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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckwellenladeranordnung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 10.
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Verbrennungskraftmaschinen nutzen zur Erhöhung ihrer Leistungsausbeute Bauteile, die geeignet sind, angesaugte Frischluft zu verdichten und anschließend dem Verbrennungsvorgang zuzuführen. Diese als Aufladesystem bezeichneten Maschinen nutzen verschiedene physikalische Effekte, um den zuvor genannten Vorgang durchzuführen.
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Eine Möglichkeit, die Verbrennungskraftmaschine durch Verdichten der angesaugten Frischluft aufzuladen, besteht in der Nutzung eines Druckwellenladers. Der Wirkungsgrad dieser Druckwellenlader wird durch die mechanischen Bauteile und durch die Möglichkeit der adaptiven Anpassung auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors in Form einer Regelung und Steuerung bestimmt.
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Der Druckwellenlader ist aus feststehenden und rotierenden Bauteilen aufgebaut. Die feststehenden Bauteile sind: der Gehäusemantel, das Rotorgehäuse, das in Heißgas- und Kaltgasgehäuse aufgeteilt ist, sowie die Zu- und Ableitungen zur Führung der gasförmigen Fluide. Die rotierenden Bauteile werden durch den Zellrotor selbst und gegebenenfalls durch einen Elektromotor zum Antrieb des Zellrotors gebildet.
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Aus der
DE 10 2006 020 522 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Frischluft durch einen Druckwellenlader komprimiert wird, wobei mindestens ein Betriebsparameter des Druckwellenladers abhängig von mindestens einer Ist-Betriebsgröße der Brennkraftmaschine gesteuert oder geregelt wird.
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Durch die Anpassung des Betriebes des Druckwellenladers an den Ist-Betriebszustand der Brennkraftmaschine werden Pumpverluste der Brennkraftmaschine minimiert. Auch kann auf diese Weise das Ansprechverhalten des Druckwellenladers verbessert werden und es können die Bedingungen für eine Abgasnachbehandlung optimiert werden. Ein zu steuernder oder zu regelnder Betriebsparameter des Druckwellenladers ist beispielsweise der Gehäuseversatz.
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Für den Serieneinsatz eines Druckwellenladers, beispielsweise an einer Verbrennungskraftmaschine im Kraftfahrzeugbereich, gelten hohe Anforderungen an die Einsatzbedingungen sowie die Lebensdauererwartung. Hier ist es beispielsweise vorstellbar, dass der Druckwellenlader bei –20°C und bei +50°C Außentemperatur und über einen Lebenszyklus von mehreren Jahren hinweg einwandfrei funktionieren muss. Auch die Abgastemperaturen von 900°C und höher wirken sich negativ auf die Langlebigkeit und die einwandfreie Funktion des Druckwellenladers aus.
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Das Betriebsverhalten von aktuell bekannten Druckwellenladern, gerade im Zusammenhang mit Abgasanlagensystemen, zeigt eine starke Abhängigkeit gegenüber dem Druckverhältnis zwischen dem Ansaugkanal für Frischluft und dem Auslasskanal des Abgases. Ursächlich hierfür ist, dass für die ideale Druckwellenprozessführung eine möglichst ideal einhundert prozentige Spülung des Zellrotors nicht ausreichend stattfindet. Die Zellrotorfüllung wird somit im Betrieb des Druckwellenladers nie ideal ausgeführt. Der sich einstellende Druckverlust ist durch das Ansaug- und das Abgassystem des Motors bestimmt. Kommt der Druckwellenlader in einen Betriebsbereich mit maximalem Massenstrom, ist eine weitere Durchsatzerhöhung durch einen steigenden Druckverlust der Abgasanlage beschränkt.
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Weiterhin ist beispielsweise aus der
DE 30 40 648 A1 eine Druckwellenladeranordnung bekannt, bei der als Regelelement eine Steuerscheibe eingesetzt wird. Durch Verdrehen der Steuerscheibe wird die Größe von Ein- und Auslasskanälen zum Betreiben von Druckwellenladeranordnungen geregelt. In der Folge von ungleichmäßigen Bauteilerwärmungen, insbesondere im Bereich von heißgasführenden Bauteilen und Bauteilen, die einer direkten Einströmung der Außenluft unterliegen, entsteht ein asymmetrischer Verzug und eine von einander verschiedene Wärmeausdehnung der einzelnen Materialien. Dies wirkt sich zum einen bei großen Spaltmaßen negativ auf den Wirkungsgrad des Druckwellenladers aus, zum anderen bei geringen Spaltmaßen, auf Grund von Reibungsverlusten, negativ auf die Langlebigkeit des Druckwellenladers.
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Aus der
EP 0 210 328 A1 ist ein Hochdruckabgaskanal eines Druckwellenladers bekannt, bei dem in einem Bereich eine Abzweigung eines Gastaschenzuströmkanals ein Drehschieber gelagert ist, dessen Winkellage in Abhängigkeit von einer oder mehreren für den Druckwellenprozess und gegebenenfalls von für den Motorarbeitsprozess oder dem Motorbetriebszustand typischen Größen schrittweise oder stufenlos steuerbar ist. Der Drehschieber verschließt je nach Betriebsszustand den Hochdruckabgaskanal und den Gastaschenzuströmkanal ganz oder teilweise und leitet somit das durch den Kanal 3 des Druckwellenladers strömende Abgas den Zellen des Zellrotors zu. Der Drehschieber und die Wandungen des Hochdurckabgaskanals sind voneinander realtivbewegliche seperate Bauteile, die unterschiedlichen Temperaturausdehnungen unterliegen, weshalb das bis zu mehr als 900°C heiße Abgas hier dazu führen kann, dass beide Teile sich unabhängig voneinander ausdehnen und es somit zu Gasleckagen oder aber einem Verklemmen des Drehschiebers kommen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ausgehend vom Stand der Technik bekannte Druckwellenladeranordnungen dahingehend zu verbessern, dass sie über ein breites Betriebsspektrum regelbar und steuerbar sind, wobei ein Regelelement unanfällig gegenüber thermischen Ausdehnungen beim Betrieb des Druckwellenladers ist.
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Die vorliegende Erfindung wird mit einer Druckwellenladeranordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung wird weiterhin mit einem Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 10 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Druckwellenlader einen Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, einen Kanal 2 zum Abfüllen der komprimierten Frischluft, einen Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und einen Kanal 4 zum Abführen von Abgas sowie ein Heißgasgehäuse und ein Kaltgasgehäuse und ein dazwischen angeordnetes Zellrotorgehäuse mit Zellrotor aufweist und in dem Heißgasgehäuse eine Steuerwalze angeordnet ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwalze mehrteilig aus mindestens zwei Walzenkörpern ausgebildet ist und die Walzenkörper in Längsrichtung der Steuerwalze unterteilt sind.
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Die Heißgasgehäuseseite ist bei einem erfindungsgemäßen Druckwellenlader insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal 3 und der Kanal 4 im Bereich des Heißgasgehäuses verlaufen. Die Steuerwalze befindet sich dabei entweder vollständig im Heißgasgehäuse integriert oder aber in einem Zwischenbereich zwischen dem Heißgasgehäuse und dem Zellrotorgehäuse, wobei der maßgeblich aufnehmende Gehäuseteil der Steuerwalze das Heißgasgehäuse ist.
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Die erfindungsgemäße Steuerwalze ist mehrteilig aus mindestens zwei Walzenkörpern ausgebildet. Unter mehrteilig ist im Rahmen der Erfindung maßgeblich zu verstehen, dass in Längsrichtung der Steuerwalze eine Unterteilung in mindestens zwei Walzenkörper vorgesehen ist. Diese Unterteilung kann in einem Aufteilungsverhältnis in Richtung der Längsachse im Rahmen von 50:50, aber auch 60:40, 70:30, 80:20 oder in beliebigen Mischformen zwischen den vorgenannten Intervallen ausgebildet sein. Insbesondere kann auf Grund der mindestens zweiteiligen Ausführung das unterschiedliche Verzugsverhalten auf Grund verschiedener Abgastemperaturen kompensiert werden. Denn beispielsweise ist im Kanal 3 direkt hinter Auslass Verbrennungsmotor eine Temperatur mit deutlich über 600°C vorhanden, so kann hierzu im Kanal 4 bereits eine Temperaturdifferenz von 100°C bis 450°C oder mehr, vorherrschen. In der Folge stellt sich bei den metallischen Bauteilen eine unterschiedlich starke Wärmeausdehnung ein, die durch die Mehrteiligkeit derart kompensiert wird, dass an der Kopplung der beiden Bauteile eine Längenausdehnung als Kompensation stattfindet oder entsprechende Winkelfehler bzw. Zylinderschiefstellungen der im Heißgehäuse befindlichen Bohrung zu kompensieren.
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Mit der Druckwellenladeranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hohe Effizienz eines Druckwellenladers bei relativ großer Spreizung des Motordrehzahlbandes genutzt werden. Über die Steuerwalze als Regelelement wird der Abgasmassenstrom aufgeteilt. Der gesamte Aufladeprozess des Druckwellenladers benötigt einen Drehwinkel von weniger als 180°, weshalb pro Zellrotorumdrehung zwei vollständige Zyklen durchlaufen werden. Der Abgasmassenstrom wird somit zweiflutig verteilt und symmetrisch dem Zellrotor zugeführt. Als Regelelement wird die Steuerwalze mit Zuführ- und Abführkanälen versehen und führt eine Rotationsbewegung aus, um die Größe der Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle des Druckwellenladers selbst zu beeinflussen.
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Insbesondere kann eine mehrteilige Steuerwalze zur Einleitung der Abgasmassenstromverteilung in einem erfindungsgemäßen Druckwellenlader angeordnet werden. Die Steuerwalze selber ist dabei bevorzugt als Hohlzylinder ausgebildet und mit Durchtrittsöffnungen versehen, wobei die Durchtrittsöffnungen in Verbindung mit einer Verdrehung die einzelnen Regelaufgaben übernehmen. Insbesondere ist die Steuerwalze an der Ladedruckerzeugung beteiligt. Sie regelt die Anhebung des Druckniveaus in den Rotorzellen hinter dem Ladedruckprozess. Optional kann die Steuerwalze eine Bypassregelung von Kanal 3 direkt in Kanal 4 unter zumindest teilweiser Umgehung des Druckwellenladers enthalten.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Steuerwalze als zylinderförmiges Hohlbauteil ausgebildet. Hierbei kann die Zylinderform über ihren gesamten Verlauf einen konstanten Durchmesser aufweisen, sie kann jedoch auch leicht changieren, so dass sich ein kegelstumpfförmiges Hohlbauteil ergibt.
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Insbesondere kommen hierbei metallische Werkstoffe zum Einsatz, insbesondere Stahlwerkstoffe. Bevorzugt ist die Steuerwalze oder im Falle einer mehrteiligen Steuerwalze, sind die einzelnen Walzenkörper als Gussbauteile ausgebildet. Der eingesetzte Werkstoff für das Hohlbauteil muss Temperaturen von mehr als 600°C standhalten. Die thermische Ausdehnung des Bauteils selber ist dabei erfindungsgemäß optimal auf das umliegende Heißgasgehäuse angepasst. Das Hohlbauteil ist dabei ebenfalls optimal auf die thermische Ausdehnung des Heißgasgehäuses bzw. des Zellrotorgehäuses abgestimmt. Entstehende Spaltmaße und Spaltmaßtoleranzen zwischen der Steuerwalze und dem umgebenden Gehäuse sind daher bereits im Ruhezustand minimiert und werden im Betriebszustand klein gehalten, so dass stets ein hoher Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Druckwellenladers trotz zusätzlichem Regelelement sichergestellt ist.
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Auch kann auf Grund der Mehrteiligkeit jeder einzelne Walzenkörper aus voneinander verschiedenem Werkstoff ausgebildet sein, der an die jeweiligen thermischen Anforderungen optimal angepasst ist. Ebenfalls kann eine thermische Entkoppelung zwischen den Walzenkörpern ausgebildet sein, so dass eine Wärmeleitung weitestgehend verhindert ist. In der Folge können die jeweiligen Spaltmaße zwischen Walzenkörper und dem den Walzenkörper umgebenden Gehäuse derart minimiert werden, dass Strömungsverluste bzw. dass Blow-by-verhalten weitestgehend ausgeräumt ist.
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Insbesondere sind die einzelnen Walzkörper einer mehrteiligen Steuerwalze formschlüssig miteinander drehbar gekoppelt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine Steuerungseinheit für eine Druckwellenladeranordnung bereitzustellen, die kostengünstig produzierbar ist und gleichzeitig eine komplexe Steuerungsmöglichkeit für eine Druckwellenladeranordnung bereitstellt. Während des Zusammenbaus bzw. der Komplettierung der erfindungsgemäßen Druckwellenladeranordnung können die zwei Walzenkörper durch bloßes ineinander stecken drehbar gelagert sein. An den Koppelungspunkten können die Walzenkörper zusätzlich Beschichtungen aufweisen, beispielsweise in Form einer Keramik oder anderen hitzebeständigen Beschichtung, so dass die Drehbarkeit während des gesamten Lebensdauerzyklus der erfindungsgemäßen Druckwellenladeranordnung sichergestellt ist.
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Weiterhin bevorzugt weist die Steuerwalze mindestens einen Einlasskanal und mindestens einen Auslasskanal auf, bzw. Einlassöffnung und Auslassöffnung. Hierbei ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass das Abgas durch den Einlasskanal in den hohlen Walzenkörper eintritt und durch den Auslasskanal wieder austritt. Die Strömungsrichtung kann beispielsweise hier von dem Einlasskanal über den Auslasskanal in den Zellrotor oder aber von dem Zellrotor über den Einlasskanal in den Auslasskanal und mithin in den Abgastrakt ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich den Einlasskanal und den Auslasskanal, insbesondere in Kanal 3 und/oder Kanal 4 jeweils strömungstechnisch derart anzupassen, dass er eine optimale Querschnittsöffnung und Querschnittsgeometrie für den Druckwellenlader und die im Betriebsverhalten des Druckwellenladers auftretenden Strömungsverhältnisse aufweist.
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Vorzugsweise ist dabei die Steuerwalze selbst im Bereich von Kanal 3 und Kanal 4 des Druckwellenladers angeordnet. Es erfolgt somit eine Steuerung des eintretenden Abgases in den Zellrotor sowie des austretenden Abgases aus dem Zellrotor. Ebenfalls kann diese Steuerung getrennt von einander ausgeführt werden, für den Fall, dass mindestens zwei Walzenkörper vorgesehen sind. In der Folge kann der Druckwellenlader optimal angesteuert werden und die Wirkungsgraderhöhung für die Verbrennungskraftmaschine wird maximiert.
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Insbesondere ist die Steuerwalze erfindungsgemäß so in der Druckwellenladeranordnung angeordnet, dass eine Drehachse, um die die Steuerwalze rotiert in einem Winkel zwischen 70° und 110°, insbesondere 90°, zur Rotationsachse des Zellrotors orientiert verläuft. Hierdurch erfolgt die Möglichkeit der Regelung der Druckwellenladeranströmung, bei gleichzeitig geringem Bauraumabmaß der gesamten Druckwellenladeranordnung. Dies ist insbesondere beim Einsatz in Mittelklassewagen oder Kleinwagen von Vorteil, da hier nur wenig Bauraum für die Antriebseinheit zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil ist, dass nur ein kleiner Verstellweg durch Rotation notwendig ist, um die jeweiligen Kanalöffnungen den entsprechenden Anforderungen anzupassen.
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Weiterhin besonders bevorzugt weist die Steuerwalze ein Stützelement auf, wobei das Stützelement formschlüssig mit dem Heißgasgehäuse und/oder dem Zellrotorgehäuse in Eingriff bringbar ist.
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Das Stützelement an der Steuerwalze wird vorzugsweise zwischen den Walzenkörpern im Falle einer mehrteiligen Steuerwalze positioniert. Ebenfalls kann das Stützelement aus einem Gussmaterial sein, oder aber auch aus einem metallischen oder aber nicht metallischen Werkstoff. Das Stützelement kann beispielsweise auch beschichtet sein, so dass das Stützelement als Lagerung der Steuerwalze dient, wobei die Steuerwalze oder aber die Walzenkörper um das Stützelement oder aber mit dem Stützelement rotierbar ausgebildet sind. Hierzu kann das Stützelement beispielsweise mit dem Walzenkörper selber thermisch gefügt sein oder aber an der Druckwellenladeranordnung, insbesondere am Heißgasgehäuse oder am Zellrotorgehäuse thermisch gefügt sein. Das Stützelement selbst kann jedoch auch beispielsweise nur formschlüssig mit der Steuerwalze und mit dem Heißgasgehäuse gekoppelt sein.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist die Steuerwalze mit mindestens einem Stellaktuator einstellbar, vorzugsweise mit einem elektrischen Stellaktuator. Mit dem Stellaktuator wird je nach Betriebsanforderung des Verbrennungsmotors und somit nach Anforderung an den Druckwellenlader die erforderliche Steuerwalzenstellung eingestellt. Besonders bevorzugt erfolgt dies bei einem elektrischen Stellaktuator, im Falle einer komplexen und sensiblen geforderten Ansteuerung so, dass hier eine schnelle und reaktionsnahe Fahrdynamik durch die Verbrennungskraftmaschine sichergestellt ist.
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Im Falle von trägeren Ansprechverhalten, beispielsweise im Einsatz bei Nutzkraftfahrzeugen oder aber Schiffsmotoren, stationär betriebenen Verbrennungskraftmaschinen oder ähnlichen, ist eine mechanische Ansteuerung sinnvoll, da diese besonders fehlerunanfällig und wartungsarm ist. Beispielsweise kann eine Ansteuerung hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Im Falle von Hydraulik kann auch beispielsweise Flüssigmetall als Hydraulikmedium eingesetzt werden. Insbesondere können im Falle von einer mehrteiligen Steuerwalze die einzelnen Walzenkörper separat von einander angesteuert werden. Beispielsweise kann dies über eine kinematische Koppelung erfolgen oder aber über einen Stellaktuator, der jeweils einem Walzenkörper alleine zugeteilt ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung mit mindestens einem der Merkmale gemäß der vorangegangenen Ausführungen. Erfindungsgemäß wird das Verfahren dadurch ausgeführt, dass die Steuerwalze in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Druckwellenladers geregelt und gesteuert wird. Hierbei kann im Rahmen der Erfindung eine Vorregelung, eine Simultanregelung oder aber eine Nachregelung ausgeführt werden. Im Falle der Vorregelung wird der zu erwartende Betriebspunkt des Verbrennungsmotors errechnet bzw. vorgegeben und der Druckwellenlader bzw. die Druckwellenladersteuerung wird hierauf eingestellt. Im Falle der Simultanregelung erfolgt eine Einstellung der Steuerwalze zur Regelung des Betriebszustandes des Druckwellenladers gleichzeitig mit der Einnahme des Betriebspunktes durch den Verbrennungsmotor. Im Falle einer Nachregelung folgt die Regelung und Steuerung zum Betreiben der Druckwellenladeranordnung jeweils dem Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors.
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Insbesondere kann die Steuerwalze bei einer Lastzunahme und/oder einer Drehzahlzunahme der Verbrennungskraftmaschine in eine Beschleunigungsstellung verstellt werden, so dass der Zellrotor durch die Gasströmung beschleunigt wird.
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Weiterhin wird vorzugsweise bei einer Drehzahlabnahme und/oder Lastabnahme der Verbrennungskraftmaschine die Steuerwalze in eine Bremsstellung verstellt, so dass der Zellrotor gebremst wird.
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Es ist weiterhin Bestandteil der vorliegenden Erfindung die zuvor genannten Merkmale einzeln oder zusammenhängend beliebig für eine Druckwellenladeranordnung zu kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind bereits in den einzelnen Vorteilen zuvor und werden nachfolgend genannt bzw. ergeben sich aus logischer Kombination dieser.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Druckwellenladeranordnung;
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2 ein Heißgasgehäuse mit Steuerwalze als Schnittdarstellung;
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3 eine zweiteilige Steuerwalze in perspektivischer Ansicht;
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4 die zweiteilige Steuerwalze in Schnittdarstellung und
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5 die Steuerwalze in einer Draufsicht.
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In der Beschreibung werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung, wobei der Druckwellenlader D einen Kanal 1 [1], einen Kanal 2 [2], einen Kanal 3 [3] und einen Kanal 4 [4] aufweist. Durch den Kanal 1 [1] strömt Frischluft 5 in die Zellen 6 des Zellrotors 7 ein. In den Zellen 6 selber wird die Frischluft 5 komprimiert und strömt als komprimierte Frischluft 8 durch den Kanal 2 [2] zu einer hier nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine. Ferner verfügt die Druckwellenladeranordnung über ein auf die Bildebene bezogen links angeordnetes Heißgasgehäuse H und rechts angeordnetes Kaltgasgehäuse K. Während des Ladungswechselvorganges in der Verbrennungskraftmaschine wird durch den Verbrennungstakt produziertes Abgas 9 in den Kanal 3 [3] entlassen und strömt über den Kanal 3 [3] respektive einen Kanal 3' [3'] in die Zellen 6 des Zellrotors 7 ein und komprimiert die durch den Kanal 1 [1] zugeführte Frischluft 5.
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Der Kanal 3' [3'] weist dazu noch ein Ventil 10 auf, so dass er bei Bedarf als Kanal 3' [3'] zugeschaltet werden kann. Insbesondere wird der Kanal 3' [3'] zum direkten Überführen von Frischluft 5 aus Kanal 2 [2] genutzt. Kanal 3' [3'] kann aber auch andere Funktionen aufweisen, so kann er beispielsweise ebenfalls dicht an den Auslass an einer hier nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine angeschlossen sein. Weiterhin ist der Kanal 4 [4] dargestellt, aus dem das Abgas 9 nach Verdichtung der Frischluft 5 und ausströmender Frischluft 5 in den Kanal 2 [2] über den Kanal 4 [4] ausströmt und einem, hier nicht näher dargestellten, Abgasabführungssystem zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist im Kanal 4 [4] und im Kanal 3 [3] eine Steuerwalze 11 angeordnet, wobei die Steuerwalze 11 hier durch zwei Walzenkörper 12, 14 ausgebildet ist. Ein erster Walzenkörper 12 ist dabei im Bereich von Kanal 3 [3] auf der Heißgasgehäuseseite angeordnet. Der Walzenkörper 12 steuert gleichzeitig auch den Kanal 3' [3']. Zusätzlich sorgt das Ventil 10 für einen gewünschten Blow-by oder aber eine andere individuell zuschaltbare Abgasführung. Der erste Walzenkörper 12 ist an einen ersten Stellaktuator 13 angeschlossen, der den ersten Walzenkörper 12 unabhängig von einem zweiten Walzenkörper 14 steuert. An den zweiten Walzenkörper 14, der im Bereich von Kanal 4 [4] angeordnet ist, ist ein zweiter Stellaktuator 15 gekoppelt, der wiederum unabhängig vom ersten Walzenkörper 12 den zweiten Walzenkörper 14 regeln und steuern kann.
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Weiterhin ist in 1 dargestellt, eine Rotationsachse R7 des Zellrotors 7, und eine Rotationsachse bzw. Drehachse R11 der Steuerwalze 11. Die Rotationsachse R11 ist dabei in einem Winkel von im wesentlichen 90° zur Rotationsachse R7 des Zellrotors 7 orientiert.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße perspektivische Schnittansicht des Heißgasgehäuses H mit integrierter zweiteiliger Steuerwalze 11. Die Heißgasgehäuseseite der Druckwellenladeranordnung verfügt dabei über einen Flansch 16, der mit dem hier nicht näher dargestellten Zellrotorgehäuse gekoppelt wird. In dem Flansch 16 selber sind Strömungskanäle 17 ausgebildet, zum Einströmen bzw. Ausströmen von Abgas in den hier nicht näher dargestellten Zellrotor. Die Strömungskanäle 17 selber bilden dabei im Heißgasgehäuse H einen Teil des jeweiligen Kanals 3 [3] bzw. Kanals 4 [4].
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Die Steuerwalze 11 weist weiterhin im Bereich des Kanals 3 [3], hier dargestellt, eine Einlassöffnung 18 und im Bereich des Kanals 4 [4] eine Auslassöffnung 19 auf. Hierdurch tritt ein von einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine ausströmendes Abgas durch die Einlassöffnung 18 in den Innenraum I1 des ersten Walzenkörpers 12 ein und von hieraus durch eine nicht näher dargestellte Auslassöffnung in den Kanal 3 [3] bzw. in den Zellrotor. Das aus dem Zellrotor kommende Abgas tritt durch eine hier nicht näher dargestellte Eintrittsöffnung in den Innenraum I2 von dem zweiten Walzenkörper 14 ein und durch die Auslassöffnung 19 weiter in den Kanal 4 [4] zu einer hier nicht näher dargestellten Abgasnachbehandlungseinheit. Der erste und der zweite Walzenkörper 12, 14 sind in der Mitte der Steuerwalze 11 formschlüssig ineinander greifend miteinander gekoppelt. Weiterhin ist ein Stützelement 21 angeordnet, dass den Walzenkörper 12, 14 gegen axiale Verschiebung formschlüssig in Position hält. Der erste und der zweite Walzenkörper 12, 14 weisen hier weiterhin jeweils einen Deckel 22 auf, an dem ein hier nicht näher dargestellter Aktuator angeschlossen werden kann. Durch den jeweils zweikomponentigen Aufbau eines Walzenkörpers 12, 14 mit Deckel entstehen fertigungstechnische Vorteile.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Steuerwalze 11 in einer perspektivischen Ansicht. Zu erkennen ist bei dem ersten Walzenkörper 12, dass hier eine Einlassöffnung 18 und eine Auslassöffnung 19 vorhanden ist zur Durchleitung der Gasströmung im Kanal 3 [3]. Der Innenraum I1 des Walzenkörpers 12 selber wird hierdurch vom Gasstrom erfasst. Zusätzlich befindet sich eine Bypassöffnung 23 auf dem Walzenkörper 12, so dass gegebenenfalls die Steuerwalze 11 in eine entsprechende Bypassstellung gedreht werden kann. Hierbei würde das Gas direkt überführt werden und in diesem Falle durch einen in 1 dargestellten Bypassraum 24 in die Bypassöffnung 23 des zweiten Walzenkörpers 14 überführt werden. Ebenfalls sind hier eine Einlassöffnung 18 und eine Auslassöffnung 19 vorhanden, zur Durchleitung der Gasströmung im Kanal 4 [4]. Weiterhin dargestellt sind diverse Schleifbahnen 25, die die Steuerwalze 11 zum einen im hier nicht näher dargestellten Heißgasgehäuse führen und zum anderen eine Dichtfunktion wahrnehmen. Ebenfalls dargestellt sind Montageöffnungen 26 zur Koppelung mit hier nicht näher dargestellten Stellaktuatoren und/oder Lagerungen und/oder Abdichtungen.
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4 zeigt eine weitere perspektivische Schnittansicht nur der Steuerwalze 11. Hierbei ist gut zu erkennen, dass die Deckel 22 mittels Formschluss in dem jeweiligen Walzenkörper 12, 14 eine Begrenzung des Innenraumes I1, I2 mit darstellen. Der Formschluss kann hier beispielsweise durch eine thermische Fügenaht 27 oder aber auch durch ein Kleben oder einen Presssitz zusätzlich verstärkt werden.
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5 zeigt eine weitere Draufsicht der erfindungsgemäßen Steuerwalze 11, wobei hier noch einmal bei einer Auslassöffnung 19 ein Winkelverlauf dargestellt ist, mit einem Winkel α, der jeweils an die optimalen Steuerzeiten des Walzenkörpers 12, 14 angepasst ist. Ebenfalls ist das Stützelement 21 hier halbkreisförmig ausgebildet, wobei das Stützelement 21 selbst ebenfalls über eine Schleifbahn 28 verfügt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kanal 1
- 2
- Kanal 2
- 3
- Kanal 3
- 3'
- Kanal 3'
- 4
- Kanal 4
- 5
- Frischluft
- 6
- Zellen
- 7
- Zellrotor
- 8
- komprimierte Frischluft
- 9
- Abgas
- 10
- Ventil
- 11
- Steuerwalze
- 12
- erster Walzenkörper
- 13
- erster Stellaktuator
- 14
- zweiter Walzenkörper
- 15
- zweiter Stellaktuator
- 16
- Flansch
- 17
- Strömungskanäle
- 18
- Einlassöffnung
- 19
- Auslassöffnung
- 20
- Mitte
- 21
- Stützelement
- 22
- Deckel
- 23
- Bypassöffnung
- 24
- Bypassraum
- 25
- Schleifbahn
- 26
- Montageöffnung
- 27
- Fügenaht
- 28
- Schleifbahn zu 21
- D
- Druckwellenlader
- H
- Heißgasgehäuse
- K
- Kaltgasgehäuse
- R7
- Rotationsachse
- R11
- Rotationsachse
- α
- Winkel
- I1
- Innenraum zu 12
- I2
- Innenraum zu 14
