DE2060271A1 - Procedure for the automatic adjustment of the inlet swirl when compressing the exhaust gas turbocharger and diffuser - Google Patents

Procedure for the automatic adjustment of the inlet swirl when compressing the exhaust gas turbocharger and diffuser

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Description

Beschreibung Verfahren zur selbsttätigen Einstellung des Eintrittsdralles bei Verdichtern der Abgasturbolader und Leitapparat dazu Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Einstellung des Eintrittsdralles bei Verdichtern der Abgasturbolader für Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren, und einen Leitapparat zur Anwendung des Verfahrens.Description Procedure for the automatic adjustment of the inlet swirl in the case of compressors of the exhaust gas turbocharger and diffuser in addition The registration concerns a procedure for the automatic adjustment of the inlet swirl in compressors the exhaust gas turbocharger for internal combustion engines, especially Otto engines, and a Guide apparatus for applying the method.

Der Zweck einer Verstellung des Eintrittsdralles am Verdichterlaufrad ist bei Abgasturboladern die Vermeidung bzw. Hinausschiebung der Pumpgrenze und die Bewirkung eines flachen Ladedruckverlaufes. Dadurch wird ein breiteres brauchbares Kennlinienfeld des Laders erreicht und der Einsatz des Abgasturboladers bei Otto-Motoren erst in vorteilhafter Weise ermöglicht.The purpose of adjusting the inlet swirl on the compressor impeller is the avoidance or postponement of the surge limit in exhaust gas turbochargers and the effect of a flat charge pressure curve. This makes a broader usable one Characteristic field of the charger reached and the use of the exhaust gas turbocharger in Otto engines only made possible in an advantageous manner.

Es ist bekannt, bei Kreiselgebläsen und insbesondere auch bei den Verdichtern der Abgasturbolader, den Eintrittsdrall durch einen vorgeschalteten Leitapparat zu verstellen. (Vgl. z.B. DBP 877 381 sowie DAS 1 291 943.) Bei diesen bekannten verstellbaren Leitapparaten ist jedoch ein großer konstruktiver bzw. fertigungsmäßiger Aufwand erforderlich. Es müssen verstellbare Leitschaufeln drehbar gelagert werden; es muß ein Verstellgetriebe zur Verbindung der einzelnen Schaufeln mit dem Stellmotor angeordnet werden; ferner muß der Stellmotor bei verlangter automatischer Verstellung durch einen Regler gesteuert werden. Die Erfindung hat sich dagegen die Aufgabe gestellt, eine selbsttätige Einstellung des Eintrittsdralles zu erreichen, die mit einfachen Mitteln und mit wesentlich geringerem konstruktiven Aufwand arbeitet. Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß in einem Leitapparat vor dem Eintritt in das Verdichterlaufrad gekrümmte federnde Schaufeln durch den mit der Durchflußmenge steigenden Strömungsdruck aus der Ursprungsstellung des stärksten Vordralles in eine Stellung geringerer Krümmung annähernd bis in die Geradstellung ohne Vordrall gedrückt werden.It is known in centrifugal fans and in particular also in the Compressors of the exhaust gas turbocharger, the inlet swirl by an upstream Adjust the distributor. (See e.g. DBP 877 381 and DAS 1 291 943.) With these known adjustable guide devices is, however, a large constructive or manufacturing-related one Effort required. There must be adjustable rotating guide vanes stored will; there must be an adjusting gear to connect the individual blades with the Servomotor can be arranged; furthermore, the servomotor must be automatic when required Adjustment can be controlled by a controller. The invention has opposed it set the task of achieving an automatic adjustment of the entry swirl, which works with simple means and with much less construction effort. It solves this task in that in a diffuser before entering the Compressor impeller curved resilient blades through the with the flow rate increasing flow pressure from the original position of the strongest pre-swirl in a position of lesser curvature almost up to the straight position without pre-twist be pressed.

Ein Leitapparat nach der Erfindung ist dementsprechend so gebaut, daß er gekrümmte federnde, dünne Schaufeln aus Blech oder Kunststoff besitzt, die in dem axial durchströmten Saugrohr des Verdichters sternförmig mit je einer annähernd radialen feststehenden Eintrittskante angeordnet sind.A diffuser according to the invention is accordingly built so that he has curved, resilient, thin blades made of sheet metal or plastic that in the axial flow through the intake manifold of the compressor in a star shape with approximately one each radial fixed leading edge are arranged.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen erläutert.Another possible implementation is illustrated using an exemplary embodiment Explained in the drawings.

Die Erfindung soll anhand der Bilder Fig. 1 bis 5 beschrieben werden. Dabei zeigt Fig. 1 das Kennliniendiagramm eines Abgasturboladers, Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsmöglichkeit mit dem axialdurchströmten Leitapparat, die Figuren 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Leitschaufelnin einem senkrecht zur Verdichterachse angeströmten Saugkasten angeordnet sind.The invention will be described with reference to Figs. 1 shows the characteristic diagram of an exhaust gas turbocharger, FIGS. 2 and 3 show an embodiment with the axially flow-through diffuser, the Figures 4 and 5 show an embodiment in which the guide vanes are in a vertical direction to the compressor axis are arranged on the suction box.

Fig. 1 zeigt das Kennliniendiagramm des Verdichters des Abgasturboladers, wobei über der waagrechten Abszisse mit den Kennzahlen für den Luftdurchsatz des Verdichters auf der senkrechten Ordinate die Druckhöhe des Verdichters oder das Verdichtungsverhältnis aufgezeichnet ist. Da es sich nur um die Erklärung der Wirkungsweise handelt, sind in dem Diagramm keine Zahlenwerte angegeben. Die Kennlinie 1 zeigt die Ladedruckhöhe des Verdichters bei der normalen bzw. vollen Drehzahl. Die Linie ist deshalb auch mit 1,0 bezeichnet. Perner sind Drehzahlkurven für das 0,8-, 0,6,0,5- und 0,4-fache der vollen Drehzahl eingezeichnet (strichpunktiert).Fig. 1 shows the characteristic diagram of the compressor of the exhaust gas turbocharger, where above the horizontal abscissa with the key figures for the air throughput of the Compressor on the vertical ordinate the pressure head of the compressor or the Compression ratio is recorded. Since it is only about the explanation of the mode of action no numerical values are given in the diagram. The characteristic curve 1 shows the boost pressure level of the compressor at normal or full speed. The line is therefore also referred to as 1.0. Perner are speed curves for the 0.8-, 0.6.0.5- and 0.4 times the full speed are shown (dash-dotted lines).

Diese Kurven gelten für eine durch keinen Leitapparat beeinflußte drallfEge Zuströmung zu dem Verdichterlaufrad. Die Drehzahlkurve 1 hat einen oberen Grenzpunkt P1, von dem ab die Zuströmung instabil ist, wenn man zu kleinerer Durchflußmenge übergeht; im allgemeinen als Pumpgrenze bezeichnet. Bei den anderen Drehzahlkennlinien verschiebt sich dieser Punkt zu Pro 8 usw. bis PO 4. Man erhält demnach die strichpunktierte Verbindungslinie dieser Punkte als Pumpgrenze für das Kennlinienfeld, das demnach nach links zu, d.h. zu kleineren Durchsatzmengen hin, auf sehr kleine Druckverhältnisse beschränkt ist.These curves apply to one that is not influenced by any diffuser swirling inflow to the compressor impeller. The speed curve 1 has an upper one Limit point P1 from which the inflow is unstable if the flow rate is too small transforms; commonly referred to as the surge line. With the other speed characteristics this point shifts to Pro 8 and so on to PO 4. The dot-dashed line is therefore obtained Connecting line of these points as a surge limit for the characteristic field, which is accordingly towards the left, i.e. towards smaller throughput quantities, towards very low pressure ratios is limited.

Eine andere Möglichkeit, die Kennlinie zu verändern, besteht darin, den Eintrittsdrall durch einen vorgesetzten Leitapparat im Sinne eines Vordralles, d.h. eines Dralles in der Drehrichtung des Laufrades zu verstellen. Es entstehen die ausgezogenen Kennlinien, die mit dem Einstellwinkel der Schaufeln gekennzeichnet sind, und zwar, da es sich um einen Vordrall handelt, mit negativen Vorzeichen. Es sind jeweils die Linien bei Verstellung um 15° bis zu -75° eingezeichnet. Die Pumpgrenze ergibt sich dabei entsprechend der gestrichelt gezeichneten Kurve 1). Man erkennt, daß bei dieser Art der Regulierung bei Verstellung zu geringerer Menge hin die noch stabilen Druckverhältnisse wesentlich größer sind als bei der Regelung durch Drehzahlverstellung allein, die sich bei einem Abgasturbolader infolge des Zusammenhanges zwischen der Abgasmenge und der geförderten Luftmenge zusätzlicii von selbst ergibt.Another possibility to change the characteristic is to the inlet swirl through a pre-positioned diffuser in the sense of a pre-swirl, i.e. to adjust a twist in the direction of rotation of the impeller. It arise the extended characteristics, those with the pitch angle of the blades are marked, namely, since it is a pre-twist, with negative Sign. The lines are drawn with an adjustment by 15 ° to -75 °. The surge limit results in accordance with the curve drawn in dashed lines 1). It can be seen that with this type of regulation, the adjustment becomes too low Amount towards the still stable pressure conditions are much greater than with the Regulation by speed adjustment alone, which is the result of an exhaust gas turbocharger the relationship between the amount of exhaust gas and the amount of air delivered additionally results by itself.

Ohne die Drallregelung würde z.B. ein Abgasturbolader auf der Linie A-B arbeiten, wobei sich entsprechend den eir.gezeichneten Drehzahllinien eine niedrigste Motordrehzahl nilotor von etwa 1200 U/min als noch im brauchbaren Bereich liegend ergibt (Punkt A) und eine Maximaldrehzahl von etwa 3600 Ujmin (Punkt B). Bei Überschreitung dieser Maximaldrehzahl würde sich wegen des relativ steilen Verlaufs der Verbindungsgeraden von A nach B ein zu hoher Ladedruck ergeben. Bei Otto-Motoren fiAl Personenwagen würde dieses Drehzahlverhältnis von 3:1 nicht ausreichen. Durch die Anwendung der Regelung des Eintrittsdralles kann der Punkt A nach A' verschoben werden. Es kann aber auch eine wesentlich weiter links liegende Motordrehzahl, beispielsweise in dem Punkt C gefahren werden, bei dem die Drehzahl des Rotors etwa 600 U/min betragen würde. Ferner kann wegen des flachen Verlaufs der Geraden 0-13 der brauchbare Drehzahlbereich über den Punkt B hinaus nach rechts vergrößert werden. so daß beispielsweise noch bei E eine Drehzahl von 5400/min gefahren werden kann, ohne daß der Ladedruck zu hoch ansteigt. Es ergibt sich somit ein brauchbares Drehzahlverhältnis von 9:1, womit die Brauchbarkeit des so geregelten Abgasturboladers für Otto-Motoren gegeben ist, ohne daß besondere Einrichtungen für das Abblasen der geförderten Luftmenge bei zu hohem Druck oder Umführung von Abgas um die Turbine bei niedrigen Motordrahzahlen und Vollast erforderlich sind.Without the swirl control, an exhaust gas turbocharger, for example, would be on the line A-B work, with a lowest speed corresponding to the speed lines drawn Engine speed nilotor of about 1200 rpm as still in the usable range results (point A) and a maximum speed of about 3600 Ujmin (point B). When exceeded this maximum speed would be due to the relatively steep course of the connecting straight line from A to B result in too high a boost pressure. With Otto engines fiAl passenger cars this speed ratio of 3: 1 would not be sufficient. By using the Regulation of the inlet swirl, point A can be shifted to A '. It can but also an engine speed much further to the left, for example in be driven to point C, at which the speed of the rotor is about 600 rpm would. Furthermore, because of the flat course of the straight line 0-13 the usable speed range can be enlarged to the right beyond point B. so that for example still at E a speed of 5400 / min can be driven without increasing the boost pressure rises high. This results in a usable speed ratio from 9: 1, which means that the exhaust gas turbocharger regulated in this way can be used for gasoline engines is given without special facilities for blowing off the amount of air conveyed if the pressure is too high or exhaust gas is bypassed around the turbine if the number of engine wires is low and full load are required.

Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leitapparates, der selbsttätig den Eintrittsdrall für den Verdichter des Abgasturboladers in dem erläuterten Sinne verstellt.Figs. 2 and 3 show an embodiment of the invention Diffuser that automatically sets the inlet swirl for the compressor of the exhaust gas turbocharger adjusted in the explained sense.

Fig. 2 ist der Achsschnitt durch den Verdichter des Abgasturboladers, während Fig. 3 einen abgewickelten Teilschnitt durch die Schaufeln des Leitapparates etwa auf der Linie L-L darstellt. 1 ist das Verdichterlaufrad mit den Schaufeln 2. Im Gehäuse 3 des Verdictiters ist das Lager 4 angeordnet, das die Welle 5 mit dem Laufrad 1, 2 trägt. Im Saugrohr 6 des Verdichters ist der in diesem Fall axial durchströmte Leitapparat 7 angeordnet. Die Schaufeln 8 bestehen aus federndendünnen Blättern aus Metallblech oder Kunststoff. Sie sind durch die etwas stärkeren Leisten 9 gehalten. Diese Halterung kann beispielsweise in der Form erfolgen, daß zwischen zwei leisten 9 das Schaufelblatt 8 festgeklemmt und vernietet oder verschraubt ist. Die Eintrittskante 10 der so gebildeten Leitschaurel steht radial bzw. annähernd radial.Fig. 2 is the axial section through the compressor of the exhaust gas turbocharger, while Fig. 3 is a developed partial section through the blades of the diffuser represents approximately on the line L-L. 1 is the compressor impeller with the blades 2. In the housing 3 of the Verdictiter, the bearing 4 is arranged, which the shaft 5 with the impeller 1, 2 carries. In this case, it is axial in the suction pipe 6 of the compressor flow-through diffuser 7 arranged. The blades 8 are made of resilient thin Sheets made of sheet metal or plastic. They are due to the slightly thicker ledges 9 held. This holder can for example be in the form that between two afford 9 the blade 8 is clamped and riveted or screwed. The leading edge 10 of the vane thus formed stands radially or approximately radial.

Wie min aus Fig. 3 ersehen kann, sind die Schaufelblätter 8 in der Ruhestellung gekrümmt, und zwar in einer solchen Richtung, daß der erzeugte Drall im Sinne der Drehrichtung des Laufrades verläuft.As can be seen from Fig. 3, the blades 8 are in the Curved rest position, in such a direction that the twist generated runs in the sense of the direction of rotation of the impeller.

Ein solcher Drall wird mit "Vordrall" bezeichnet. Im Betrieb wird liareh den Strömungsdruck der vom Verdichter geförderten Luftmenge das Schaufelblatt in eine Stellung geringerer Krümmung gedrückt, so daß der Winkel des Vordralls mit steigender Fördermenge verringert wird. Diese Verstellung erfolgt selbsttätig bis zu einer Maximalmenge, bei der annähernd die Geradstellung a, wie sie in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist, erreicht wird. Die gekrümmte Stellung im Anfangszustand ist mit b bezeichnet.Such a twist is referred to as "pre-twist". In operation will liareh is the flow pressure of the air volume delivered by the compressor the The blade is pressed into a position of lesser curvature, so that the angle of the Pre-swirl is reduced with increasing delivery rate. This adjustment takes place automatically up to a maximum amount at which approximately the straight position a, such as it is indicated by dashed lines in FIG. 3, is achieved. The crooked position in the initial state is denoted by b.

Die Figuren 4 und 5 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel. Hier besitzt der Verdichter einen Saugkasten ii, der senkrecht zur Verdichterachse angeströmt wird und die angesaugte Luft gewissermaßen in einem 90 0-Krümmer in die achsparallele Richtung der Laufradanströmung umlenkt. Unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung sind die Schaufeln 8 des selbsttätigen Leitapparates angeordnet. Die Leisten 9, in denen die Anströmseite der Schaufelbleche eingefaßt ist bzw. die Anströmkanten 10 der Schaufeln, liegen hier parallel zueinander und zur Drehachse des Verdichterlaufrades, wie insbes.Figures 4 and 5 show another embodiment. Here owns the compressor has a suction box ii, which flows perpendicular to the compressor axis and the sucked-in air to a certain extent in a 90 ° manifold into the axis-parallel Deflects the direction of the impeller flow. Immediately behind the entrance opening the blades 8 of the automatic diffuser are arranged. The strips 9, in which the upstream side of the blade plates is enclosed or the leading edges 10 of the blades are parallel to each other and to the axis of rotation of the compressor impeller, like esp.

aus Fig. 5 ersichtlich ist, die einen Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 1 darstellt. In der kräftefreien Stellung sind die Schaufelblätter 8 im Sinne des Vordralls gekrümmt, wie b in Fig. 5 zeigt. Die drallfreie Parallelstellung der Schaufeln ist durch die strichpunktierte Linie a angedeutet. Es ist bekannt, daß durch solche parallel zueinander und parallel zur Verdichterachse angeordneten verstellbaren Leitschaufeln ein Drall in dem gewünschten Sinne erzeugt werden kann, wobei in diesem Falle infolge der selbsttätigen Einstellung der Leitschaufeln eine selbsttätige Regulierung des Verdichters erfolgt.can be seen from Fig. 5, which is a section along the line A-B in Fig. 1 represents. In the force-free position, the blades 8 are in the sense of the pre-swirl, as b in Fig. 5 shows. The twist-free parallel position of the Shoveling is indicated by the dash-dotted line a. It is known that by such adjustable ones arranged parallel to one another and parallel to the compressor axis Guide vanes a swirl can be generated in the desired sense, in this Fall as a result of the automatic adjustment of the guide vanes an automatic The compressor is regulated.

Claims (3)

P a t e n t a -n s p r ü c h eP a t e n t a -n s p r ü c h e Verfahren sur-selbsttätigen Einstellung des Eintrittsdralles bei Verdichtern der Abgasturbolader und Leitapparat dazu Verfahren zur selbattätigen Einstellung (Regelung) des Eintrittsdralles bei Laufrädern von Verdichtern der Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Leitapparat gekrümmte federnde Schaufeln durch den mit der Durchflußmenge steigenden Stromwngsdruck aus der Ursprungsstellung des stärksten Vordralles in eine Stellung geringerer Krümmung gedrückt werden.Procedure for automatic setting of the inlet swirl in compressors the exhaust gas turbocharger and diffuser to this procedure for self-adjusting (Regulation) of the inlet swirl in the impellers of the compressors of the exhaust gas turbocharger, characterized in that curved resilient blades through in a diffuser the flow pressure increasing with the flow rate from the original position of the strongest pre-twist can be pressed into a position of less curvature. 2. Leitapparat zur selbsttatigen Einstellung des Eintrittsdralles bei Laufrädern von Verdichtern der Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, daß gekrümmte federnde dünne Schaufeln (8) aus Blech oder Kunststoff in dem axial durchströmten Saugrohr (6) des Verdichters sternförmig mit je einer annähernd radialen feststehenden Eintrittskante (10) angeordnet sind.2. Guide apparatus for automatic adjustment of the inlet swirl in the case of impellers of compressors of the exhaust gas turbocharger, characterized in that curved resilient thin blades (8) made of sheet metal or plastic in the axially flowed through Suction pipe (6) of the compressor in a star shape, each with an approximately radial stationary Leading edge (10) are arranged. 3. Leitapparat zur selbsttätigen Einstellung des Eintrittsdralles bei Laufrädern von Verdichtern der Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, daß gekrümmte federnde dünne Schaufeln (8) aus Blech oder Kunststoff in einem senkrecht zur Verdichterachse angeströmten Saugkasten (11) in einer Ebene unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung parallel zueinander und zur Verdichterachse angeordnet sind.3. Guide apparatus for automatic adjustment of the inlet swirl in the case of impellers of compressors of the exhaust gas turbocharger, characterized in that curved resilient thin blades (8) made of sheet metal or plastic in one vertical the suction box (11) flowing against the compressor axis in a plane immediately behind the inlet opening are arranged parallel to one another and to the compressor axis. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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