DE3419077A1

DE3419077A1 - Aufladungsanordnung fuer einen mehrzylinderverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3419077A1
Application number: DE19843419077
Authority: DE
Inventors: Yasuo Zushi Sumi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-07-21
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1985-02-07
Also published as: GB2143580A; JPS6026125A; GB8415938D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen aufladbaren Verbrennungsmotor und im besonderen auf einen Motor, bei dem ein mefchanisch angetriebener'Kompressor" und ein durch Abgas angetriebener "Turbolader" verwendet werden, um einzelne Gruppen von Zylindern aufzuladen.

Turbolader stoßen auf das Problem, daß bei niederen Dreh-

lOzahlen nicht genügend Abgase vorhanden sind, um die Turbine anzutreiben. Folglich- ist, bevor der Motor eine Drehzahl von z.B. ungefähr 2000 U/min erreicht hat, eine Aufladung nicht möglich und folglich tritt unter solchen Bedingungen ein bemerkbarer Mangel an Motordrehmoment auf.

Figur 1 zeigt eine Anordnung, die in der Japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 56-127334 vorgeschlagen ist, welche darauf gerichtet ist, dieses Problem zu überwinden. Die gezeigte Anordnung umfaßt einen Verbrennungsmotor 1, der mit

20einem sogenannten 'Turbolader"2 ausgerüstet ist (nämlich einem Kompressor, der durch die Abgase des Motors angetrieben wird) und einem mechanisch angetriebenen Kompressor 3-Der Antrieb zwischen der Kurbelwelle 4 des Motors und dem Verdichter 5 des Kompressors 3 erfolgt mittels eines Antriebs, welcher ein Zahnrad 6 umfaßt, das mit einem Zahnrad 7 in Eingriff ist, welches mit dem Schwungrad 8 des Motors drehbar ist, eine Kupplung 9 und ein Übersetzungsgetriebe 10. Die Kupplung 9 wird in Abhängigkeit von einem Signal eingerückt, welches von einer Kontrolleinheit 11 erzeugt wird, welche die Ausgangssignale eines Motordrehzahlsensors 12 empfängt. Die KcTitrolleinheit 11 ist angeordnet, um die Kupplung 9 bei niederen Drehzahlen 1 einzurücken, um den Verdichter zudrehen und den Mangel an Druck auszugleichen, der unter derartigen Betriebsbedingungen vom Verdichter 13 des Turboladers 2

"° erzeugt wird.

1 Um zu verhindern, daß in dem Einlaßkanal ein zu hoher Druck aufgebaut wird, ist ein Entlüftungs- oder Überdruckventil angeordnet, um überschüssigen Druck zurück in den Luftfilter 15 oder eine ähnliche Einrichtung des Motors 1 abzulassen.

Nachdem die Abgase durch die Turbine 16 des Turboladers 2 hindurchgelangt sind, werden sie über einen Katalysator, einen Schalldämpfer oder eine ähnliche Einrichtung 17 in die Atmosphäre abgelassen.

Diese Anordnung leidet unter dem Nachteil, daß sie sehr kompliziert ist. Sie benötigt eine Kupplung, einen Kontrollschaltkreis und ebenso ein Überdruckventil, was alles die Kosten und das Gewicht des Fahrzeugs unangemessen ansteigen

151äßt.

Es ist eine Anordnung vorgeschlagen worden, um die oben erwähnten Nachteile auszuräumen (dargestellt in Figur 2). Bei dieser Anordnung sind die Kupplung und das Übersetzungsge-

20triebe weggelassen worden und der Verdichter 18 (ein Lader oder etwas ähnliches) wird konstant mittels einer Riement-riebanordnung 19 angetrieben. Während dieser Stand der Technik die Notwendigkeit einer Kupplung und eines Übersetzungsgetriebes beseitigt, sind hierbei zwei Überdruck-

25ventiie 20, 21 notwendig. Diese beiden Ventile sind so angeordnet, daß sie eine Strömung von den jeweiligen Verdichtern 18, 20 in den Einlaßkanal gestatten und so daß, während der Verdichter 22 des Turboladers einen ausreichenden Druck erzeugt . das überdruckventil 20 geschlossen gehalten wird und

³⁽^damit eine Verbindung zwischen dem mechanisch angetriebenen Verdichter 18 und den Zylindern des Motors trennt. Ein weiterer Nachteil tritt dadurch auf, daß ein Ladertyp verwendet werden muß (nämlich ein Zentrifugal- oder Axialströmungsverdichter), um mechanische Verluste zu vermeiden, die auftreter würden, wenn ein Verdrängungstyp-Verdichter einen unnötig hohen Druck oberhalb des Überdruckventils 20 aufbauen könnte.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Aufladungsanordnung für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor zu schaffen, welche einen ausreichenden Ladedruck sowohl bei niedrigen wie auch bei mittleren bis hohen Motordrehzahlen erzeugt und so unter allen Betriebsbedingungen das Ausgangsdrehmoment verstärkt und welche keine komplizierten Überdruckventile und/oder Kontrollanordnungen benötigt.

Das oben genannte Ziel wird durch eine Anordnung erreicht, bei welcher, zum Verbessern des Drehmoments bei niedrigen Motordrehzahlen, ein Verdrängungstyp-'Kompressor" mittels einer mechanischen Verbindung mit der Kurbelwelle des Motors angetrieben wird und Druckluft zu einer ersten Gruppe von Zylindern zuführt, während die restlichen Zylinder mit Ladeluft von einem abgasgetriebenen Turbolader versorgt werden, um eine ausreichende Drehmomenterzeugung bei mittleren bis hohen Motordrehzahlen aufrechtzuerhalten.

Im einzelnen weist die Erfindung einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle auf, bei welchem die Zylinder in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilt sind, und der sich dadurch auszeichnet, daß ein erster Verdichter von der Kurbelwelle angetrieben wird, um die erste Gruppe von Zylindern mit Druckluft zu versorgen, und daß ein zweiter Verdichter von einer Turbine angetrieben wird, die durch die Abgase des Motors gedreht wird, um Druckluft zur zweiten Zylindergruppe zuzuführen.

Im folgenden wird die Anordnung der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. ι die zuerst beschriebene Anordnung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 die als zweites beschriebene Anordnung nach dem Stand der Technik und

Fig. 3 und 4 jeweils ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Anordnung sind die sechs Zylinder des Motors 34 in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilt (nämlich 3OA, 3OB, 30C und 32A, 32B, 32C), wobei jeder von ihnen jeweils mit Einlaßkanälen und Auslaßkanälen 36, 38, 40, 42 in Verbindung steht. Die erste Gruppe von Zylindern (30A bis 30C) werden von einem Kompressor 44 aufgeladen. Wie in der Figur gezeigt, ist diese Einrichtung so angeordnet, daß sie mittels eines geeigneten Riementriebs 46 angetrieben wird, welcher eine Antriebsverbindung zwischen der Kurbelwelle 48 des Motors 34 und dem Kompressor 44 herstellt. Die Luft, die durch den Verdichter 50 des Kompressors 44 verdichtet wird, wird aus der Atmosphäre über einen Luftfilter 52 oder etwas ähnliches zugeführt.

Die zweite Gruppe von Zylindern (32A bis 32C) sind so ange-

ordnet, daß sie durch einen Turbolader 54 aufgeladen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Turbine 56 des Turboladers 54 durch die Abgase angetrieben, die aus der zweiten Zylindergruppe (32A b'is 32C) ausströmen.

Der Kompressor 44 ist vorzugsweise ein Verdrängungsverdichtertyp, z.B. ein Rootes-Typ, während der Turbolader 54 ein Zentrifugalverdichtertyp ist. Beispiele für solche Einrichtungen können auf den Seiten 288 bis 291 der "Automobil-Enzyklopädie", Ausgabe 1979, herausgegeben von The · 30

Gcodheart-Willcox Company, Inc., gefunden werden.

Wenn der Motor 34 bei dieser Anordnung mit niederen Drehzahlen betrieben wird, gibt der Kompressor 44 Ladeluft an

die erste Gruppe von Zylindern (30A bis 30C) ab, wodurch 35

die Drehmomentabgabe des Motors unter solchen Betriebsbe- ■ dingungen ansteigt. Wenn die Drehzahl des Motors ansteigt und das Abgasvolumen, das aus der zweiten Gruppe von Zylin-

dem (32A bis 32C) ausströmt, anwächst, steigt der Druck, der von dem Verdichter 58 des Turboladers produziert wird, und versorgt die zweite Gruppe von Zylindern mit einer wünschenswerten Aufladungshöhe.

Bei dieser Anordnung kann das Verhältnis der Radien der Riemenscheibe 60 (Kompressor) und der Riemenscheibe 62 (Kurbelwelle) so ausgewählt werden, daß der Verdichter 50 des Kompressors mit einer geeigneten Geschwindigkeit angetrieben wird, um bei niedrigen Motordrehzahlen die nötige Höhe an Aufladung vorzusehen. Weiterhin ist es, wenn der Kompressor 44 und der Turbolader 54 parallel und im wesentlichen voneinander unabhängig angeordnet sind, nicht notwendig, zwischen diesen eine Überdruckventil- oder Rückschlagventilanordnung vorzusehen. Weiterhin kann, wenn die Aufladung durch den Kompressor 44 nur bei niedrigen Motordrehzahlen wirkungsvoll ist und dazu neigt, oberhalb einer vorgegebenen Laderdrehzahl im wesentlichen konstant zu werden, die Bereitstellung einer Kupplung oder ähnlichem zwisehen dem Kompressor und dem Motor vermieden werden.

Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung ist im wesentlichen dieselbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, sie unterscheidet sich nur darin, daß ein einziger Auslaßkanal 64 verwendet wird, und die Abgase beider Zylindergruppen dazu verwendet werden, um die Turbine 56 des Turboladers 54 anzutreiben. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich vor allem während der Fahrzeugbeschleunigung durch eine verbesserte Turbolader-Charakteristik aus.

Obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsformen in Verbindung mit 6-Zylindermotoren beschrieben sind, soll vermerkt werden, daß die vorliegende Erfindung bei jedem anderen Mehrzylindermotor angewendet werden kann. Zum Beispiel kann bei einem 3-Zylindermotor ein Zylinder mit dem Kompressor verbunden sein, während die übrigen zwei Zylinder mit dem Tür-

bolader verbunden sind, oder umgekehrt.

Weiterhin ist bei der vorliegenden Erfindung der Kompressor wegen seines auf niedrige Drehzahlen begrenzten Gebrauchs relativ klein und vermeidet folglich den Verbrauch einer großen Motorleistung, welcher in dem Fall erwartet wird, daß der ganze Motor durch eine mechanisch getriebene Einheit aufgeladen wird. Außerdem kann mit der vorliegenden Erfindung ein synergistischer Effekt erwartet werden. Es soll erwähnt werden, daß, wenn der Ladedruck von dem Turbolader ansteigt, bevor der Ladedruck des Kompressors seinen Höchstwert erreicht hat, höchst wünschenswerte Ladeeigenschaften erreicht werden, die häufig bei niedrigen bis mittleren Motordrehzahlbereichen, nämlich bei Bereichen, in welchen eine Fahrzeugbeschleunigung oft erforderlich ist, gebraucht werden.

Claims

Patentansprüche

Aufladungsanordnung für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor

25(1 -/ Mehrzylinderverbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, bei welchem die Zylinder in eine erste und eine zweite Gruppe aufgeteilt sind, mit einem ersten Verdichter, der von der Kurbelwelle angetrieben wird, um die erste Gruppe von Zylindern mit Druckluft zu versorgen, und mit einem zweiten

30 Verdichter, der von einer Turbine angetrieben wird, die durch die Abgase des Motors gedreht wird, um die zweite Gruppe von Zylindern mit Druckluft zu versorgen.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-35 η e t , daß der erste Verdichter in dauernder Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle ist.
3· Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verdichter ein Verdränger-Verdichtertyp ist.
4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine von den Abgasen der zweiten Zylindergruppe angetrieben wird.

5- Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-η e t , daß die Turbine von den Abgasen der ersten und der zweiten Gruppe von Zylindern angetrieben wird.