DE102006011862A1

DE102006011862A1 - Turboverdichter, insbesondere Verdichter für einen Turbolader

Info

Publication number: DE102006011862A1
Application number: DE102006011862A
Authority: DE
Inventors: Knut Dr. Habermann
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: DE102006011862B4

Abstract

Turboverdichter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Verdichter für einen Turbolader, mit einem Luftsammelkanal (1) für zu verdichtende Verbrennungsluft, an den sich ein Haupteinlasskanal (2) ein Zusatzkanal und ein drehbar gelagertes Verdichterrad anschließen, wobei der Zusatzkanal eine im Querschnitt verstellbare Dralleinrichtung (10) mit Drallkanälen aufweist, deren Querschnitt in Umfangsrichtung des Verdichterrades verstellbar ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turboverdichter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Verdichter für einen Turbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Turbolader und damit auch Turboverdichter, insbesondere von drosselgesteuerten Ottomotoren, haben bei Teillastbetrieb aufgrund des geringen Massendurchsatzes ein niedriges Drehzahlniveau, weshalb das Ansprechverhalten oftmals bemängelt wird.

Es ist bekannt, DE 102 52 767 A1 , den Verdichtermassenstrom zu nutzen, um die Verdichterarbeit zu reduzieren. Dabei ist in dem Haupteinlasskanal ein Drosselorgan angeordnet und in einem parallelen Zusatzkanal eine Dralleinrichtung vorgesehen, so dass bei niedriger Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine ein höheres Drallniveau vor dem Turboverdichter zur Drehzahlerhöhung desselben erzeugt werden kann. Bei dem bekannten Turboverdichter ist nur dem Absperrorgan eine Verstelleinrichtung zugeordnet, so dass erst nach vollständigem Schließen des Absperrorgans eine Verstellung der Dralleinrichtung vorgenommen werden kann. Die Verstellung der Dralleinrichtung erfolgt dabei durch eine Querschnittsverringerung in Axialrichtung zum Verdichterrad, so dass keine Verstellung der Dralleinrichtung selbst erfolgt. Aus der Verstellanordnung folgt, dass die Dralleinrichtung auch immer dann geöffnet ist, wenn sich das Absperrorgan in Offenstellung befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsbildenden Turboverdichter so zu verbessern, dass die Dralleinrichtung selbst verstellbar ist und nicht zwangsweise mit der Verstellung des Absperrorgans gekuppelt ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung betrifft daher einen Turboverdichter, insbesondere einen Verdichter für einen Turbolader, bei dem die Querschnitte der Dralleinrichtung in Umfangsrichtung zum Verdichterrad verstellbar sind und dabei auch vollständig verschlossen werden können. Durch die konvergent sich verjüngenden Querschnitte erfolgt eine Beschleunigung der Strömung in Umfangsrichtung und insbesondere dann, wenn der eine Hülsenkörper ortsfest gelagert ist, eine Erhöhung des Dralls in Verbindung mit der Verengung und Verlagerung des Querschnitts. Der eine Hülsenkörper weist dabei in Umfangsrichtung ausgerichtete Laschen und der andere entsprechend ausgerichtete Nasen auf, wobei die Laschen auf den Nasen geführt sind, so dass eine gute Führung der Hülsenkörper gegeneinander erfolgt und gleichzeitig eine Abdichtung der Hülsenkörper gegeneinander und eine Konzentrierung der Luftströmung auf die Querschnitte der Drallkanäle.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch Kanäle, ein Absperrorgan und eine Dralleinrichtung, die den Lufteinlassbereich des Turboverdichters bilden,
2 einen Querschnitt durch den Lufteinlassbereich gemäß der Linie F-F in 1 mit Blick auf das Absperrorgan,
3 einen Querschnitt durch die Dralleinrichtung gemäß der Linie G-G in 1,
4 eine Ansicht des Absperrorgans in offener Stellung mit anschließenden Kanälen,
5 einen Schnitt durch das Absperrorgan und die Kanäle gemäß der Linie H-H in 4,
6 eine Ansicht des Absperrorgans und des Zusatzkanals in geschlossener Stellung,
7 einen Schnitt gemäß der Linie E-E in 6,
8 eine Seitenansicht der Dralleinrichtung in Offenstellung,
9 einen Schnitt durch die Dralleinrichtung gemäß der Linie B-B in 8,
10 eine Ansicht der Dralleinrichtung in geschlossener Stellung,
11 einen Schnitt durch die Dralleinrichtung gemäß der Linie A-A in 10,
12 eine Ansicht eines drehbaren Hülsenkörpers der Dralleinrichtung,
13 einen Schnitt durch den Hülsenkörper gemäß der Linie D-D in 12,
14 eine Seitenansicht eines feststehenden Hülsenkörpers, und
15 einen Schnitt durch den Hülsenkörper gemäß der Linie C-C in 14. In den 1 bis 15 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Luftsammelkanal bezeichnet, der sich in Strömungsrichtung erweitert und zu einem Absperrorgan 3 führt. Das Absperrorgan 3 weist einen Stator 4 auf, der Kreissegmentflächen 5 aufweist, die an einer Außenwand 6 eines Ringkanals 7 befestigt sind. Dem Stator 4 zugeordnet ist ein Rotor 8, der in radialer Richtung gesehen kleinere Kreissegmentflächen 5a aufweist, die dem Eingang eines Haupteinlasskanals 2 zugeordnet sind, der eine trichterartige Erweiterung 9 aufweist. Die trichterartige Erweiterung 9 ist so ausgebildet, dass sie in Strömungsrichtung sich verjüngt, so dass der Rotor 8 an dem erweiterten Ende des Haupteinlasskanals 2 angeordnet ist. Der Haupteinlasskanal 2 ist an dem Stator 4 befestigt, so dass er mit der Außenwand 6 den Ringkanal 7 bildet. Der Rotor 8 kann, nicht dargestellt, zentral beispielsweise über einen elektrischen Stellmotor verstellt werden, so dass die Kreissegmentflächen 5a in Verbindung mit den Kreissegmentflächen 5 den Querschnitt zu der trichterartigen Erweiterung freigeben oder im anderen Extremfall auch abschließen können.
An den Haupteinlasskanal 2 ist auf dem dem Rotor 8 abgewandten Ende eine mit 10 bezeichnete Dralleinrichtung angeordnet. Die Dralleinrichtung 10 weist einen zentralen Durchgang für die Verbrennungsluft auf, die durch den Haupteinlasskanal 2 strömt und dessen Querschnitt vom Absperrorgan 3 beherrscht wird. Die Dralleinrichtung 10 weist weiterhin einen ortsfest angeordneten Hülsenkörper 11 auf, der mittels eines Flansches 12 an der Außenwand 6 befestigt ist. Der Hülsenkörper 11 weist radiale Durchtrittsöffnungen auf, die in Umfangsrichtung gesehen von Wänden 13 begrenzt sind. Die Wände 13 sind so ausgerichtet, dass sie im Wesentlichen tangential zu dem innerhalb der Dralleinrichtung angeordneten Haupteinlasskanal 1 ausgerichtet sind. Auf den den Wänden 13 gegenüberliegenden Seiten weist der Hülsenkörper 11 Laschen 15 auf, die mit Nasen 14 korrespondieren, wobei die Nasen 14 Bestandteil eines drehbaren Hülsenkörpers 11a sind, der auf der den Nasen 14 abgewandten Drehrichtung Wände 13a aufweist, die mit den Wänden 13 Teile der Querschnitte der Drallkanäle bilden. Durch Verdrehen des Hülsenkörpers 11a, das wiederum durch einen elektrischen Stellmotor erfolgen kann, kann der Abstand der Wände 13a und 13 zueinander von einem Maximalwert bis zu null, d.h. bis zum Anliegen der Wände 13a an den Wänden 13, verstellt werden. Da die Wände 13a und 13 konvergierend sich verjüngend von radial außen nach radial innen ausgerichtet sind, erfolgt bei der Querschnittsverstellung nicht nur eine Änderung des Querschnitts, sondern auch eine Richtungsänderung der Anströmung und dadurch eine Drallerhöhung.
Solange der Massenstrom durch die tangentialen Drallkanäle ausreicht, ist der Rotor 8 des Absperrorgans 3 so verstellt, dass dessen Kreissegmentflächen 5a in Verbindung mit den Kreissegmentflächen 5 den Haupteinlasskanal 2 verschließt. Bei höherer geforderter Motorleistung und damit höherem Massestrom wird die Dralleinrichtung 10 weiter geöffnet. Gleichzeitig kann auch, da das Absperrorgan 3 und die Dralleinrichtung 10 unabhängig voneinander betätigt werden können, das Absperrorgan 3 ebenfalls geöffnet werden. Die Verdrehung des Hülsenkörpers 11a der Dralleinrichtung 10 kann allerdings auch zeitweise mit der Verdrehung des Rotors 8 des Absperrorgans 3 gekuppelt sein. Bei maximalem Massendurchsatz ist dann die Dralleinrichtung 10 geschlossen und das Absperrorgan 3 vollständig geöffnet.

Claims

Turboverdichter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Verdichter für einen Turbolader, mit einem Luftsammelkanal (1) für zu verdichtende Verbrennungsluft, an den sich ein Haupteinlasskanal (2), ein Zusatzkanal und ein drehbar gelagertes Verdichterrad anschließen, wobei im Zusatzkanal eine im Querschnitt verstellbare Dralleinrichtung (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dralleinrichtung (10) Drallkanäle aufweist, deren Querschnitt in Umfangsrichtung des Verdichterrades verstellbar ausgebildet ist.
Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte verschließbar sind.
Turboverdichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte in Strömungsrichtung konvergent sich verjüngend ausgeführt sind.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Haupteinlasskanal (2) ein verstellbares Absperrorgan (3) vorgesehen ist.
Turboverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Querschnitts gegenüber dem Absperrorgan (3) frei wählbar ist.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dralleinrichtung (10) zwei Hülsenkörper (11, 11a) aufweist, wobei die Hülsenkörper (11, 11a) Wände (13, 13a) der Drallkanäle bilden und gegeneinander verstellbar ausgeführt sind.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Hülsenkörper (11) ortsfest und der andere Hülsenkörper (11a) drehbar gelagert sind.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsenkörper (11, 11a) gegeneinander mittels zumindest einer Feder insbesondere in Schließstellung der Querschnitte der Drallkanäle belastet sind.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Hülsenkörper (11a) Laschen (15) und der andere (11) entsprechend ausgerichtete Nasen (14) aufweist und dass die Laschen (15) auf den Nasen (14) geführt sind.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Wände (13, 13a), insbesondere an den Anströmkanten strömungsoptimiert, insbesondere abgerundet sind.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkanal als ein den Haupteinlasskanal (2) umschließender Ringkanal (7) ausgeführt ist und dass die Dralleinrichtung (10) am an das Verdichterrad angrenzenden Ende des Ringkanals (7) angeordnet ist.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupteinlasskanal (2) von der Dralleinrichtung (10) ausgehend entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft trichterartig erweitert ist.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der trichterartigen Erweiterung (9) diese umschließend der Ringkanal (7) angeschlossen ist.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der trichterartigen Erweiterung (9) das Absperrorgan (3) eingebaut ist.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (3) einen Stator (4) und einen gegenüber dem Stator (4) verdrehbaren Rotor (8) aufweist, wobei der Stator (4) und der Rotor (8) Segmentflächen aufweisen.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) und der Rotor (8) kreisförmig ausgeführt sind und im Wesentlichen die gleichen Kreissegmentflächen (5, 5a) aufweisen.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Außenwand (6) des Ringkanals (7) im Anschluss an das Absperrorgan (3) der Luftsammelkanal (1) angeschlossen ist, der sich entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft, vorzugsweise trichterartig verjüngt.
Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (3) und die Dralleinrichtung (10) von Stellmotoren, insbesondere elektrisch betätigten Stellmotoren, verstellbar sind.