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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter im Ansaugtrakt einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In
der
DE 100 49 198
A1 wird ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit
einer Abgasturbine im Abgasstrang und einem Verdichter im Ansaugtrakt
beschrieben. Das Turbinenrad in der Abgasturbine wird von den unter
Druck stehenden Abgasen angetrieben, wobei die Drehbewegung des Turbinenrades über eine
Welle auf das Verdichterrad im Verdichter übertragen wird, woraufhin unter
Umgebungsdruck stehende Verbrennungsluft angesaugt und auf einen
erhöhten
Ladedruck verdichtet wird. Die verdichtete Luft wird den Zylindern
der Brennkraftmaschine zugeführt.
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Zur
Realisierung eines so genannten Kaltluft-Turbinenbetriebs des Verdichters,
bei dem während
niedriger Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein Unterdruck
im Zylindereinlasskanal zu einem Druckgefälle über dem Verdichter führt, welches
für einen
Antrieb des Verdichterrades ausgenutzt wird, ist im Verdichtergehäuse ein
Zusatzkanal parallel zum Verdichtereinlasskanal vorgesehen, der
in Höhe
des Verdichterrades radial in den Verdichteinlasskanal einmündet. Während des
Kaltluft- Turbinenbetriebes
strömt
die Verbrennungsluft über
diesen Zusatzkanal und trifft mit hohem Drall auf die Verdichterradschaufeln
auf und versetzt diesen einen antreibenden Impuls. Auf diese Weise
kann in Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine, in welchen die Abgasexergie zur Aufrechterhaltung
eines hohen Drehzahlniveaus des Laders nicht ausreicht, dem Lader über den
Verdichter zusätzliche
Antriebsenergie zugeführt
werden, was zu einer Anhebung des Drehzahlniveaus führt.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, den Wirkungsgrad eines Verdichters für eine Brennkraftmaschine weiter
zu verbessern. Es soll insbesondere mit einfachen konstruktiven
Maßnahmen
bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein verbesserter
Kaltluft-Turbinenbetrieb des Verdichters erreicht werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Lösungsgemäß weist
der Verdichter im Verdichtergehäuse
ein verstellbares Sperrglied auf, über das die Luftzufuhr zum
Verdichterrad reguliert wird. Dieses Sperrglied ist im Verdichtereinlasskanal
zwischen einer an das Verdichterrad angenäherten und einer zurückgezogenen
Position zu verstellen. In der angenäherten Position liegt die Stirnseite
des Sperrglieds unmittelbar benachbart zur Anströmseite des Verdichterrades,
es befindet sich lediglich ein Minimalspalt zwischen der Stirnseite
des Sperrgliedes und dem Verdichterrad, der eine ungehinderte Drehung
des Verdichterrades gewährleistet.
Dieser Minimalspalt ist zweckmäßig nicht
größer als
1 mm, insbesondere etwa 0.4 mm breit.
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Aufgrund
der großen
Annäherung
des Sperrgliedes an das Verdichterrad wird ein im Stand der Technik
existierendes Totraumvolumen im Verdichtereinlasskanal unmittelbar
stromauf des Verdichterrades praktisch eliminiert. Die dem Verdichterrad
zugewandte Stirnseite des Sperrgliedes fungiert als Strömungsprallwand,
an der Teilluftströme
zurückgelenkt werden,
welche im Kaltluft-Turbinenbetrieb des Verdichters über den
Zusatzkanal mit hohem Drall auf die Verdichterradschaufeln auftreffen
und entgegen der Hauptströmungsrichtung
axial in Richtung auf das Sperrglied zurückgelenkt werden. Grund für diese
Umlenkung des Teilluftstromes entgegen der Hauptströmungsrichtung
sind strömungstechnische Zustände im Verdichterrad
bzw. ein abgesenkter Druck unmittelbar axial vor dem Verdichterrad,
ausgelöst
durch eine Saugwirkung als Folge der Verdichtung in den Verdichterradschaufeln.
Diese Saugwirkung führt
zu einem Unterdruck in dem besagten Totraumvolumen axial stromauf
des Verdichterrades, der partielle Teilluftströme der über das Leitgitter mit hohem
Drall zugeführten
Verbrennungsluft entgegen der axialen Hauptströmrichtung zur Folge hat. Insgesamt
wird durch diesen Effekt der Wirkungsgrad des Verdichters im Kaltluftturbinenbetrieb
grundsätzlich reduziert,
was aber bei dem erfindungsgemäßen Verdichter
dadurch erheblich abgeschwächt
wird, dass das Totraumvolumen praktisch auf Null reduziert wird und
eventuell zurückströmende Teilluftströme sofort an
die Strömungsprallwand
des Sperrgliedes auftreffen und wieder in die Hauptströmrichtung
zurückgelenkt
werden.
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Das
Sperrglied übernimmt
zusätzlich
zur strömungsreflektierenden
Aufgabe eine weitere Funktion, nämlich
die Regulierung der Luftzufuhr zum Verdichterrad. In einer besonders
vorteilhaften Ausführung
ist vorgesehen, dass die an das Verdichterrad angenäherte Position
des Sperrgliedes zugleich eine Sperrposition darstellt, in welcher
die axiale Luftzufuhr auf das Verdichterrad im Verdichtereinlasskanal
unterbunden ist, so dass die Luftzufuhr ausschließlich über den
Zusatzkanal beziehungsweise das zur Drallerzeugung vorgesehene Leitgitter
auf das Verdichterrad erfolgt. Diese Sperrposition des Sperrgliedes
wird zum Einstellen des Kaltluft-Turbinenbetriebes
bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine eingenommen,
indem das Druckgefälle über dem
Verdichter für
einen Turbinenbetrieb des Verdichters ausgenutzt wird. In der vom Verdichterrad
zurückgezogenen
Position des Sperrgliedes ist dagegen die axiale Anströmung auf
das Verdichterrad möglich;
diese Position des Sperrgliedes entspricht dem Verdichterbetrieb,
bei dem das Verdichterrad die herangeführte Verbrennungsluft auf einen
erhöhten
Druck komprimiert.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung
ist vorgesehen, dass in die Strömungsprallwand
des Sperrgliedes eine zentrale Ausnehmung eingebracht ist, in die
in der angenäherten
Position die freie Stirnseite der Verdichterradnabe einragen kann.
Auf diese Weise ist eine bestmögliche
Annäherung
des Sperrgliedes an das Verdichterrad durchführbar. Insbesondere kann im
Bereich der Verdichterradschaufeln eine ebene Strömungsprallwand
erreicht werden, die sich senkrecht zur Verdichterradachse erstreckt
und nur mit dem Minimalspalt auf Abstand zum Verdichterrad liegt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung
ist vorgesehen, dass in die Strömungsprallwand
mindestens eine konkave Mulde bzw. Ausformung eingebracht ist, die
für eine
verbesserte Strömungsumlenkung sorgen
soll. Diese konkave Ausformung kann beispielsweise ringförmig in
die Strömungsprallwand eingebracht
sein und eine Nut bilden. Der auf die Strömungsprallwand auftreffende
Teilluftstrom strömt in
die Ausformung hinein und wird über
die schräg gestellten
Ausformungswände
wieder zurückreflektiert.
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Das
Sperrglied, das Träger
der Strömungsprallwand
ist, ist vorteilhaft axial im Verdichtereinlasskanal verschieblich
gelagert und kann durch Beaufschlagung über einen Aktuator axial zwischen
seiner angenäherten
und seiner zurückgezogenen
Position verschoben werden. Grundsätzlich kommt aber auch eine
Verstellbewegung quer zur Achsrichtung sowie eine rotatorische oder
translatorisch-rotatorische Stellbewegung in Betracht.
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Um
sowohl die Luftzufuhr axial auf das Verdichterrad als auch jene über den
zur Drallerzeugung vorgesehenen Sekundärpfad auf das Verdichterrad mit
dem Sperrglied einstellen zu können,
gelangt das Sperrglied bei Annäherung
an das Verdichterrad in Kontakt mit einer verschieblichen, sich
in Achsrichtung erstreckenden Trennwand, die den Zusatzkanal vom
Verdichtereinlasskanal separiert und die axial verschieblich im
Verdichtergehäuse
gelagert ist. Diese Trennwand wird von dem Sperrglied axial in Richtung
auf das Verdichterrad verschoben, wodurch der Mündungsquerschnitt des Zusatzkanals
in den Verdichtereinlasskanal, der an einer Seite von der Trennwand
begrenzt wird, verändert
wird. Auf diese Weise ist es möglich,
dass zum einen ein Strömungsquerschnitt
zwischen einem vorgelagerten Sammelraum, in den die herangeführte Verbrennungsluft
zunächst
geführt
wird, und dem Verdichtereinlasskanal abgesperrt wird, wodurch die
axiale Strömungszufuhr
auf das Verdichterrad unterbunden wird. Zum anderen wird der Querschnitt
der radialen Mündungsöffnung vom Zusatzkanal
in den Verdichtereinlasskanal auf ein gewünschtes Maß eingestellt.
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In
einer zweckmäßigen Ausführung ist
vorgesehen, dass das Sperrglied zwei Bauteile umfasst, nämlich einen
Sperrstempel zur Regulierung der Luftzufuhr und einen am Sperrstempel
verstellbar angeordneten Prallkolben, dessen eine Stirnseite die Strömungsprallwand
bildet. Der Prallkolben ist vorteilhaft verschieblich am Sperrstempel
gelagert und unabhängig
von diesem zu verstellen, wodurch ein zusätzlicher Bewegungsfreiheitsgrad
und dementsprechend eine zusätzliche
Einstellmöglichkeit
gegeben ist. Auf diese Weise kann bei Sperrstellung des Sperrstempels,
also bei unterbundener axialer Luftzufuhr auf das Verdichterrad,
ohne weitere Bewegungsänderung
des Sperrstempels der Prallkolben ausgefahren werden, wodurch das
Totraumvolumen unmittelbar axial vor dem Verdichterrad reduziert wird.
Insbesondere kann der Prallkolben unmittelbar an die Anströmseite des
Verdichterrades bis auf den Minimalspalt angenähert werden. Gegebenenfalls
ist es aber auch zweckmäßig, einen
geringfügig
größeren Abstand
einzuhalten, um die Ausbildung eines an der Prallwand bzw. den konkaven
Ausformungen in der Prallwand zu reflektierenden Strömungsfadens zu
unterstützen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführung
ist radial zwischen der Verdichterradnabe und der Verdichterrad-Schaufelaußenkante
eine sich in Achsrichtung erstreckende Ringwandung eingezogen, die
den Schaufelbereich im Verdichterrad in einen innen liegenden Verdichterbereich
und einen außen
liegenden Kaltluft-Turbinenbereich unterteilt. Der radial außen liegende
Kaltluft-Turbinenbereich wird bei niedriger Last- und Drehzahl der
Brennkraftmaschine über
den Sekundärpfad
mit hoher Umfangsgeschwindigkeit angeströmt. Dem radial innen liegenden
Bereich kommt dagegen die Verdichterfunktion zu, er wird von der
axial auf das Verdichterrad zugeführten Verbrennungsluft durchströmt. Auf
diese Weise erhält
man eine funktionale Trennung in einen Verdichterbereich und einen
Turbinenbereich, wobei die Form der Verdichterradschaufeln auf ihre
jeweilige Funktion hin optimiert werden kann. Die Ringwandung kann
in der Weise in die Verdichterradschaufeln eingezogen werden, dass
die im Turbinenbetrieb radial zugeführte Verbrennungsluft zunächst entgegen der
Hauptströmrichtung
axial in Richtung auf die Strömungsprallwand
zurückströmt, dort
reflektiert wird und anschließend
in den Verdichterbereich der Verdichterradschaufeln einströmt.
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Die
Strömungsumlenkung
an der Strömungsprallwand
kann zudem über
ein Drallgitter verstärkt bzw.
verbessert werden, welches sich an der axialen Anströmseite des
Verdichterrades befindet. Dieses Drallgitter ist vorteilhaft mit
dem Sperrglied verbunden, liegt jedoch auf Abstand zur Strömungsprallwand,
um eine möglichst
turbulenzfreie Strömungsumlenkung
zu gewährleisten.
Das Drallgitter führt
die gleiche Annäherungs-
bzw. Entfernungsbewegung wie das Sperrglied aus.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader,
dessen Verdichter ein einstellbares Sperrglied zur Steuerung des
auf das Verdichterrad auftreffenden Verbrennungsluftstromes umfasst,
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2 einen
Schnitt durch den Verdichter des Abgasturboladers, mit einem parallel
zum Verdichtereinlasskanal angeordneten Zusatzkanal, der in Höhe des Verdichterrades
radial in den Verdichtereinlasskanal einmündet, und mit einem axial im
Verdichtereinlasskanal verschieblichen Sperrglied zur Regulierung
des axial und radial auf das Verdichterrad auftreffenden Verbrennungsluftstromes,
wobei ein Prallkolben im Sperrglied sich in einer zurückgezogenen
Position befindet,
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3 der
Verdichter nach 2, wobei sich der Prallkolben
in einer an das Verdichterrad angenäherten Position befindet,
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4 einen
Schnitt durch einen Verdichter mit einem Prallkolben in einer modifizierten
Ausführung
und mit einem dem Verdichterrad axial unmittelbar vorgelagerten
Drallgitter,
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5 eine
perspektivische Ansicht auf das Verdichterrad, mit einer zwischen
den Verdichterradschaufeln verlaufenden Ringwandung, die den Schaufelbereich
in einem radial innen liegenden Verdichterbereich und einen radial
außen
liegenden Kaltluft-Turbinenbereich
unterteilt.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1,
bei der es sich entweder um einen Dieselmotor oder um einen Ottomotor
handelt, ist mit einem Abgasturbolader 2 versehen, der
eine Abgasturbine 3 im Abgasstrang 4 und einen
Verdichter 6 im Ansaugtrakt 7 umfasst. Das Turbinenrad
ist über
eine Welle 9 mit dem Verdichterrad drehgekoppelt. Die Abgasturbine 3 ist
mit einer variablen Turbinengeometrie 5 ausgestattet, über die
der wirksame Turbineneintrittsquerschnitt zum Turbinenrad zwischen
einer minimalen Stauposition und einer maximalen Öffnungsposition
als Funktion von aktuellen Zustands- und Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine bzw. der zugeordneten Aggregate zu verstellen
ist. Auch der Verdichter 6 ist mit einer variablen Geometrie 8 ausgestattet,
die es ermöglicht,
die Verbrennungsluft dem Verdichterrad entweder axial oder radial
zuzuführen. Die
axiale Luftzufuhr erfolgt im regulären Verdichterbetrieb, die
radiale Luftzufuhr dagegen im so genannten Kaltluft-Turbinenbetrieb,
bei dem ein Druckgefälle über dem
Verdichter zum Antrieb des Verdichterrades bzw. des gesamten Laders
ausgenutzt wird.
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Die
den Verdichter 6 passierende Verbrennungsluft wird stromab
des Verdichters in einem Ladeluftkühler 10 gekühlt und
im weiteren Verlauf den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Abgasseitig
werden die von der Brennkraftmaschine 1 produzierten Abgase
im Abgasstrang 4 der Abgasturbine 3 zugeführt, in
der die Abgase nach dem Antrieb des Turbinenrades entspannt werden.
Anschließend werden
die Abgase einer Reinigung unterzogen und ausgeleitet.
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Des
Weiteren ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführungseinrichtung 11 versehen,
die eine Rückführleitung
zwischen dem Abgasstrang 4 stromauf der Abgasturbine 3 und
dem Ansaugtrakt 7 stromab des Ladeluftkühlers 10 umfasst. In
der Rückführleitung
ist ein Abgaskühler
sowie ein einstellbares Sperrventil angeordnet. Die Rückführleitung
könnte
auch stromauf des Verdichters 6 in den Ansaugtrakt 7 münden.
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Sämtliche
einstellbaren Aggregate der Brennkraftmaschine werden über Stellsignale
einer Regel- und Stelleinheit 12 betätigt, insbesondere das Sperrventil
in der Abgasrückführeinrichtung 11,
die variable Turbinengeometrie 5 sowie die verstellbare Geometrie 8 im
Verdichter 6.
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Wie
der Schnittdarstellung nach 2 zu entnehmen,
ist im Verdichtergehäuse 13 des
Verdichters 6 ein Luftsammelraum 14 angeordnet,
in den die herangeführte
Verbrennungsluft zunächst
eingeleitet wird. Dieser Luftsammelraum 14 kommuniziert zum
einen mit dem zentralen, axial verlaufenden Verdichtereinlasskanal 15, über den
die Verbrennungsluft axial auf das Verdichterrad 17 zugeführt wird. Zum
anderen steht der Luftsammelraum 14 mit einem Zusatzkanal 16 in
Strömungsverbindung,
der parallel und radial außerhalb
zum Verdichtereinlasskanal 15 verläuft und als Ringkanal ausgebildet
ist und über
eine hülsenförmige Trennwand 21 vom
Verdichtereinlasskanal abgeteilt ist. Der Zusatzkanal 16 mündet in
Höhe der
Verdichterradschaufeln 19 des Verdichterrades 17 radial
in den Verdichtereinlasskanal 15. Die hülsenförmige Trennwand 21 ist
an gehäusefesten
Stützen 22 abgestützt und
axial verschieblich im Verdichtereinlasskanal 15 gelagert.
Bei einer Axialverschiebung der Trennwand 21 wird der freie
Mündungsquerschnitt
des Zusatzkanals 16 in den Verdichtereinlasskanal 15 veränderlich
gestellt. Im Mündungsquerschnitt
befindet sich außerdem
ein Leitgitter 20.
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Die
das Verdichterrad 17 passierende Verbrennungsluft wird
radial über
einen Diffusor in einen Spiralkanal 23 abgeleitet, welcher
sich im Verdichtergehäuse 13 befindet.
Vom Spiralkanal 23 strömt
die Verbrennungsluft weiter in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine.
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Des
Weiteren ist im Verdichtergehäuse 13 ein
axial verschiebliches Sperrglied 24 gelagert, das einen
Sperrstempel 25 und einen Prallkolben 26 umfasst.
Der Sperrstempel 25 wird von einem nicht dargestellten
Aktuator betätigt
und ist im Verdichtereinlasskanal 15 verschieblich angeordnet.
Der Prallkolben 26 ist im Sperrstempel 25 aufgenommen
und gegenüber
diesem axial verschieblich über
einen weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Aktuator gelagert. In 2 ist
der Sperrstempel 25 axial so weit in Richtung auf das Verdichterrad 17 angenähert, dass
eine abgeschrägte
vordere Stirnfläche
des Sperrstempels 25 beinahe in Kontakt zur zugewandten
Stirnseite der Trennwand 21 zwischen Zusatzkanal 16 und
Verdichtereinlasskanal 15 liegt. Bei geringfügig weiterer Annäherung schlägt der Sperrstempel 25 an
der Stirnseite der Trennwand 21 an, so dass die Strömungszufuhr
von Verbrennungsluft aus dem vorgelagerten Luftsammelraum 14 in
den Verdichtereinlasskanal 15 unterbunden ist. Für eine strömungsdichte Abdichtung
ist in die abgeschrägte
Stirnseite des Sperrstempels 25 ein umlaufender Dichtring 27 eingebracht.
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In
der stark angenäherten
Position des Sperrstempels 25 an die Trennwand 21 – bzw. bei Kontakt
zwischen Sperrstempel 25 und Trennwand 21 – strömt die Verbrennungsluft
aus dem Luftsammelraum 14 in den Zusatzkanal 16 und
von dort über den
Mündungsquerschnitt
mit dem darin angeordneten Leitgitter 20 mit hohem Drall
auf die Verdichterradschaufeln 19 des Verdichterrades.
Zweckmäßig wird
hierzu der Sperrstempel 25 so weit in Richtung auf das
Verdichterrad angenähert,
dass auch die Trennwand 21 in Richtung auf das Verdichterrad
verschoben wird, bis der verbleibende Mündungsquerschnitt axial auf
den Bereich der Verdichterradschaufeln 19 reduziert ist.
Diese Betriebsweise wird als Kaltluft-Turbinenbetrieb bezeichnet,
in dem die zuströmende
Verbrennungsluft mit hohem Drall auf die Verdichterradschaufeln
auftrifft und diesen einen antreibenden Impuls versetzt. Das Leitgitter 20 im
Mündungsquerschnitt
wird bei Annäherung
der Trennwand 21 in Richtung auf das Verdichterrad 17 in
stirnseitigen Aufnahmeöffnungen
in der Trennwand 21 aufgenommen.
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Der
Prallkolben 26, welcher Bestandteil des Sperrgliedes 24 ist,
verbleibt zunächst
in seiner zurückgezogenen
Position, so wie dies in 2 dargestellt ist. In der zurückgezogenen
Position bildet die vordere Stirnseite 28, die zugleich
als Strömungsprallwand
ausgebildet ist, auch die vordere Stirnseite des Sperrstempels 25.
Um unerwünschte
Strömungsverluste
in das Innere des Sperrstempels 25 zu verhindern, ist an
der Mantelfläche
des Prallkolbens 26 ein umlaufender Dichtring 29 vorgesehen.
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In 3 ist
der Sperrstempel 25 des Sperrgliedes 24 in einer
dem Verdichterrad angenäherten Position
dargestellt, in welcher die abgeschrägte Stirnseite auf Kontakt
zur freien Stirnseite der Trennwand 21 liegt, so dass die
Strömungszufuhr
aus dem Luftsammelraum 14 in den Verdichtereinlasskanal unterbunden
ist und die Verbrennungsluft ausschließlich über den Zusatzkanal 16 mit
hohem Drall auf die Verdichterradschaufeln 19 strömt. Der
Prallkolben 26 ist ebenfalls axial verschoben und befindet sich
in der maximal an das Verdichterrad angenäherten Position. Die vordere
Stirnseite des Prallkolbens 26 bildet die Strömungsprallwand 28,
an der Teilluftströmungen
der über
den Zusatzkanal 16 auf das Verdichterrad auftreffenden
Verbrennungsluft, die entgegen der Hauptströmrichtung axial zurückströmen, wieder
umgelenkt werden und anschließend der
Hauptströmungsrichtung
folgen. Der Prallkolben 26 ist soweit an das Verdichterrad
angenähert,
dass nur ein Minimalspalt zwischen der Strömungsprallwand 28 und
der Anströmseite
bzw. der Verdichterradnabe 18 gegeben ist, wodurch eine
freie, ungehinderte Drehbewegung des Verdichterrades gewährleistet
wird. Zur Aufnahme der freien Stirnseite der Verdichterradnabe 18 im
Prallkolben 26 ist in die Strömungsprallwand 28 eine
entsprechende Ausnehmung eingebracht. Da nur ein Minimalspalt zwischen
Strömungsprallwand 28 und
Verdichterrad gegeben ist, ist das dem Verdichterrad axial vorgelagerte
Totraumvolumen im Verdichtereinlasskanal praktisch auf Null reduziert,
wodurch die Tendenz einer unerwünschten,
axial zurückgerichteten
Strömung der
Verbrennungsluft ebenfalls erheblich reduziert ist. Der Dichtring 29 auf
der Mantelfläche
des Prallkolbens 26 sorgt für einen strömungsdichten Abschluss und
verhindert unerwünschte
Rückströmungen in
den Verdichtereinlasskanal.
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In 4 ist
ein Verdichter 6 in einer modifizierten Ausführung im
Schnitt dargestellt. Der Prallstempel 26 des Sperrglieds 24 befindet
sich in einer axial maximal an das Verdichterrad angenäherten Position.
In die dem Verdichterrad zugewandte Strömungsprallwand des Prallkolbens 26 ist
eine konkave, ringförmig
verlaufende Ausformung 30 eingebracht, die die Funktion
einer Strömungsumlenkung und
verbesserten Strömungsreflektion
hat, was mit dem Strömungspfeil 34 dargestellt
ist.
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An
der Stirnseite des Prallkolbens 26 befindet sich ein Drallgitter 32,
welches auf geringem Abstand zu den konkaven Ausformungen 30 liegt
und fest mit dem Prallkolben 26 verbunden ist. Bei Annäherung des
Prallkolbens 26 an das Verdichterrad kommt das Drallgitter 32 unmittelbar
an der axialen Anströmseite
des Verdichterrades zum Liegen. Das Drallgitter 32 wird
gemeinsam mit dem Prallkolben 26 axial verstellt. Das Drallgitter 32 ist
von einem strömungsgünstig konturierten
Außenring 33 eingefasst.
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Des
Weiteren ist in die Beschaufelung des Verdichterrades eine Ringwandung 31 eingebracht, die
rotationssymmetrisch zur Laderlängsachse
ausgebildet ist und die Verdichterradschaufeln 19 in einen
radial innen liegenden Verdichterbereich und einen radial außen liegenden
Turbinenbereich unterteilen. Die Ringwandung 31 im Verdichterrad 17 ist auch
der Darstellung nach 5 zu entnehmen, in der auch
das Drallgitter 32 einschließlich des umgreifenden Außenringes 33 an
der axialen Anströmseite des
Verdichterrades 17 eingetragen ist. Die Ringwandung 31 unterteilt
die Beschaufelung des Verdichterrades in einen an den Turbinenbetrieb
und einen an den Verdichterbetrieb angepassten Bereich; dementsprechend
können
die Verdichterradschaufeln unterschiedliche Geometrien aufweisen,
die an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst sind.
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Wie
dem in 4 eingezeichneten Strömungspfeil 34 zu entnehmen,
strömt
im Kaltluft-Turbinenbetrieb die Verbrennungsluft über den
Zusatzkanal 16 über
den Mündungsquerschnitt
mit hohem Drall, welcher mittels des Leitgitters 20 erzeugt
ist, auf die Verdichterradschaufeln 19 – auf den radial außen liegenden
Abschnitt 19b der Verdichterradschaufeln, wie in 5 dargestellt –, wird
anschließend über die
Ringwandung 31 axial zurückgeleitet bis zum Auftreffen
auf die Strömungsprallwand
bzw. die konkave Ausformungen 30 in der Strömungsprallwand
des Prallkolbens 26 und schließlich in diesen reflektiert.
Die Verbrennungsluft strömt
anschließend über den
radial innen liegenden Bereich der Verdichterradschaufeln – in 5 mit 19a bezeichnet – durch
das Verdichterrad und verlässt
dieses über
den Diffusor, über
den die Verbrennungsluft in den Spiralkanal 23 einströmt.
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Der äußere Radbereich
im Verdichterrad 17, also die radial außen liegenden Abschnitte 19b der Verdichterradschaufeln,
wirkt in Verbindung mit dem Leitgitter 20 in Mündungsquerschnitt
des Zusatzkanals 16 zum Verdichtereinlasskanal als Turbulenzerzeuger,
was sich positiv auf die Verschiebung der Punktgrenze hin zu sehr
kleinen Durchsätzen
auswirkt. Indem der wirksame Mündungsquerschnitt 20 durch
eine Axialverschiebung der Trennwand 21, verursacht durch
eine Stellbewegung des Sperrstempels 25, verstellt wird,
kann die Pumpgrenze des Verdichters aktiv beeinflusst werden.