DE29603280U1

DE29603280U1 - Machine for charging internal combustion engines

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Publication number: DE29603280U1
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Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2006-02-24

Description

• · I· I

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Aufladung von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Ottomotoren. Die erfindungsgemäße Maschine verbessert die Füllung des Zylinders mit Frischluft und steigert somit die Motorleistung.The invention relates to a machine for supercharging internal combustion engines, in particular gasoline engines. The machine according to the invention improves the filling of the cylinder with fresh air and thus increases the engine performance.

In der Technik sind verschiedene Einrichtungen zur Aufladung von Verbrennungsmotoren bekannt. So wird bei Dieselmotoren z.B. häufig der Turbolader eingesetzt, der die mit Überschallgeschwindigkeit durch den Auspuffkrümmer strömenden Abgase als Antriebsqueiie für einen Läufer nutzt. Der Läufer, der sich in einem Turbinengehäuse befindet, wird durch den Abgasstrom auf hohe Drehzahlen beschleunigt und treibt über eine Weile ein Verdichterrad an, das Frischluft in ein Verdichtergehäuse ansaugt und von dort in die Brennräume preßt. Diese Turboaufladung iäßt sich nicht mit gleicher Effizienz bei Ottomotoren anwenden, weil hier die Abgasmenge in den unteren Teillastbereichen nicht ausreicht, um den Läufer auf hohe Drehzahien zu bringen.In technology, various devices for supercharging combustion engines are known. For example, diesel engines often use turbochargers, which use the exhaust gases flowing through the exhaust manifold at supersonic speeds as a source of power for a rotor. The rotor, which is located in a turbine housing, is accelerated to high speeds by the exhaust gas flow and for a while drives a compressor wheel, which sucks fresh air into a compressor housing and presses it from there into the combustion chambers. This turbocharging cannot be used with the same efficiency in gasoline engines, because the amount of exhaust gas in the lower partial load ranges is not sufficient to bring the rotor to high speeds.

Zur Aufladung von Ottomotoren werden deshalb oftmals Kompressoren eingesetzt, die z.B. nach dem Roots-Prinzip Frischluft in die Zylinder fördern. Von Nachteil ist hier, daß zur Kompression ein relativ hoher Energiebetrag erforderlich ist, der von der Motorleistung abgezweigt wird; die Motorleistung wird um diesen Betrag geschmälert.For this reason, compressors are often used to charge gasoline engines, which, for example, pump fresh air into the cylinders using the Roots principle. The disadvantage here is that a relatively high amount of energy is required for compression, which is diverted from the engine power; the engine power is reduced by this amount.

Eine weitere bekannte Einrichtung zur Aufladung von Ottomotoren ist der sogenannte G-Lader. In einem Gehäuse, das mit Ein- und Auslaßöffnungen versehen ist, rotiert auf einer in sich geschlossenen Umlaufbahn ein Verdränger. Umlaufbahn und Form des Verdrängers sind so gewählt, daß zwischen der Gehäuseinnenwandung und dem Verdränger Hohlräume eingeschlossen sind, deren Volumina sich mit der Rotation des Verdrängers ändern. Dabei wird in ein großes Volumen, das sich mit Unterdruck an der Gehäuseperipherie ausbildet, Frischluft in das Gehäuseinnere gesaugt. Aufgrund der etwa G-förmigen Gestalt der Wandungen von Gehäuseinnerem und Verdränger verringert sich mit fortschreitendem Drehwinke! dieses Volumen; die angesaugte Frischluft gerät zunehmend unter Druck und strömt schließlich im Zentrum des Gehäuses axial aus der Auslaßöffnung aus. Der Nachteil besteht hierbei in der komplizierten Geometrie der Wandungen am Gehäuse und am Verdränger und der dadurch bedingten hohen Fertigungskosten für Gehäuse und Verdränger.Another well-known device for supercharging gasoline engines is the so-called G-charger. In a housing that is provided with inlet and outlet openings, a displacer rotates on a self-contained orbit. The orbit and shape of the displacer are chosen so that cavities are enclosed between the inner wall of the housing and the displacer, the volumes of which change with the rotation of the displacer. Fresh air is sucked into the interior of the housing into a large volume that forms with negative pressure on the periphery of the housing. Due to the roughly G-shaped form of the walls of the interior of the housing and the displacer, this volume decreases as the angle of rotation increases; the fresh air sucked in becomes increasingly pressurized and finally flows axially out of the outlet opening in the center of the housing. The disadvantage here is the complicated geometry of the walls on the housing and the displacer and the resulting high manufacturing costs for the housing and displacer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zur Aufladung von Verbrennungsmotoren zu schaffen, die eine hohe Verdichtung der Frischluft ermöglicht, eine gute Aufladung des Zylinders in allen Lastbereichen gewährleistet, die effektive Leistung des Verbrennungsmotors wesentlich erhöht und auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar ist.The invention is based on the object of creating a machine for supercharging internal combustion engines which enables a high compression of the fresh air, ensures good charging of the cylinder in all load ranges, significantly increases the effective performance of the internal combustion engine and can be manufactured in a simple and cost-effective manner.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Maschine zur Aufladung von Verbrennungsmotoren, welche im wesentlichen aus einem Gehäuse mit mindestens je einer Einiaß- und einer Auslaßöffnung, aus einem im Gehäuse auf einer geschlossenen Bahn umlaufenden Verdränger und aus Antriebselementen für den Verdränger besteht und bei welcher die Innenflächen des Gehäuses mit Verdrängerflächen Hohlräume einschließen, deren Rauminhalte in Abhängigkeit von der Umlaufphase des Verdrängers veränderbar sind, dadurch gelöst, daß als Bewegungsbahn für den Verdränger eine Kreisbahn vorgesehen ist und daß diejenigen Flächen am Gehäuse und am Verdränger, welche die veränderbaren Hohlräume in radialer Richtung begrenzen, lediglich aus Abschnitten planer Flächen und aus Vierteikreisbogenflächen gestaltet sind. Zwei in Umlaufrichtung aufeinander folgende Abschnitte planer Flächen sind dabei stets um einen rechten Winkel zueinander geneigt; das trifft sowohl für die Gehäuseflächen als auch für die Verdrängerflächen zu. Diese rechtwinklig zueinander geneigten Flächenabschnitte bilden je nach Ausführungsform der Querschnittsgeometrie der Maschine eine gemeinsame Kante oder sind über eine Viertelkreisbogenfiäche miteinander verbunden; charakteristisch ist, daß einer solchen Kante am Verdränger stets eine Vierteikreisbogenfläche am Gehäuse und umgekehrt einer Kante an der Gehäuseinnenfläche stets eine Viertelkreisbogenfiäche am Verdränger zugeodnet ist. Dabei ist jeweils die Viertelkreisbogenfiäche konzentrisch zur Kreisbahn der zugeordneten Kante angeordnet, und zwar in einem Abstand, der ein berührungsioses Entlangleiten ohne Reibung gewährleistet. Die Einlaßöffnung ist am Gehäuseumfang angeordnet, die Auslaßöffnung im Zentrum des Gehäuses mit axialer Öffnung zur Ausströmung der Frischluft.According to the invention, the task is solved with a machine for supercharging internal combustion engines, which essentially consists of a housing with at least one inlet and one outlet opening, a displacer rotating in the housing on a closed path and drive elements for the displacer and in which the inner surfaces of the housing with displacer surfaces enclose cavities, the volumes of which can be changed depending on the rotation phase of the displacer, in that a circular path is provided as the path of movement for the displacer and that those surfaces on the housing and on the displacer which delimit the changeable cavities in the radial direction are designed only from sections of flat surfaces and quarter-circle surfaces. Two sections of flat surfaces following one another in the direction of rotation are always inclined at a right angle to one another; this applies to both the housing surfaces and the displacer surfaces. Depending on the design of the cross-sectional geometry of the machine, these surface sections, which are inclined at right angles to one another, form a common edge or are connected to one another via a quarter-circle arc surface; it is characteristic that such an edge on the displacer is always assigned a quarter-circle arc surface on the housing and, conversely, an edge on the inner surface of the housing is always assigned a quarter-circle arc surface on the displacer. In each case, the quarter-circle arc surface is arranged concentrically to the circular path of the associated edge, at a distance that ensures contact-free sliding without friction. The inlet opening is arranged on the circumference of the housing, the outlet opening in the center of the housing with an axial opening for the outflow of fresh air.

Die Folge der Flächenabschnitte, in Umlaufrichtung betrachtet, kann so gewählt sein, daß Verdränger und Gehäuseinneres im Schnitt senkrecht zur Umlaufachse eine angenähert spiralförmige oder auch eine angenähert sinusförmige Gestaltung aufweisen. Die planen Flächen am Gehäuseinneren, welche planen Flächen des Verdrängers gegenüberstehen, können zumindest teilweise um einen geringen Betrag gegen das Umlaufzentrum des Verdrängers zurückgesetzt sein. Als Antriebselemente für den Verdränger sollten zwei synchron zueinander laufende Exzenter vorgesehen sein, deren Rotationsachsen parallel zur Umlaufachse des Verdrängers ausgerichtet sind. Zur Übertragung der Exzenterbewegung auf den Verdränger kann eine Platte vorhanden sein, in welcher die Exzenter gleitend angeordnet sind und mit welcher der Verdränger fest verbunden ist. Diese Platte kann zugleich als abschließende Gehäusebegrenzung in einer Achsrichtung ausgelegt sein. Möglich ist dagegen auch, die Platte als Zwischenwandung im Gehäuse auszuführen und in Achsrichtung zu beiden Seiten der Platte Verdränger anzuordnen.The sequence of surface sections, viewed in the direction of rotation, can be selected so that the displacer and the housing interior have an approximately spiral or an approximately sinusoidal shape in a section perpendicular to the axis of rotation. The flat surfaces on the housing interior, which face the flat surfaces of the displacer, can be at least partially set back a small amount from the center of rotation of the displacer. Two eccentrics running synchronously with one another should be provided as drive elements for the displacer, the axes of rotation of which are aligned parallel to the axis of rotation of the displacer. To transfer the eccentric movement to the displacer, a plate can be provided in which the eccentrics are arranged in a sliding manner and to which the displacer is firmly connected. This plate can also be designed as a final housing limitation in one axial direction. It is also possible, however, to design the plate as an intermediate wall in the housing and to arrange displacers on both sides of the plate in the axial direction.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Formgebung am Verdränger wie auch am Gehäuseinneren die Nutzung einfacher Fertigungstechnologien ermög-The main advantages of the invention are that the shape of the displacer as well as the interior of the housing enables the use of simple manufacturing technologies.

licht, wodurch die Herstellung der Maschine äußerst kostengünstig erfolgen kann und so eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Verbrennungsmotoren erzielt wird.light, which means that the machine can be manufactured extremely cost-effectively and thus increases the economic efficiency of combustion engines.

Die Erfindung soli nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings,

Fig.1 einen spiralförmigen Verdränger in einem Schnitt senkrecht zu seinerFig.1 a spiral displacer in a section perpendicular to its

Umlaufachse in AusgangspositionOrbital axis in starting position

Fig.2 die Position des Verdrängers nach einem Drehwinkei von 90°Fig.2 the position of the displacer after a rotation angle of 90°

Fig.3 die Position des Verdrängers nach einem Drehwinkei von 180°Fig.3 the position of the displacer after a rotation angle of 180°

Fig.4 die Position des Verdrängers nach einem Drehwinkel von 270°Fig.4 the position of the displacer after a rotation angle of 270°

Fig.5 eine Ausführungsvariante der Maschine mit etwa sinusförmigemFig.5 a variant of the machine with approximately sinusoidal

Querschnittcross-section

in Fig.1 äst in einem Gehäuse 1 mit einer Einlaßöffnung 2 und einer Ausiaßöffnung 3 ein Verdränger 4 vorgesehen. Der Verdränger 4 ist auf einer Platte 5 befestigt in weicher zwei synchron zueinander laufende Exzenter 6 gleitend angeordnet sind. Die Exzenter 6 weisen beide die gleiche die Exzentrizität e auf. Die Platte 5 ist zugleich als eine abschließende und gleitend abdichtende Begrenzung des Gehäuses 1 (parallel unter der Zeichenebene) vorgesehen, während die zweite Begrenzung des Gehäuses 1 (parallel über der Zeichenebene) als feste Platte, im Beispiei nicht dargestellt, ausgeführt sein kann. Der angenähert spiralförmige Querschnitt des Gehäuses 1 wird von einer Innenfläche 7 begrenzt, die mit der Verdrängerfläche 8, welche den Verdränger 4 umlaufend begrenzt, Hohlräume 9 und 10 einschließt.In Fig.1, a displacer 4 is provided in a housing 1 with an inlet opening 2 and an outlet opening 3. The displacer 4 is fastened to a plate 5 in which two eccentrics 6 running synchronously with one another are arranged to slide. The eccentrics 6 both have the same eccentricity e. The plate 5 is also provided as a final and slidingly sealing boundary of the housing 1 (parallel below the plane of the drawing), while the second boundary of the housing 1 (parallel above the plane of the drawing) can be designed as a solid plate, not shown in the example. The approximately spiral-shaped cross-section of the housing 1 is delimited by an inner surface 7, which, together with the displacer surface 8, which delimits the displacer 4 all the way around, encloses cavities 9 and 10.

Die Innenfläche 7 des Gehäuses 1 besteht aus den Abschnitten planer Flächen 7.1 bis 7.11 (Fig.2) und aus Viertelkreisbogenflächen 7.12 bis 7.18. Die einzelnen Abschnitte der planen Flächen 7.1 bis 7.11 sind rechtwinklig zueinander angeordnet, wobei jeweils zwei Abschnitte einen gemeinsamen Scheitel besitzen, in dem sich alternativ eine Kante oder eine der Viertelkreisbogenflächen 7.12 bis 7.18 befinden kann.The inner surface 7 of the housing 1 consists of the sections of flat surfaces 7.1 to 7.11 (Fig.2) and of quarter-circle-arc surfaces 7.12 to 7.18. The individual sections of the flat surfaces 7.1 to 7.11 are arranged at right angles to one another, with two sections each having a common vertex in which an edge or one of the quarter-circle-arc surfaces 7.12 to 7.18 can alternatively be located.

Auf diese Weise schließen die planen FläGhen 7.2 und 7.3 einen rechten Winkel ein, in dessen Scheitel sich die Viertelkreisbogenfläche 7.13 befindet, und zwar so, daß die plane Fläche 7.2 über die Vierteikreisbogenfiäche 7.13 mit der planen Fläche 7.3 verbunden ist. Analog ist die plane Fläche 7.3 über den Viertelkreisbogen 7.14 mit der planen Fläche 7.4 verbunden, die plane Fläche 7.4 über den Viertelkreisbogen 7.15 mit der planen Fläche usw. bis zur planen Fläche 7.8. Diese ist zwar wiederum über den Viertelkreisbogen 7.18 mit der planen Fläche 7.7 verbunden, jedoch schließt sie nicht tangential, sondern radial,In this way, the flat surfaces 7.2 and 7.3 form a right angle, at the vertex of which is the quarter-circle surface 7.13, in such a way that the flat surface 7.2 is connected to the flat surface 7.3 via the quarter-circle surface 7.13. Similarly, the flat surface 7.3 is connected to the flat surface 7.4 via the quarter-circle surface 7.14, the flat surface 7.4 is connected to the flat surface via the quarter-circle surface 7.15, and so on up to the flat surface 7.8. This is in turn connected to the flat surface 7.7 via the quarter-circle surface 7.18, but it does not connect tangentially, but radially.

eine Kante bildend, an die Viertelkreisbogenfläche 7.18 an. Im weiteren Verlauf der Spirale ist die plane Fläche 7.8 mit der folgenden planen Fläche 7.9 nicht über eine Viertelkreisbogenfläche, sondern unmittelbar (eine Kante bildend) verbunden; das ist ebenso bei den folgenden Paaren planer Flächen 7.9/7.10 und 7.10/7.11 der Fall. Dabei ist, in Umlaufrichtung U (Fig.2) gesehen, jeder Abschnitt einer planen Fläche kürzer ausgeführt als der vorhergehende Abschnitt, was den spiralförmigen Querschnitt zur Folge hat.forming an edge, to the quarter-circle arc surface 7.18. In the further course of the spiral, the flat surface 7.8 is connected to the following flat surface 7.9 not via a quarter-circle arc surface, but directly (forming an edge); this is also the case with the following pairs of flat surfaces 7.9/7.10 and 7.10/7.11. In this case, seen in the direction of rotation U (Fig.2), each section of a flat surface is shorter than the previous section, which results in the spiral-shaped cross-section.

Die Verdrängerfläche 8 besteht in analoger Weise aus Abschnitten planer Flächen und aus Viertelkreisbogenflächen, und zwar so, daß sich plane Abschnitte der Gehäuseinnenfläche 7 und plane Abschnitte der Verdrängerfläche 8 stets parallel gegenüberstehen. Charakteristisch ist weiterhin, daß einer Viertelkreisbogenfläche am Gehäuse 1 stets eine Kante an der Verdrängerfläche 8 und einer Kante am Gehäuse 1 eine Viertelkreisbogenfläche am Verdränger zugeordnet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind (in Fig.2) am Verdränger 4 lediglich die Kante 8.1, die der Viertelkreisbogenflache 7.13 zugeordnet ist, und die Viertelkreisbogenfläche 8.2 bezeichnet, die der von den planen Flächen 7.9 und 7.10 gebildeten Kante zugeordnet ist.The displacer surface 8 consists in an analogous manner of sections of flat surfaces and quarter-circle-arc surfaces, in such a way that flat sections of the housing inner surface 7 and flat sections of the displacer surface 8 are always parallel to one another. It is also characteristic that a quarter-circle-arc surface on the housing 1 is always assigned an edge on the displacer surface 8 and an edge on the housing 1 is always assigned a quarter-circle-arc surface on the displacer. For the sake of clarity, only the edge 8.1, which is assigned to the quarter-circle-arc surface 7.13, and the quarter-circle-arc surface 8.2, which is assigned to the edge formed by the flat surfaces 7.9 and 7.10, are shown on the displacer 4 (in Fig. 2).

Die Einlaßöffnung 2 ist radial zur Umlaufrichtung U der Exzenter 6 und damit der Platte 5 und des Verdrängers 4 angeordnet. Die Ausiaßöffnung 3 ist axial zur Umlaufrichtung U etwa im Zentrum des Gehäuses 1 angeordnet.The inlet opening 2 is arranged radially to the direction of rotation U of the eccentric 6 and thus of the plate 5 and the displacer 4. The outlet opening 3 is arranged axially to the direction of rotation U approximately in the center of the housing 1.

Einzelne Abschnitte planer Flächen können, wie bei der Fläche 7.3 in Fig.2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet, um eine Breite b vom Gehäusezentrum zurückgesetzt sein.Individual sections of flat surfaces can be set back from the housing centre by a width b, as indicated by a dashed line for surface 7.3 in Fig.2.

Werden die beiden Exzenter 6 synchron angetrieben, führt die Platte 5 mit dem Verdränger 4 eine kreisende Bewegung in der Umiaufrichtung U aus. Zu Beginn dieser Kreisbewegung (Fig.1) ist der Hohlraum, der zwischen den planen Flächen 7.11 und 8.3 sowie der Viertelkreisbogenfläche 8.4 eingegrenzt ist, klein. Dieser Hohlraum vergrößert sich mit fortschreitender Kreisbewegung des Verdrängers 4 zunehmend (Fig.2), wodurch Frischluft durch die Einlaßöffnung 2 angesaugt wird. Bei einem Drehwinkel des Verdrängers 4 von 180 Grad erreicht das Volumen dieses Hohlraumes sein Maximum (Fig.3). Im weiteren Verlauf der Kreisbewegung bis zum Drehwinkel von 270 Grad wird mit Annäherung der Fläche 8.3 an die Fläche 7.11 die Einlaßöffnung 2 geschlossen, zugleich verringert sich das Volumen in diesem Hohlraum und die eingeschlossene Luft gerät unter Druck (Fig.4). Mit der Vollendung eines Umlaufes des Verdrängers 4 wird schließlich die Auslaßöffnung 3 freigegeben und die unter Druck eingeschlossene Frischluft entweicht durch die Auslaßöffnung 3 in den Zylinder des Verbrennungsmotors (Fig.1).If the two eccentrics 6 are driven synchronously, the plate 5 with the displacer 4 performs a circular movement in the direction of rotation U. At the beginning of this circular movement (Fig.1), the cavity that is delimited between the flat surfaces 7.11 and 8.3 and the quarter-circle surface 8.4 is small. This cavity increases in size as the circular movement of the displacer 4 progresses (Fig.2), whereby fresh air is sucked in through the inlet opening 2. When the displacer 4 rotates through an angle of 180 degrees, the volume of this cavity reaches its maximum (Fig.3). As the circular movement continues up to an angle of rotation of 270 degrees, as the surface 8.3 approaches the surface 7.11, the inlet opening 2 is closed, at the same time the volume in this cavity decreases and the enclosed air comes under pressure (Fig.4). When the displacer 4 has completed one revolution, the outlet opening 3 is finally opened and the fresh air trapped under pressure escapes through the outlet opening 3 into the cylinder of the combustion engine (Fig. 1).

• ··

Während desselben Umlaufes wird in analoger Weise in den sich vergrößernden Hohlraum zwischen der Fläche 7.2 am Gehäuse 1 und der Fläche 8.5 am äußeren Umfang des Verdrängers 4 Frischluft durch die Einlaßöffnung 2 gesaugt (Fig.3 und Fig.4). Dieser Hohlraum erreicht sein maximales Volumen in der Verdrängerposition nach Fig.1. Mit dem Erreichen dieser Position wird der Hohlraum zugleich gegen die Einlaßöffnung 2 verschlossen, die nun hier eingeschlossene Frischluft gerät unter Druck, da sich das Volumen dieses Hohlraumes im Verlaufe des weiteren Verdrängerumiaufes verringert (Fig.2 und Fig.3). Mit der Vollendung des Verdrängerumlaufes wird schließlich auch für diesen Hohlraum die Auslaßöffnung 3 freigegeben, die unter Druck eingeschlossene Frischluft entweicht durch die Auslaßöffnung 3 in den Zylinder des Verbrennungsmotors (Fig.4).During the same cycle, fresh air is drawn in analogously into the expanding cavity between the surface 7.2 on the housing 1 and the surface 8.5 on the outer circumference of the displacer 4 through the inlet opening 2 (Fig.3 and Fig.4). This cavity reaches its maximum volume in the displacer position according to Fig.1. When this position is reached, the cavity is simultaneously closed off from the inlet opening 2, the fresh air now enclosed here comes under pressure, since the volume of this cavity decreases during the further displacer cycle (Fig.2 and Fig.3). When the displacer cycle is completed, the outlet opening 3 is finally opened for this cavity as well, the fresh air enclosed under pressure escapes through the outlet opening 3 into the cylinder of the internal combustion engine (Fig.4).

Aufgrund der in Abhängigkeit von der Drehphase sich abwechselnd wiederholenden Fördervorgänge durch die beiden Hohlräume ergibt sich in der Ausiaßöffnung 3 ein relativ gleichmäßiger Frischluftförderstrom.Due to the alternating repeated conveying processes through the two cavities depending on the rotation phase, a relatively uniform fresh air flow is produced in the outlet opening 3.

Die erfindungsgemäße Maschine läßt sich nicht nur als Lader zum Fördern von Frischluft in den Zylinder nutzen, sie ist auch als Expansionsmaschine zur Gewinnung mechanischer Energie aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors einsetzbar. In diesem Fall wird die Öffnung im Zentrum des Querschnitts nicht als Auslaß-, sondern als Einlaßöffnung genutzt, durch die das Abgas auf kurzem Weg vom Zylinder in einen zwischen Verdränger und Gehäuse ausgebildeten (noch) kleinen Hohlraum gelangt und hier expandiert. Der Expansionsdruck auf die Verdrängerfläche versetzt den Verdränger in eine Bewegung, die über die Platte auf die beiden Exzenter übertragen und dort in eine Kreisbahn gelenkt wird. Das weitgehend entspannte Abgas gelangt dann durch die Öffnung an der Peripherie des Gehäuses nach außen.The machine according to the invention can not only be used as a charger to feed fresh air into the cylinder, it can also be used as an expansion machine to generate mechanical energy from the exhaust gas flow of the internal combustion engine. In this case, the opening in the center of the cross section is not used as an outlet, but as an inlet opening, through which the exhaust gas travels a short distance from the cylinder into a (still) small cavity formed between the displacer and the housing, where it expands. The expansion pressure on the displacer surface sets the displacer in motion, which is transferred via the plate to the two eccentrics and guided there in a circular path. The largely expanded exhaust gas then passes out through the opening on the periphery of the housing.

Der auf diese Weise in Abhängigkeit von der Abgasmenge beschleunigte Verdränger (und mit diesem die Platte und die beiden Exzenter) wird in mehr oder weniger kontinuierliche Drehung versetzt. Diese Drehbewegung wiederum kann durch eine unkomplizierte Konstruktionsanordnung auf eine als Lader genutzte Maschine, wie im obigen Ausführungsbeispiel dargestellt, übertragen werden. So ist es mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich, Abgasenergie zur effektiven Aufladung des Zylinders mit Frischluft zu nutzen. Im Vergleich zum Turbolader besteht hier nicht der Nachteil, daß die zugeführte Frischluftmenge im Teilastbereich nicht ausreicht, da bei dieser Anordnung die Fördermenge auch bei niedrigeren Drehzahlen genügend groß ist.The displacer (and with it the plate and the two eccentrics) accelerated in this way depending on the amount of exhaust gas is set into more or less continuous rotation. This rotational movement can in turn be transferred to a machine used as a charger, as shown in the above example, by means of a simple design arrangement. The solution according to the invention thus makes it possible to use exhaust gas energy to effectively charge the cylinder with fresh air. In comparison to a turbocharger, there is no disadvantage here that the amount of fresh air supplied is insufficient in the partial load range, since with this arrangement the delivery rate is sufficiently large even at lower speeds.

Fig.5 zeigt eine alternative Variante der erfindungsgemäßen Maschine mit einem etwa sinusförmig ausgebildeten Querschnitt. Hier ist lediglich eine Position des Verdrängers 4 aufFig.5 shows an alternative variant of the machine according to the invention with an approximately sinusoidal cross-section. Here, only one position of the displacer 4 is shown on

seiner Kreisbahn, z.B. die Ausgangsposition, dargestellt. Die Förderung der Frischluft erfolgt in analoger Weise zum oben dargelegten Beispiel· Aufgrund der sich mit dem Umlauf des Verdrängers 4 zunächst vergrößernden Hohlräume wird Frischluft durch die Einlaßöffnung 2 angesaugt; die Hohlräume werden im weiteren Veriauf gegen die Einlaßöffnung 2 abgedichtet; die Hohlräume werden kleiner, die eingeschlossene Frischluft wird verdichtet und entweicht durch die Auslaßöffnung 3, sobald diese freigegeben wird.its circular path, e.g. the starting position. The fresh air is conveyed in a similar way to the example given above. Due to the cavities initially increasing in size as the displacer 4 rotates, fresh air is sucked in through the inlet opening 2; the cavities are then sealed against the inlet opening 2; the cavities become smaller, the enclosed fresh air is compressed and escapes through the outlet opening 3 as soon as it is released.

• ·—· t « ** ··•·—· t « ** ·· .· . &idigr; ·: : .· · ··:·**.· . &idigr; ·: : .· · ··:·** BezugszeichenlisteList of reference symbols 11 GehäuseHousing 22 EinlaßöffnungInlet opening 33 AuslaßöffnungOutlet opening 44 VerdrängerDisplacer 55 Platteplate 66 Exzentereccentric 77 innenfiäche des Gehäusesinner surface of the housing 7.1 bis 7.117.1 to 7.11 Abschnitte pianer FlächenSections of plane surfaces 7.12 bis 7.187.12 to 7.18 ViertelkreisbogenflächenQuarter-circle surfaces 88th VerdrängerflächeDisplacement area 8.18.1 KanteEdge 8.2, 8.48.2, 8.4 ViertelkreisbogenflächeQuarter-circle area 8.38.3 plane Flächeflat surface 9,109.10 HohlräumeCavities bb BreiteWidth ee Exzentrizitäteccentricity UU UmiaufrichtungRealignment

Claims

Protection claims

1. Machine for supercharging internal combustion engines, essentially consisting of a housing (1) with at least one inlet opening (2) and one outlet opening (3), of a displacer (4) moving in the housing (1) on an orbit (U) and of drive elements for the displacer (4), whereby inner surfaces (7) of the housing (1) with displacer surfaces (8) enclose cavities, the volume of which can be changed depending on the rotation phase of the displacer (4), characterized in that

that the orbit (U) is a circular orbit,

that the surfaces of the housing (1) which delimit the cavities in the radial direction are formed from sections of planar surfaces (7.1 to 7.11) and quarter-circle surfaces (7.12 to 7.18),

that the surfaces of the displacer (4), which limit the cavities in the radial direction, also consist of sections of flat surfaces and quarter-circle surfaces,

that on both the housing (1) and the displacer (4) two successive sections of flat surfaces in the direction of rotation (U) are arranged at right angles to each other,

that on both the housing (1) and the displacer (4) the successive sections of flat surfaces in the direction of rotation (U) form an edge or can be connected to one another via a quarter-circle arc surface, that a circular path section of an edge of the displacer (4) is always closely opposite a quarter-circle arc surface on the housing (1) and conversely an edge on the housing (1) is always assigned a quarter-circle arc surface on the displacer (4) and that the inlet opening (2) is arranged radially and the outlet opening (3) is arranged axially.

2. Machine for supercharging internal combustion engines according to claim 1, characterized in that the sequence of the surface sections in the direction of rotation (U) is selected such that the displacer (4) has the shape of a spiral in a section perpendicular to the axis of rotation.

3. Machine for supercharging internal combustion engines according to claim 1, characterized in that the sequence of the surface sections in the direction of rotation (U) is selected such that the displacer (4) has a sinusoidal shape in a section perpendicular to the axis of rotation.

4. Machine for supercharging internal combustion engines according to claim 1 or 2, characterized in that the flat surfaces of the housing (1), which are parallel to the flat surfaces of the displacer (4), are at least partially set back by an amount (b) from the center of rotation.

5. Machine for supercharging internal combustion engines according to claim 1 or 2, characterized in that two eccentrics (6) running synchronously with one another are provided as drive elements for the displacer, the axes of rotation of which are aligned parallel to the axis of rotation of the displacer (4).

6. Machine for supercharging internal combustion engines according to claim 1 or 2, characterized in that a plate (5) is provided for transmitting the eccentric movement to the displacer (4), in which plate the eccentrics (6) are arranged in a sliding manner and on which the displacer (4) is fastened.

7. Machine for supercharging internal combustion engines according to claim 1 or 2, characterized in that the plate (5) is also provided as a final housing limitation in the axial direction.

8. Machine for supercharging internal combustion engines according to claim 1 or 2, characterized in that the plate (5) is arranged as an intermediate wall in the housing (1) and displacers (4) are arranged on both sides of the plate (5).