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DE202016001308U1 - System for compression of combustion air for internal combustion engines - Google Patents

System for compression of combustion air for internal combustion engines Download PDF

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DE202016001308U1
DE202016001308U1 DE202016001308.5U DE202016001308U DE202016001308U1 DE 202016001308 U1 DE202016001308 U1 DE 202016001308U1 DE 202016001308 U DE202016001308 U DE 202016001308U DE 202016001308 U1 DE202016001308 U1 DE 202016001308U1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

System zum Ansaugen und zur Kompression von Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression der Verbrennungsluft mehrstufig und zwischengekühlt sowie vollständig außerhalb des Zylinders erfolgt. Aus Gewichtsgründen ist mindestens eine mehrfach höhere Drehzahl für die Kompressoren, wie bei der Brennkraftmaschine vorzusehen.System for intake and compression of combustion air for an internal combustion engine, characterized in that the compression of the combustion air is multi-stage and intercooled and completely outside the cylinder. For weight reasons, at least a multiple higher speed for the compressors, as provided in the internal combustion engine.

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Bei der Erfindung handelt es sich um ein System zum Verdichten von Verbrennungsluft von Verbrennungsluft außerhalb einer Viertakt-Brennkraftmaschine. Genauer geht es um eine mehrstufige Verdichtung mit Zwischenkühlung der Luft für die Brennkraftmaschine. Wobei die Energie entweder aus der Brennkraftmaschine (bei mobilen Maschinen) oder einem Stromspeicher über einen Elektro-Motor (bei ortsfesten Maschinen) bezogen wird. Z. B. bei PKW oder LKW wird die Elektro-Energie zum Antrieb des Fahrzeuges genutzt.The invention is a system for compressing combustion air from combustion air outside of a four-stroke internal combustion engine. More precisely, it is about a multi-stage compression with intermediate cooling of the air for the internal combustion engine. The energy either from the internal combustion engine (in mobile machines) or a power storage via an electric motor (stationary machines) is related. For example, in cars or trucks, the electric energy is used to drive the vehicle.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG – ZU LÖSENDES PROBLEMBACKGROUND OF THE INVENTION - PROBLEM TO BE SOLVED

Viertakt-Brennkraftmaschinen verdichten die Verbrennungsluft im Zylinder über den Kolben. Auch bei einer Vorverdichtung über Abgas-Turbolader verdichtet der Kolben die Verbrennungsluft in einem Arbeitsgang auf den notwendigen Druck.Four-stroke internal combustion engines compress the combustion air in the cylinder via the piston. Even with a pre-compression via turbocharger, the piston compresses the combustion air in one operation to the necessary pressure.

Das Problem dabei ist, das jeder Verdichtungsvorgang Arbeit erfordert, da einstufig besonders viel Leistung aus der Brennkraftmaschine entnommen wird. Dazu erfordert die Verdichtung im Zylinder den Gebrauch mechanischer Ventile, die über eine Nockenwelle angetrieben werden. Der Ventiltrieb über die Nockenwelle erhöht den Aufwand und das Gewicht des Motors, führt durch Reibung in den Lagern zu weiteren Leistungsverlusten und durch die erhöhte Anzahl der verbauten Teile steigt die Schadenswahrscheinlichkeit. Wenn dagegen mehrstufig mit Zwischenkühlung verdichtet wird, ist weniger Energie erforderlich.The problem with this is that every compression process requires work, since one-stage takes a lot of power out of the internal combustion engine. For this purpose, the compression in the cylinder requires the use of mechanical valves which are driven by a camshaft. The valve drive via the camshaft increases the effort and weight of the engine, leads to further power losses due to friction in the bearings and the increased probability of damage due to the increased number of installed parts. In contrast, when compressed in several stages with intermediate cooling, less energy is required.

Um das im unteren Drehzahlbereich entstehende Turboloch zu kompensieren erfordert ein Abgas-Turbolader eine elektronische Ladedruckregelung mit variabler Turbinen-Geometrie und Abblasventilen. Dadurch erhöht sich der Aufwand und durch die erhöhte Anzahl der verbauten Teile steigt die Schadenswahrscheinlichkeit.In order to compensate for the turbo lag resulting in the lower speed range, an exhaust gas turbocharger requires electronic boost pressure control with variable turbine geometry and bleed valves. This increases the effort and due to the increased number of installed parts increases the probability of damage.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Bisher sind mehrere Verfahren, Systeme oder Vorrichtungen bekannt, die eine Vorverdichtung außerhalb des Brennraumes vornehmen.So far, several methods, systems or devices are known which make a pre-compression outside of the combustion chamber.

So beschreibt DE3931379A1 einen Verbrennungsmotor mit Vorverdichtung durch einen Rotationskompressor, wobei im Zylinderraum noch eine Nachverdichtung stattfindet.So describes DE3931379A1 an internal combustion engine with pre-compression by a rotary compressor, wherein in the cylinder chamber still takes place a re-compression.

US 8499747 B2 behandelt die Vorverdichtung eines Verbrennungsmotors durch eine Abgas-Turbine mit variabler Turbinen-Geometrie, die Antriebskraft der Abgas-Turbine wird hierbei direkt zur Vorverdichtung genutzt. Im Zylinderraum wird die Verbrennungsluft noch Nachverdichtet. US 8499747 B2 deals with the pre-compression of an internal combustion engine through an exhaust turbine with variable turbine geometry, the driving force of the exhaust gas turbine is used directly for pre-compression. In the cylinder chamber, the combustion air is still recompressed.

AUFGABENSTELLUNGTASK

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbrennungsluft vor dem Verbrennungsraum vollständig auf den notwendigen Betriebsdruck zu verdichten, das Gewicht des Motors zu verringern und die Effizienz des Gesamtsystems zu steigern.The invention has for its object to completely compress the combustion air before the combustion chamber to the necessary operating pressure to reduce the weight of the engine and to increase the efficiency of the overall system.

LÖSUNGSOLUTION

Erfindungsgemäß wird dies durch eine externe, mehrstufige, zwischengekühlte und vollständige Verdichtung der Verbrennungsluft über Kompressoren außerhalb der Brennkraftmaschine erreicht. Der Stromspeicher wird unter anderem durch den von einer Abgas-Entspannungsturbine betriebenen Generator gespeist.According to the invention this is achieved by an external, multi-stage, intercooled and complete compression of the combustion air via compressors outside the internal combustion engine. The power storage is powered, inter alia, by the operated by an exhaust gas expansion turbine generator.

Die Nockenwelle wird durch Magnetventile ersetzt, weil diese ansatzlos öffnen und schließen können. Das Einlassventil für die Frischluft ist entsprechend den Erfordernissen des hohen Druckes Federverstärkt. Ein Druckluftausgleich kommt auch in Frage.The camshaft is replaced by solenoid valves, because they can open and close without seams. The inlet valve for the fresh air is spring-amplified according to the requirements of the high pressure. A compressed air compensation is also in question.

BESCHREIBUNG ANHAND DER ZEICHNUNGDESCRIPTION ACCORDING TO THE DRAWING

1 zeigt den Einlass der Verbrennungsluft (1), der die Luft der ersten Kompressionsstufe aus Vordruck-Kompressor (2) und Zwischenkühlung (5) zuführt. Nach erfolgter Zwischenkühlung gelangt die vorkomprimierte Verbrennungsluft in die zweite Kompressionsstufe aus Enddruck-Kompressor (3) und Zwischenkühlung (6). 1 shows the inlet of the combustion air ( 1 ), which supplies the air of the first compression stage from admission pressure compressor ( 2 ) and intermediate cooling ( 5 ) feeds. After the intermediate cooling, the precompressed combustion air enters the second compression stage from the final pressure compressor ( 3 ) and intermediate cooling ( 6 ).

Die komprimierte Verbrennungsluft wird bei ca. 70% der halben Kurbelumdrehung, die sonst für die Verdichtung in dem Zylinder (14) der Brennkraftmaschine benötigt wird, eingelassen. Die Kurbelwelle ist dann ca. 30% vom OT entfernt.The compressed combustion air is at about 70% of half the crank rotation, which otherwise for the compression in the cylinder ( 14 ) of the internal combustion engine is required. The crankshaft is then about 30% away from the TDC.

Nach der Zündung wird am UT des Kolbens (13) im Zylinder (14) das Auslass-Magnetventil (9) geöffnet und die Abgase gelangen zu einer Entspannungsturbine (10), welche einen Generator (11) antreibt, der elektrische Energie in den Stromspeicher (12) einspeist.After ignition, at the BDC of the piston ( 13 ) in the cylinder ( 14 ) the outlet solenoid valve ( 9 ) and the exhaust gases reach an expansion turbine ( 10 ), which has a generator ( 11 ), the electrical energy in the power storage ( 12 ) feeds.

Der Vordruck-Kompressor (2), der seine Luft aus dem Filter (1) bezieht, und der Enddruck-Kompressor (3) werden von der Brennkraftmaschine oder über einen Elektro-Motor betrieben. Die Luft wird durch Kühlwasser (7) aus der Brennkraftmaschine gekühlt.The admission pressure compressor ( 2 ), which removes its air from the filter ( 1 ), and the final pressure compressor ( 3 ) are operated by the internal combustion engine or by an electric motor. The air is cooled by cooling water ( 7 ) cooled from the internal combustion engine.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3931379 A1 [0006] DE 3931379 A1 [0006]
  • US 8499747 B2 [0007] US 8499747 B2 [0007]

Claims (4)

System zum Ansaugen und zur Kompression von Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression der Verbrennungsluft mehrstufig und zwischengekühlt sowie vollständig außerhalb des Zylinders erfolgt. Aus Gewichtsgründen ist mindestens eine mehrfach höhere Drehzahl für die Kompressoren, wie bei der Brennkraftmaschine vorzusehen.System for intake and compression of combustion air for an internal combustion engine, characterized in that the compression of the combustion air is multi-stage and intercooled and completely outside the cylinder. For reasons of weight, at least a multiple higher speed for the compressors, as provided in the internal combustion engine. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- und Auslass der Verbrennungsluft für die Brennkraftmaschine über Magneten und eine Elektronik gesteuert wird.System according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet of the combustion air for the internal combustion engine via magnets and electronics is controlled. System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Einlassventil der Brennkraftmaschine ein Gegendruck zum Luftdruck notwendig ist.System according to claim 1 and 2, characterized in that at the inlet valve of the internal combustion engine, a back pressure to the air pressure is necessary. System nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase der Brennkraftmaschine eine Entspannungsturbine betreiben, die mechanisch gekoppelt einen Generator betreibt, welcher einen Stromspeicher speist. Für das Gebrauchsmuster müssen die Ansprüche 1, bis 3. zusammen erfüllt sein. Der Anspruch 4 ist zweckmäßig aber für das Gebrauchsmuster nicht unbedingt wichtig.System according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the exhaust gases of the internal combustion engine operate an expansion turbine, which mechanically coupled operates a generator which feeds a power storage. For the utility model, claims 1 to 3 must be fulfilled together. The claim 4 is useful but not necessarily important for the utility model.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3931379A1 (en) 1988-09-21 1990-03-29 Peter Dipl Ing Leitholf IC engine with external compressor - with greater part of compression occurring in compressor
US8499747B2 (en) 2006-09-08 2013-08-06 Borgwarner Inc. Method and device for operating an internal combustion engine

Patent Citations (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3931379A1 (en) 1988-09-21 1990-03-29 Peter Dipl Ing Leitholf IC engine with external compressor - with greater part of compression occurring in compressor
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