Zwischenkühlung der Ladeluft ist bereits bekannt. Durch den Frischluftverdichter und die Zwischenkühlung wird eine wesentlich bessere Zylinderfüllung und damit eine höhere Leistung des Motors erreicht. Die Saugluft für den Luftpresser, der zur Speisung der Fahrzeug-Bremsen, der Luftfederung, für Türöffner u. a. dient, wird dabei zwischen dem Rohluftfilter und dem Ansaugstutzen des Frischluftverdichters abgezweigt, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß ein zusätzlicher Luftfilter für die Ansaugluft des Luftpressers und die damit anfallenden Wartungsarbeiten entfallen. Erkauft wird dieser Vorteil allerdings durch oft lange und wegen der Platzverhältnisse kompliziert gebogene und daher entsprechend teuere Ansaugleitungen für den Luftpresser. Der Bauaufwand ist daher oft erheblich.

Weiter hat die bekannte Anordnung den Nachteil, daß die Endtemperaturen am Luftpresser wegen Aufheizung der Ansaugluft und damit die thermische Belastung hoch sind, was sich durch

3. 7, 80

WP F 02 B/219 916

GZ 57 219 27

219916

geringere Fördermengen bemerkbar macht. Die Einschaltdauer des Einzylinder-Luftpressers ist deshalb entsprechend hoch oder man muß einen Doppelluftpresser vorsehen, der ebenfalls einen höheren Energieaufwand und dazu mehr Raum benötigt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, kleinere Luftpresser verwenden zu können und die Laufzeit der Luftpresser zu verkürzen,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art den Luftpresser derart anzuordnen, daß die Gestaltung der Ansaugleitungen einfacher, der Luftpresser thermisch entlastet und eine Erhöhung der Fördermenge erreicht wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch.gelöst, daß bei Zwischenkühlung der Ladeluft" durch einen in der Ladeluftleitung angeordneten Ladeluftkühler die Saugleitung für den Luftpresser zwischen dem Ladeluftkühler und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist.

Erfolgt die Zwischenkühlung der Ladeluft durch ander© Mittel wie beispielsweise andere Wärmetauscher, so wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Saugleitung für den Luftpresser zwischen dem Frischluftverdichter und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist, und daß in der Saugleitung ein Luftzwischenkühler vorgesehen ist.

3« 7. 80

WP F 02 B/219 916

GZ 57 219 27

- 3 - 2 1 991 6

Durch die beschriebenen Möglichkeiten erhält man für den Luftpresser praktisch eine stufenweise Verdichtung mit Zwischenkühlung« Die erste Stufe stellt der Frischluftverdichter der Ladegruppe mit adiabater bzw. isentroper Verdichtung auf einen relativ niedrigen Druck dar, die Zwischenkühlung wird vom Ladeluftkühler oder vom Luftzwischenkühlor übernommen. Ersterer hat vor allem den Zweck, die erhitzte Ladeluft zum Erreichen einer besseren Zylinderfüllung auf eine für die Motorbeschickung günstige Temperatur zurückzukühlen. Die zweite Stufe übernimmt dann der Luftpresser mit politroper Verdichtung auf einen entsprechend hohen Druck»

Durch die Zwischenkühlung im Ladoluftkühler oder im Luftzwischenkühler entstehen am Luftpresser niedrigere Endtemperaturen als bei der bisherigen Anordnung, die thermische Belastung ist daher geringer« Es kann mit einer Tomperatureenkung um ca« 60 K gerechnet werden· VYaD die Fördermenge anbetrifft, so kann der Luftpresser bei gleichem Druck bis zu 70 % mehr leisten, wodurch sich seine Einschaltdauer erheblich verringert oder auf einen Doppelluftpresser verzichtet werden kann.

Zu erwähnen wäre schließlich noch, daß sich die Druckbedingungen am Ende der Kompression bei gleichen Luftpresser-Drehzahlen nicht wesentlich ändern. Die spezifische Belastung der Lager erhöht sich deshalb nicht.

Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

3. 7. 80

VVP F 02 B/219 916

GZ 57 219 27

219916

Fig· 1: einen aufgeladenen Motor mit der erfindungsgemäßen Anordnung rein schematisch;

Fig# 2: ein Diagramm über den Druck- und Temperaturvorlauf der Frischluft bis zur Endverdichtung;

Fig· 3: ein Diagramm, aus dem die Erhöhung der F'Tdermenge des Luftpressers erkennbar ist, die durch die Anordnung nach der Erfindung erreicht wird.

In Fig. 1 ist eine aus einer Abgasturbine 1 und einem mechanisch mit dieser gekuppelten Frischluftverdichter 2 bestehende Ladegruppe angedeutet. Die Abgasturbine 1 wird entsprechend den Pfeilen 3 von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmt und treibt den Frischluftverdichter 2 an, der über einen Rohluftfilter 5 entsprechend dem Pfeil 6 unter

Atmosphärendruck stehende F_rischluft ansaugt, sie auf etwa 2 bar verdichtet und dann durch eine Ladeluftleitung 7 in einen Ladeluftkühler 8 schiebt· Nimmt man an, daß die Frischluft eine Temperatur von 20 bis 30 ⁰C hat, so wird sie beim Eintritt in den Frischluftverdichter 2 durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung auf ca· 50 bis 60 C erwärmt werden. Beim Austritt aus dem Frischluftverdichter 2 beträgt die Temperatur ca· 120 bis 130 ⁰C. Im Ladeluftkühler 8 erfolgt eine Abkühlung auf ca. 60 ⁰C. Mit dieser Temperatur wird die Frischluft durch die Ladeluftleitung 7a den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 4 zugeführt·

Die Ladeluftleitung 7a weist einen Abzweig 9 auf, der zu einem als Kolbenverdichter ausgebildeten Luftpresser 10 fuhrt, der die Frischluft auf ca. 11 bar verdichtet«,

3. 7. 80

WP F 02 B/219 916

GZ 57 219 27

2 1991 6

Wird die Zwischenkühlung durch andere Mittel als einen Ladeluftkühler 8 vorgenommen oder erfolgt gar keine Kühlung, so kann praktisch der gleiche Effekt erzielt werden, wenn man in den Abzweig 9 einen separaten Luftzwischenkühler 8a einbaut, wie er in Fig. 1 strichliert eingezeichnet ist.

In Fig* 2 ist ein sog. pV-Diagramm dargestellt, d. h. auf der Ordinate 11 wird das Volumen V in dm und auf der Abszisse 12 der Verdichtungsdruck ρ in bar aufgetragen. Wird beispielsweise ein bestimmtes Frischluftvolumen bei einer Temperatur T von ca« 45 C und Atmosphärendruck von 1 bar angesaugt, so schneiden sich die Drucklinie 13, die Volumonlinie 14 und die Isotherme 15 in einem Punkt I. Verdichtet man die Frischluft auf 2 bar, so schneiden sich die Linien 13'; 14'; 15' im Punkt II, wo bereits eine Erwärmung auf T ca. 120 ⁰C erfolgte. Es ergibt sich eine Kurve 16. Läßt man den Luftpresser 10 in herkömmlicher Art von ρ = 1 bar bis ρ = 11 bar verdichten, so führt die Verdichtungskurve 17 von Punkt II wie strichpunktiert dargestellt zum Punkt II¹ , in dem sich die Linien 13"; 14"; 15" schneiden. Die Temperatur T in diesem Punkt beträgt ca» 280 ⁰C.

Nach der Erfindung erfolgt die Verdichtung von Punkt I nach Punkt II durch den Frischluftverdichter 2. Im Ladeluftkühler 8 wird sie von T ca. 120 ⁰C auf T ca. 60 ⁰C zurückgekühlt. Es ergibt sich der Punkt III. Nun setzt der Luftpresser 10 ein und verdichtet die Frischluft nach der Kurve 18 bis 11 bar, wo sich der Punkt IV ergibt und eine Temperatur T von ca. 220 ⁰C herrscht.

Daraus geht hervor, daß durch die Zwischenkühlung am Ver-

3. 7. 80

VVP F 02 B/219 916

GZ 57 219 27

2 1991 6

dichtungsende niedrigere Temperaturen entstehen, wodurch die thermische Belastung geringer wird. Diese Überlegung kann durch folgende Berechnung bestätigt werden:

Ist beispielsweise im Punkt III ein Frischluftvolumen V_IT_ von 0,293 dm bei einem Druck von P₁₁₁ ca· 2 bar und einer Temperatur von T₁₁₁ ca. 60 C vorhanden, so gilt bei polytroper Verdichtung mit einem Polytropenexponenten von η « 1,3 auf 11 bar.

^PIV ⁿ

III

^PIV ^{s P}II* ^a ^^{1 bar}

II ^{2 bar} _IV » 333 K

T_IV » 333 K . (-f^- )\- - = 493 K = 220 °C.

Vergleicht man dieses Ergebnis mit dem eines Luftpressers, der in der eingangs beschriebenen Art und Weise seine Ansaugluft auf der Verbindungsleitung zwischen Rohluftfilter und Frischluftverdichter erhält, so ergibt sich bei gleichem Frischluftvolumen, atmosphärischem Druck von 1 bar und ebenfalls durch Wärmeleitung und -strahlung erwärmter Ansaugluft von ca. 45 ⁰C eine Endtemperatur von ca.

T₁₁. «= 319 K . (-—-) \ = 553 K = 280 °C.

Es entsteht also eine Temperaturdifferenz von 60 K.

3. 7. 80

VVP F 02 B/219 916 GZ 57 219 27

2 19916

Eine nähere Erläuterung der Bezeichnungen dürfte sich erübrigen, sie beziehen sich jeweils auf die Punkte II; II¹; III und IV in Fig. 2.

Fig. 3 zeigt einen Vergleich der Fördermengen des Luftpressers 10, die pro Hub erreicht wird. Auf der Ordinate 19 ist das Volumen pro Hub Vj. und auf der Abszisse 22 wieder der Verdichtungsdruck ρ aufgetragen. Wird die Frischluft wie bisher von 1 bar (P₃. in Fig. 2) auf 11 bar (P₁₁. in Fig. 2) nur vom Luftpresser 10 verdichtet, so ergibt sich,wie aus den strichpunktiert dargestellten Linien 20; 21 erkennbar ist, bei polytroper Verdichtung ein Fördervolumen V_p,

Verdichtet hingegen der Luftpresser 10 erst von 2 bar (p_TTJ) bei 60 C auf 11 bar (P ..), so erhält man bei gleichem Hubvolumen Vj, ein Fördervolucnen F.., das ca. 70 % größer ist. Auch diese Tatsache läßt sich rechnerisch belegen:

V_F. - V_H . ₍ Jj ) η

»Ίΐ·

Ρτττ A Vp = V_H . ( —ϊίί- ) η

P₁V

V_c ^ΡΙΙΙ . ^ΡΙΙ'

Piv . Pi

^VF = ²\ΓΤ" · V ^Χ'⁷ * ^VF·

Das Fördervolumen erhöht sich also nahezu auf das l,7fache. Abschließend sei erwähnt, daß das Diagramm gemäß Fig. 3 nicht maßstäblich gezeichnet ist.

Claims

3· 7. 80 WP F 02 ß/219 916 GZ 57 219 27 219916 Erfindungsanspruch

1. Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens einer aus einer Abgasturbine oder einem Antriebsmotor und einem Frischluftvordichter bestehenden Ladegruppe und einer Zwischenkühlung der Ladeluft, gekennzeichnet dadurch, daß bei Zwischenkühlung der Ladeluft durch einen in der Ladeluftleitung (7) angeordneten Ladeluftkühler (8) die Saugleitung für den Luftpresser (10) zwischen dem Ladeluftkühler (8) und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine (4) an die Ladeluftleitung (7a) angeschlossen ist.

2· Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Saugleitung für den Luftpresser (10) zwischen dem Frischluftverdichter (2) und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine (4) an die Ladeluftleitung (7a; 7) angeschlossen ist, und daß in der Saugleitung ein Luftzwischenkühler (8a) vorgesehen ist.

Hierzu ..^....Seiten Zeichnungen