DE102011109604A1

DE102011109604A1 - Pressure wave machine e.g. pressure wave supercharger for compressing air for internal combustion engine for vehicle, has wall portion having primary length portion and secondary length portion set back in circumferential direction

Info

Publication number: DE102011109604A1
Application number: DE201110109604
Authority: DE
Inventors: Alexander Müller
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-07

Abstract

The pressure wave machine (10) has several cells (18) having a rotor (20) and control element rotatable about a rotational axis. The control element has passage opening through which the gas flowing out of the cells is discharged and is limited in the circumferential direction by wall portion of the control element. The wall portion has a primary length portion and the secondary length portion which is opposite to the primary length portion set back in the circumferential direction. The primary length portion and the secondary length portion are formed in step-shape.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckwellenmaschine, insbesondere einen Druckwellenlader, zur Verdichtung von Luft für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a pressure wave machine, in particular a pressure wave supercharger, for the compression of air for an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

In der motortechnischen Zeitschrift (MTZ), Ausgabe MTZ 12/2006, Jahrgang 67, Seiten 946 bis 954 , ist ein Druckwellenlader beschrieben, welcher lange, dünne Kanäle, so genannte Zellen, aufweist. In diesen Zellen wird Frischluft von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine verdichtet, indem Druckenergie von dem Abgas an die Frischluft übertragen wird. Dabei wird das physikalische Prinzip genutzt, dass der Druckausgleich schneller stattfindet als die Vermischung des Abgases und der Frischluft.In the motor technical magazine (MTZ), issue MTZ 12/2006, year 67, pages 946 to 954 , a pressure wave charger is described, which has long, thin channels, called cells. In these cells, fresh air from exhaust gas of an internal combustion engine is compressed by transferring pressure energy from the exhaust gas to the fresh air. The physical principle is used that the pressure equalization takes place faster than the mixing of the exhaust gas and the fresh air.

Die DE 10 2009 041 125 A1 offenbart eine gasdynamische Druckwellenmaschine zur Verdichtung von Ladeluft einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Rotorgehäuse, in welchem ein Zellen aufweisender Rotor angeordnet ist. Die Druckwellenmaschine umfasst ein auf einem Ende des Rotorgehäuses angeordnetes Kaltgasgehäuse, durch welches Ansaugluft und/verdichtete Luft strömen. Ferner umfasst die Druckwellenmaschine ein an einem anderen Ende des Rotorgehäuses angeordnetes Heißgasgehäuse, durch welches Abgas der Verbrennungskraftmaschine geführt wird. Im Kaltgasgehäuse ist eine Steuerscheibe angeordnet, welche über ein Axiallager gegenüber dem Rotor abgestützt ist. Der Rotor stützt sich über ein axiales Anschlagelement in Axialrichtung an dem Kaltgasgehäuse ab. Es ist ein sich an dem Kaltgasgehäuse abstützendes Federelement vorgesehen, das die Steuerscheibe in Richtung des Rotors drängt.The DE 10 2009 041 125 A1 discloses a gas-dynamic pressure wave machine for the compression of charge air of an internal combustion engine with a rotor housing, in which a cell having rotor is arranged. The pressure wave machine comprises a cold gas housing arranged on one end of the rotor housing, through which intake air and / compressed air flow. Further, the pressure wave machine comprises a arranged at another end of the rotor housing hot gas housing through which exhaust gas of the internal combustion engine is guided. In the cold gas housing, a control disk is arranged, which is supported via a thrust bearing relative to the rotor. The rotor is supported on the cold gas housing via an axial stop element in the axial direction. It is provided on the cold gas housing supporting spring element which urges the control disk in the direction of the rotor.

In die Zellen des Rotors tritt heißes Abgas der Verbrennungskraftmaschine ein und komprimiert dort die über eine Ansaugleitung angesaugte kalte Luft. Nach dem Verdichten der Luft tritt das Abgas wieder aus dem Rotor aus. Die Steuerscheibe ist im Kaltgasgehäuse angeordnet und kann über einen Verstellbereich verstellt werden. Eine aus der Verstellung resultierende Steuerkantenverschiebung ermöglicht unterschiedliche Füllgrade und somit unterschiedliche Betriebszustände der Druckwellenmaschine. Die Steuerscheibe weist hierzu mehrere Öffnungen auf, durch welche Luft entweder angesaugt wird oder abgegeben wird.Hot exhaust gas from the internal combustion engine enters the cells of the rotor and compresses the cold air sucked in via a suction line. After compressing the air, the exhaust gas exits the rotor again. The control disk is arranged in the cold gas housing and can be adjusted over an adjustment range. A resulting from the adjustment control edge shift allows different Füllgrade and thus different operating conditions of the pressure wave machine. The control disk has for this purpose a plurality of openings through which air is either sucked or discharged.

Es hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Druckwellenmaschine mit einer Steuerscheibe ggf. nur ein unerwünscht geringer Teil des zur Verfügung stehenden Abgasmassenstroms insbesondere thermodynamisch zum mindest im Wesentlichen optimal genutzt werden kann, um die Luft zu verdichten. Daraus resultiert ein nur wenig effizienter Betrieb der Druckwellenmaschine.It has been found that in such a pressure wave machine with a control disk, if necessary, only an undesirably small part of the available exhaust gas mass flow can be utilized, in particular thermodynamically, to at least substantially optimal, in order to compress the air. This results in a little efficient operation of the pressure wave machine.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckwellenmaschine, insbesondere einen Druckwellenlader, der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein effizienterer Betrieb der Druckwellenmaschinen ermöglicht ist.It is therefore an object of the present invention, a pressure wave machine, in particular a pressure wave supercharger, of the type mentioned in such a way that a more efficient operation of the pressure wave machines is possible.

Diese Aufgabe wird durch eine Druckwellenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a pressure wave machine having the features of patent claim 7. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Eine solche Druckwellenmaschine, insbesondere ein solcher Druckwellenlader, zur Verdichtung von Luft für eine Verbrennungskraftmaschine insbesondere eines Kraftwagens umfasst einen um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor, der eine Mehrzahl von Zellen aufweist. Die Druckwellenmaschine umfasst ferner wenigstens ein um die Drehachse drehbares Steuerelement, welches wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist. Über die Durchgangsöffnung ist ein die Druckwellenmaschine zumindest bereichsweise durchströmendes Gas aus den Zellen abführbar. Die Durchgangsöffnung ist in Umfangsrichtung des Steuerelements durch wenigstens einen ersten Wandungsbereich des Steuerelements begrenzt.Such a pressure wave machine, in particular such a pressure wave loader, for compressing air for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, comprises a rotor rotatably mounted about an axis of rotation and having a plurality of cells. The pressure wave machine further comprises at least one rotatable about the rotation axis control element, which has at least one passage opening. About the passage opening a pressure wave machine at least partially through-flowing gas from the cells can be discharged. The passage opening is bounded in the circumferential direction of the control by at least a first wall region of the control.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Wandungsbereich einen ersten Längenbereich sowie wenigstens einen sich an den ersten Längenbereich anschließenden zweiten Längenbereich aufweist, welcher gegenüber dem ersten Längenbereich in Umfangsrichtung zurückversetzt ist. Mit anderen Worten ist der erste Längenbereich bezogen auf den zweiten Längenbereich als zumindest im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung ausgebildet, der sich in Umfangsrichtung in die Durchgangsöffnung hineinerstreckt bzw. der sich in Umfangsrichtung im Vergleich zum zweiten Längenbereich weiter als der zweite Längenbereich in die Durchgangsöffnung hineinerstreckt.According to the invention, the first wall region has a first longitudinal region and at least one second longitudinal region which adjoins the first longitudinal region and which is recessed in the circumferential direction in relation to the first longitudinal region. In other words, the first length region is formed as an at least substantially circumferentially extending projection which extends circumferentially into the passage opening or which extends in the circumferential direction in the passage opening in the circumferential direction compared to the second length region ,

Diese Ausgestaltung des Wandungsbereichs führt bei einer Drehung des Rotors dazu, dass ein Teil der Zeilen zu einem anderen Zeitpunkt in Überdeckung mit der Durchgangsöffnung kommen als ein anderer Teil der Zellen. Dies führt wiederum dazu, dass dementsprechend das Abführen des Gases aus den zu dem ersten Längenbereich korrespondierenden Zellen zu einem anderen Zeitpunkt bzw. zu einer anderen Drehstellung des Rotors um die Drehachse erfolgen kann als aus den zu dem zweiten Längenbereich korrespondierenden Zellen.With a rotation of the rotor, this configuration of the wall region results in a part of the lines coming into register with the passage opening at a different time than another part of the cells. This in turn means that, accordingly, the discharge of the gas from the cells corresponding to the first length region can take place at a different point in time or at a different rotational position of the rotor about the axis of rotation than from the cells corresponding to the second longitudinal region.

Mit anderen Worten steuert die Durchgangsöffnung bzw. der Wandungsbereich das Ausströmen des Gases, insbesondere von verdichteter Luft (Frischluft). Der Grad bzw. die Stärker der Verdichtung der Luft hängt dabei davon ab, zu welchem Zeitpunkt die Luft aus den Zellen ausströmen kann. Die verdichtete Luft kann aus den Zellen ausströmen, wenn sie in Überdeckung mit der Durchgangsöffnung sind. Daraus ist es ersichtlich, dass die Verdichtung der Luft davon abhängt, warm, d. h. zu welchem Zeitpunkt bzw. zu welcher Drehstellung des Rotors, die Zellen in Überdeckung mit der Durchgangsöffnung sind.In other words, the passage opening or the wall area controls the outflow of the gas, in particular of compressed air (fresh air). The degree or the strength of the compression of the air depends on which Time the air can escape from the cells. The compressed air may flow out of the cells when they are in registry with the port. From this it can be seen that the compression of the air depends on warm, ie, at which time or at which rotational position of the rotor, the cells are in register with the passage opening.

Ein zu frühes Öffnen der Zellen (ein zu frühes in Überdeckung Kommen mit der Durchgangsöffnung) würde die Druckwelle eines die Luft (das Gas) verdichtenden Verdichtungsgases (zum Beispiel Abgas einer Verbrennungskraftmaschine) nicht in gewünschtem Maße zum Verdichten der Luft nutzen. Ein zu spätes Öffnen würde zum Einleiten einer Rückströmung und zur fortschreitenden Vermischung der Luft (des Gases) mit dem Verdichtungsgas führen. Die entsprechende Ausgestaltung des Wandungsbereichs kann diese Problematik vermeiden oder zumindest reduzieren. Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn die Längenbereiche derart ausgestaltet, insbesondere angeordnet, sind, dass die verdichtete Luft (Gas) kurz nach der Reflektion der Druckwelle die Zellen verlassen kann.Too early opening of the cells (too early in coincidence with the port) would not utilize the pressure wave of a compressed gas (eg, exhaust gas of an internal combustion engine) compressing the air (gas) to the desired extent for compressing the air. Too late opening would result in the introduction of backflow and progressive mixing of the air (gas) with the compression gas. The corresponding configuration of the wall region can avoid or at least reduce this problem. Accordingly, it is advantageous if the length regions are designed, in particular arranged, such that the compressed air (gas) can leave the cells shortly after the reflection of the pressure wave.

Dies bedeutet, dass durch die entsprechende Ausgestaltung des Wandungsbereichs unterschiedliche Zeitpunkte, das heißt ein jeweils unterschiedliches Timing für die Zellen geschaffen ist, wodurch insbesondere dem thermodynamischen Zustand des andererseits in die Zellen einströmenden und das Gas verdichtenden Verdichtungsgases Rechnung getragen werden kann. Mit anderen Worten kann die entsprechende Ausgestaltung des Wandungsbereichs an den thermodynamischen Zustand des Verdichtungsgases angepasst werden.This means that due to the corresponding configuration of the wall region, different points in time, that is to say a different timing for the cells, is created, whereby in particular the thermodynamic state of the compression gas flowing into the cells and compressing the gas can be taken into account. In other words, the corresponding configuration of the wall region can be adapted to the thermodynamic state of the compression gas.

Bei dem andererseits in die Zellen einströmenden Verdichtungsgas, mittels welchem das andererseits aus den Zeilen über die Durchgangsöffnung ausströmende Gas (Luft) verdichtet wird, handelt es sich insbesondere um Abgas der Verbrennungskraftmaschine, mittels welchem die der Verbrennungskraftmaschine zu zuführende Luft (das Gas) zu verdichten ist. So kann im Abgas enthaltene Energie genutzt werden, um die Luft zu verdichten. Daraus resultiert ein effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, was mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und geringen CO₂-Emmissionen einhergeht.On the other hand, in the compression gas flowing into the cells, by means of which the gas (air) flowing out of the lines via the passage opening is compressed, it is, in particular, exhaust gas of the internal combustion engine by means of which the air (the gas) to be supplied to the internal combustion engine is compressed is. Thus, energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air. This results in efficient operation of the internal combustion engine, which is associated with low fuel consumption and low CO ₂ emissions.

Die Zellen sind beispielsweise in jeweiligen Zellenreihen angeordnet. Eine solche Zellenreihe umfasst dabei eine Mehrzahl von fluidisch voneinander getrennten Zellen, welche in Umfangsrichtung des Rotors aneinander anschließen bzw. aufeinander folgen. Die Zellenreihen wiederum schließen in radialer Richtung des Rotors aneinander an bzw. folgen aufeinander. In den Zellenreihen wird die der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft mittels Abgas der Verbrennungskraftmaschine verdichtet. Dabei strömt die zu verdichtende Luft bezogen auf die axiale Richtung des Rotors auf einer ersten Seite des Rotors in die Zellenreihen unverdichtet hinein und verdichtet heraus, während das Abgas auf einer der ersten Seite abgewandten zweite Seite des Rotors in die Zellenreihen hinein- und herausströmt.The cells are arranged, for example, in respective cell rows. Such a cell row comprises a plurality of fluidically separated cells, which adjoin one another in the circumferential direction of the rotor or follow one another. The cell rows in turn connect to each other in the radial direction of the rotor or follow one another. In the cell rows, the air to be supplied to the internal combustion engine is compressed by means of exhaust gas of the internal combustion engine. In this case, the air to be compressed, relative to the axial direction of the rotor, flows uncompressed into the cell rows on a first side of the rotor and condenses out, while the exhaust gas flows in and out of the cell rows on a second side of the rotor remote from the first side.

Durch die entsprechende Ausgestaltung des Wandungsbereichs kann somit ein jeweiliges, zumindest im Wesentlichen optimales Timing für das Ausströmen der Luft für jede Zellenreihe eingestellt und realisiert werden, wodurch ein besonders großer Teil des Abgasmassenstroms zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Das Abgas weist in radialer Richtung von innen nach außen und somit für die jeweiligen Zellenreihe unterschiedliche thermodynamische Zustände auf, die insbesondere von den Einströmbedingungen auf der zweiten Seite abhängen. Die Ausgestaltung des Wandungsbereichs des auf der ersten Seite angeordneten Steuerelements kann auf diese unterschiedlichen thermodynamischen Zustände auf der zweiten Seite beim oder nach dem Hineinströmen (Befüllen) des Abgases in die Zellenreihen angepasst werden und so den unterschiedlichen thermodynamischen Zuständen Rechnung tragen.The corresponding configuration of the wall region thus makes it possible to set and realize a respective, at least substantially optimal timing for the outflow of air for each cell row, whereby a particularly large part of the exhaust gas mass flow can be used for compressing the air. The exhaust gas has different thermodynamic states in the radial direction from the inside to the outside and thus for the respective cell row, which depend in particular on the inflow conditions on the second side. The configuration of the wall region of the control element arranged on the first side can be adapted to these different thermodynamic states on the second side during or after the inflowing (filling) of the exhaust gas into the cell rows and thus take into account the different thermodynamic states.

Somit bietet sich die Möglichkeit, für Druckwellenmaschinen mit einem jeweiligen Rotor, der eine besonders hohe Anzahl an Zellenreihen aufweist, eine für zumindest im Wesentlichen jede der Zellenreihen zumindest im Wesentlichen optimale Auslegung des Wandungsbereichs zu realisieren und den Wandungsbereich auf unterschiedliche und den einzelnen Zellenreihen zugeordnete Randbedingungen insbesondere hinsichtlich der Temperatur und des Drucks des auf der zweiten Seite den Zellenreihen zu zuführenden Verdichtungsgases einzustellen und an die unterschiedlichen Randbedingungen anzupassen. Die Ausgestaltung des Wandungsbereichs mit den Längenbereichen kann dabei in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit der Druckwelle des Verdichtungsgases, insbesondere des Abgases, erfolgen, mit welcher die Druckwelle in die Zellen einströmt. Dabei hängt die Geschwindigkeit von der Temperatur und/oder dem Druck des Verdichtungsgases ab, so dass vorteilhafter Weise die Ausgestaltung des Wandungsbereichs insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder des Drucks des Verdichtungsgases, die beispielsweise beim Betrieb der Druckwellenmaschine vorwiegend vorherrschen, erfolgt.Thus, there is the possibility of realizing for pressure wave machines with a respective rotor, which has a particularly high number of rows of cells, for at least substantially each of the cell rows at least substantially optimal design of the wall area and the wall area on different and the individual cell rows associated boundary conditions in particular with regard to the temperature and the pressure of the cell to be supplied on the second side to be supplied compression gas and adapt to the different boundary conditions. The configuration of the wall region with the length ranges can be effected in dependence on a speed of the pressure wave of the compression gas, in particular of the exhaust gas, with which the pressure wave flows into the cells. The speed depends on the temperature and / or the pressure of the compression gas, so that advantageously the configuration of the wall region, in particular depending on the temperature and / or the pressure of the compression gas, which prevail predominantly, for example, during operation of the pressure wave machine, takes place.

Dabei sind die Eintrittstemperatur, mit der das Verdichtungsgas (Abgas) in die Zellen einströmt, und Wandtemperaturen von die Zellen begrenzenden Wandungsbereiche nicht homogen. Durch die entsprechende Ausgestaltung des Wandungsbereichs und die entsprechende Zurückversetzung des zweiten Längenbereichs gegenüber dem ersten Längenbereich kann dieser inhomogenen Temperaturverteilung Rechnung getragen werden, so dass der zur Verfügung stehende Abgasmassenstrom besonders effizient genutzt werden kann, um die der Verbrennungskraftmaschine zu zuführende Luft effizient zu verdichten.In this case, the inlet temperature, with which the compression gas (exhaust gas) flows into the cells, and wall temperatures of the cells bounding wall areas are not homogeneous. By the corresponding design of the wall area and the corresponding retraction of the second length range relative to the first length range, this inhomogeneous temperature distribution can be taken into account, so that the available exhaust gas mass flow can be used particularly efficiently to efficiently compress the air to be supplied to the internal combustion engine.

Die erfindungsgemäße Druckwellenmaschine weist somit einen besonders vorteilhaften Wirkungsgrad auf, insbesondere gegenüber einer Druckwellenmaschine ohne eine erfindungsgemäße zurückversetzte Ausgestaltung des Wandungsbereichs, was auch dem Ansprechverhalten der Druckwellenmaschine zugute kommt. So kann das so genannte Turboloch vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Ferner ist es möglich, die Temperatur des Verdichtungsgases, die herkömmlicherweise zur Darstellung eines befriedigenden Ansprechverhaltens der Druckwellenmaschine relativ hoch zu sein hat, gering zu halten, was sich wiederum positiv auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und damit auf geringe CO₂-Emmissionen der Verbrennungskraftmaschine auswirkt. Somit kann die erfindungsgemäße Druckwellenmaschine auch dazu genutzt werden, die Verbrennungskraftmaschine nach dem so genannten Downsizing-Prinzip auszugestalten, wobei die Verbrennungskraftmaschine ein relativ geringes Hubvolumen aufweist jedoch relativ hohe Drehmomente und Leistungen bereitstellen kann. Dadurch kann das Gewicht der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden, was wiederum vorteilhaft zur Darstellung eines niedrigen Kraftstoffverbrauchs ist.The pressure wave machine according to the invention thus has a particularly advantageous efficiency, in particular with respect to a pressure wave machine without a recessed configuration of the wall region according to the invention, which also benefits the response of the pressure wave machine. So the so-called turbo lag can be avoided or at least kept low. Further, it is possible to keep the temperature of the compression gas, which conventionally has to be relatively high for representing a satisfactory response of the pressure wave machine, low, which in turn has a positive effect on low fuel consumption and thus on low CO ₂ emissions of the internal combustion engine. Thus, the pressure wave machine according to the invention can also be used to design the internal combustion engine according to the so-called downsizing principle, wherein the internal combustion engine has a relatively low displacement but can provide relatively high torque and power. Thereby, the weight of the internal combustion engine can be kept low, which in turn is advantageous for representing a low fuel consumption.

Bei der erfindungsgemäßen Druckwellenmaschine kann vorgesehen sein, dass der erste Längenbereich und/oder der zweite Längenbereich zumindest im Wesentlichen gerade ausgebildet sind. So kann die Öffnungszeit über jeweilige Querschnitte der Zellen zumindest im Wesentlichen gleich sein. Dies kommt dem effizienten Betrieb der erfindungsgemäßen Druckwellenmaschine zugute.In the pressure wave machine according to the invention it can be provided that the first longitudinal region and / or the second longitudinal region are at least substantially straight. Thus, the opening time can be at least substantially the same across respective sections of the cells. This benefits the efficient operation of the pressure wave machine according to the invention.

Das Steuerelement ist beispielsweise als zumindest im Wesentlichen scheibenförmige Steuerscheibe ausgebildet, die beispielsweise auf einer Kaltgasseite (der ersten Seite) der Druckwellenmaschine angeordnet ist. Auf der Kaltgasseite strömt relative kalte und zu verdichtende Luft in die Zellen ein und entsprechend verdichtete Luft aus den Zellen aus.The control element is designed, for example, as an at least essentially disk-shaped control disk which is arranged, for example, on a cold gas side (the first side) of the pressure wave machine. On the cold gas side, relatively cold and compressed air flows into the cells and correspondingly compressed air flows out of the cells.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der erste Längenbereich und der zweite Längenbereich stufenförmig ausgebildet, wobei die Längenbereiche beispielsweise zumindest im Wesentlichen gerade ausgebildet sind. Dadurch kann das jeweilige Timing zum Ausführen des Gases aus den Zellen an die vorliegenden Randbedingungen angepasst werden.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the first longitudinal region and the second longitudinal region are step-shaped, wherein the longitudinal regions are, for example, at least substantially straight. This allows the respective timing for the execution of the gas from the cells to be adapted to the existing boundary conditions.

Wie bereits angedeutet ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass den Längenbereichen jeweilig die in radialer Richtung fluidisch voneinander getrennten Zellen bzw. Zellenreihen des Rotors zugeordnet sind. Dadurch kann für die Zellen einer jeden Zellenreihe das jeweilige zumindest im Wesentlichen optimale Timing eingestellt werden, zu der das Gas aus der jeweiligen Zellenreihe ausströmen kann. So kann der zur Verfügung stehende Abgasmassenstrom besonders effizient zur Verdichtung der Luft genutzt werden.As already indicated, it is advantageously provided that the cells or rows of cells of the rotor which are fluidically separated from each other in the radial direction are assigned to the longitudinal regions. As a result, the respective at least substantially optimal timing for which the gas can flow out of the respective cell row can be set for the cells of each cell row. Thus, the available exhaust gas mass flow can be used particularly efficiently for compressing the air.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schließt sich der zweite Längenbereich in radialer Richtung in Richtung der Drehachse an den ersten Längenbereich an. Mit anderen Worten ist der gegenüber dem ersten Längenbereich zurückversetzte zweite Längenbereich innenseitig und somit näher zur Drehachse angeordnet als der erste Längenbereich. Dadurch ist der Wandungsbereich mit den Längenbereichen besonders effizient und vorteilhaft an die insbesondere thermodynamischen Randbedingungen des Verdichtungsgases angepasst, da die Temperatur des Verdichtungsgases, insbesondere des Abgases, ausgehend von der Drehachse in radialer Richtung mit zunehmendem Radius (nach außen hin) abnimmt. Dadurch kann die Druckwellenmaschine besonders effizient betrieben werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the second length region adjoins the first length region in the radial direction in the direction of the axis of rotation. In other words, the second longitudinal region offset from the first longitudinal region is arranged on the inside and thus closer to the axis of rotation than the first longitudinal region. As a result, the wall region with the length regions is adapted particularly efficiently and advantageously to the particular thermodynamic boundary conditions of the compression gas, since the temperature of the compression gas, in particular of the exhaust gas, decreases starting from the axis of rotation in the radial direction with increasing radius (toward the outside). As a result, the pressure wave machine can be operated particularly efficiently.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist wenigstens ein sich an den zweiten Längenbereich anschließender dritter Längenbereich vorgesehen, welcher gegenüber dem zweiten Längenbereich in Umfangsrichtung zurückversetzt ist. Somit ist der Wandungsbereich besonders vorteilhaft an das geschilderte Temperaturprofil des Verdichtungsgases ausgehend von der Drehachse in radialer Richtung nach außen hin angepasst, was dem effizienten Betrieb der Druckwellenmaschine und damit dem geringen Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine zugute kommt.In a further advantageous embodiment, at least one adjoining the second longitudinal region third longitudinal region is provided, which is set back relative to the second longitudinal region in the circumferential direction. Thus, the wall region is particularly advantageous adapted to the described temperature profile of the compression gas, starting from the axis of rotation in the radial direction to the outside, which the efficient operation of the pressure wave machine and thus the low fuel consumption of the internal combustion engine benefits.

Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich der dritte Längenbereich in radialer Richtung in Richtung der Drehachse an den zweiten Längenbereich anschließt, wobei also der dritte Längenbereich in radialer Richtung innenseitig und näher an der Drehachse angeordnet ist als der zweite Längenbereich. Der zweite Längenbereich ist wiederum In radialer Richtung innenseitig und näher zur Drehachse angeordnet als der erste Längenbereich.This is the case in particular when the third longitudinal region adjoins the second longitudinal region in the radial direction in the direction of the axis of rotation, that is, the third longitudinal region is arranged in the radial direction on the inside and closer to the axis of rotation than the second longitudinal region. The second length range is in turn arranged in the radial direction on the inside and closer to the axis of rotation than the first length range.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Druckwellenmaschine wenigstens eine Expansionstasche, mittels welcher das verdichtete Gas (die verdichtete Luft) zumindest teilweise expandierbar ist, wobei die Expansionstasche eine zumindest im Wesentlichen zur Zurückversetzung der Längenbereiche des wenigstens einen Wandungsbereichs korrespondierende Zurückversetzung aufweist. Die Expansionstasche ist dabei analog zu der Durchgangsöffnung in Umfangsrichtung durch wenigstens einen weiteren Wandungsbereich der Druckwellenmaschine, welcher als Taschenwandungsbereich bezeichnet wird, begrenzt. Dabei weist der Taschenwandungsbereich einen vierten Längenbereich, welcher als erster Taschenlängenbereich bezeichnet wird, sowie wenigstens einen sich an den ersten Taschenlängenbereich anschließenden fünften Längenbereich auf, welcher als zweiter Taschenlängenbereich bezeichnet wird. Der zweite Taschenlängenbereich schließt sich somit an den ersten Taschenlängenbereich an.In a further advantageous embodiment of the invention, the pressure wave machine comprises at least one expansion pocket, by means of which the compressed gas (the compressed air) is at least partially expandable, wherein the expansion pocket has at least substantially back to offset the length of the at least one wall portion corresponding back offset. The expansion pocket is analogous to the passage opening in the circumferential direction by at least one further wall region of the pressure wave machine, which is referred to as pocket wall area limited. In this case, the pocket wall region has a fourth length range, which is referred to as the first pocket length range, and at least one fifth length range adjoining the first pocket length range, which is referred to as the second pocket length range. The second pocket length range thus follows the first pocket length range.

Der zweite Taschenlängenbereich ist gegenüber dem ersten Taschenlängenbereich in Umfangsrichtung zurückversetzt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Steuerelements und damit des Wandungsbereichs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des Taschenwandungsbereichs der Expansionstasche anzusehen und umgekehrt.The second pocket length region is recessed in the circumferential direction in relation to the first pocket length region. Advantageous embodiments of the control element and thus of the wall region are to be regarded as advantageous embodiments of the pocket wall region of the expansion pocket and vice versa.

Durch diese Darstellung des zum Versatz des Wandungsbereichs analogen Versatzes des Taschenwandungsbereichs kann auch die Expansionstasche an die insbesondere thermodynamischen Randbedingungen des Verdichtungsgases angepasst werden, so dass ein besonders hoher Teil des Abgasmassenstroms genutzt werden kann, um die Luft zu verdichten. Somit kommt die entsprechende Ausgestaltung des Taschenwandungsbereichs dem effizienten Betrieb der Druckwellenmaschine und damit dem kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zugute. Die Expansionstasche fördert dabei das Ausführen (Ausspülen) des Verdichtungsgases (Abgases) aus den Zellen und die Kühlung der Zellen. Das Ausspülen des Abgases kann dabei durch die entsprechende Ausgestaltungen des Taschenwandungsbereichs besonders vorteilhaft erfolgen.By means of this representation of the offset of the wall region analogous offset of the pocket wall region and the expansion pocket can be adapted to the particular thermodynamic boundary conditions of the compression gas, so that a particularly high part of the exhaust gas mass flow can be used to compress the air. Thus, the corresponding configuration of the pocket wall area benefits the efficient operation of the pressure wave machine and thus the fuel-efficient operation of the internal combustion engine. The expansion pocket thereby promotes the execution (rinsing) of the compression gas (exhaust gas) from the cells and the cooling of the cells. The flushing of the exhaust gas can be carried out particularly advantageous by the corresponding configurations of the pocket wall area.

Weist der Rotor die Mehrzahl von in radialer Richtung aneinander anschließenden und fluidisch voneinander getrennten Zellen bzw. Zellenreihen auf, aus welchen das Gas über die Durchgangsöffnung, insbesondere im Bereich der jeweiligen Längenbereiche des Wandungsbereichs, abführbar ist, so ist bevorzugt vorgesehen, dass die Expansionstasche mit wenigstens einem Trennelement versehen ist, mittels welchem ein Überströmen des in den Zelten aufgenommenen Gases zwischen den in radialer Richtung aneinander anschließenden Zellen zumindest im Wesentlichen vermeidbar bzw. vermieden ist.If the rotor has the plurality of cells or rows of cells adjoining one another in the radial direction and fluidly separated, from which the gas can be discharged via the passage opening, in particular in the region of the respective length regions of the wall region, then it is preferably provided that the expansion pocket at least one separating element is provided, by means of which an overflow of the gas received in the tents between the radially adjoining cells is at least substantially avoidable or avoided.

Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Expansionstasche mittels des Trennelements, welches beispielsweise als Zwischensteg ausgebildet ist, in wenigstens zwei Teiltaschen unterteilt ist. Ferner ist es möglich, eine Mehrzahl von Trennelementen vorzusehen und so beispielsweise die Expansionstasche in eine Mehrzahl von Teiltaschen, das heißt beispielsweise in wenigstens drei Teiltaschen zu unterteilen. Die Anzahl der Teiltaschen korrespondiert dabei vorteilhafterweise zur Anzahl der Längenbereiche des Wandungsbereichs bzw. des Taschenwandungsbereichs. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Trennelemente zur Anzahl der Längenbereiche (Taschenlängenbereiche) korrespondiert, welche jeweilig gegenüber den jeweils in radialer Richtung vorangehenden Längenbereichen (Taschenlängenbereichen) zurückversetzt sind.In this case, for example, it is provided that the expansion pocket is subdivided into at least two partial pockets by means of the separating element, which is designed, for example, as a gutter. Furthermore, it is possible to provide a plurality of separating elements and thus, for example, to divide the expansion pocket into a plurality of partial pockets, that is to say, for example, into at least three partial pockets. The number of partial pockets corresponds advantageously to the number of longitudinal regions of the wall region or of the pocket wall region. This means that the number of separating elements corresponds to the number of longitudinal regions (pocket length regions), which are respectively set back relative to the respective longitudinal regions (pocket-length regions) preceding in the radial direction.

Weist der Wandungsbereich beispielsweise den ersten Längenbereich, den zweiten Längenbereich und den dritten Längenbereich auf, so sind entsprechend zwei Trennelemente (da zwei der drei Längenbereiche zurückversetzt sind) vorgesehen, durch welche die Expansionstasche in drei Teiltaschen (da drei Längenbereiche vorgesehen sind) unterteilt ist. Dadurch kommt den entsprechenden, in radialer Richtung aneinander anschließenden Zellen das jeweilig vorteilhafte und eingestellte Timing zugute. Das heißt jeweilige, zu den Längenbereichen des Wandungsbereichs korrespondierende Massenströme des Gases, welche entsprechend zu den jeweiligen, in radialer Richtung aneinander anschließenden Zellen korrespondieren, beeinflussen sich nicht gegenseitig. Somit kommt der Effekt des jeweiligen vorteilhaften Timings sehr effizient zum Tragen und die Druckwellenmaschine weist einen besonders effizienten Betrieb auf.If, for example, the wall area has the first length area, the second length area and the third length area, two separating elements are provided (since two of the three length areas are set back), by which the expansion pocket is subdivided into three partial pockets (since three length areas are provided). As a result, the respective advantageous and adjusted timing benefits the corresponding cells which adjoin one another in the radial direction. That is to say respective mass flows of the gas which correspond to the length regions of the wall region and which correspond correspondingly to the respective cells which adjoin one another in the radial direction, do not influence one another. Thus, the effect of the respective advantageous timing comes very efficiently to bear and the pressure wave machine has a particularly efficient operation.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 ausschnittsweise eine schematische und abgewickelte Schnittansicht eines Druckwellenladers; 1 a fragmentary schematic and developed sectional view of a pressure wave supercharger;

2 eine schematische Perspektivansicht einer Steuerscheibe für den Druckwellenlader gemäß 1; 2 a schematic perspective view of a control disk for the pressure wave supercharger according to 1 ;

3 eine schematische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Steuerscheibe gemäß 2; und 3 a schematic front view of another embodiment of the control disk according to 2 ; and

4 ein Diagramm mit einem Temperaturverlauf in radialer ausgehend von einer Drehachse der Steuerscheibe gemäß 3 bei einem Betrieb des Druckwellenladers 4 a diagram with a temperature profile in radial starting from an axis of rotation of the control disk according to 3 during operation of the pressure wave charger

Die 1 zeigt eine schematische und abgewickelte Schnittansicht eines zumindest im Wesentlichen zylinderförmigen Druckwellenladers 10 zur Verdichtung von Luft für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Der Druckwellenlader 10 umfasst ein Gehäuseteil 12, welches als Gasgehäuseteil bezeichnet wird. Das Gehäuseteil 12 weist einen ersten Zuführkanal 14 auf, über welchen Abgas – wie durch einen Richtungspfeil 16 dargestellt ist – in Zellen 18 eines Rotors 20 des Druckwellenladers 10 einströmen kann. In der 1 sind die Zellen 18 von innerhalb des Druckwellenladers 10 her gezeigt. In Blickrichtung auf die 1 liegt dabei eine entsprechende Drehachse, um welche sich der Rotor 20 beim Betrieb des Druckwellenladers 10 dreht, vor der Bildebene der 1. Von Seiten des ersten Zuführkanals 14 auf den Druckwellenlader 10 in Richtung des Richtungspfeils 16 geblickt dreht sich der Rotor 20 rechts. Dies ist durch einen Richtungspfeil 22 angedeutet.The 1 shows a schematic and developed sectional view of an at least substantially cylindrical pressure wave supercharger 10 for the compression of air for an internal combustion engine of a motor vehicle. The pressure wave loader 10 includes a housing part 12 , which is referred to as a gas housing part. The housing part 12 has a first feed channel 14 on, over which exhaust - as by a directional arrow 16 is shown - in cells 18 a rotor 20 the pressure wave loader 10 can flow in. In the 1 are the cells 18 from within the blast loader 10 shown here. In the direction of the 1 in this case lies a corresponding axis of rotation about which the rotor 20 during operation of the pressure wave charger 10 turns, in front of the picture plane the 1 , From the side of the first feed channel 14 on the pressure wave loader 10 in the direction of the directional arrow 16 Looked at, the rotor turns 20 right. This is by a directional arrow 22 indicated.

Durch das Gehäuseteil 12, welches eine Mehrzahl von Gehäuseelementen umfassen kann, ist ein erster Abführkanal 24 gebildet, über welchen die von dem Abgas verdichtete Luft von den Zellen 18 abführbar und zur Verbrennungskraftmaschine führbar ist. Ferner umfasst das Gehäuseteil 12 eine so genannte Expansionstasche 26, mittels welcher die von dem Abgas verdichtete Luft zumindest teilweise nach dem Ausströmen durch den ersten Abführkanal 24 zumindest teilweise expandiert werden kann. Dies bedeutet, dass die Expansionstasche 26 auf das Öffnen des Abführkanals 24 folgt. Der nach dem Ausströmen vorhandene restliche Druck der verdichteten Luft sowie durch weiteres Einströmen von Abgas verdrängte Luft werden genutzt, um die Strömungsrichtung umzukehren, damit bei einem Öffnen eines zweiten Zuführkanals 28 des Gehäuseteils 12, über welchen die Luft in die Zellen 18 des Rotors 20 einströmen kann, eine treibende Kraft für eine Frischluftspülung in einen zweiten Abführkanal 32 vorliegt. Das Einströmen der Luft über den zweiten Zuführkanal 28 in die Zellen 18 ist in der 1 durch einen Richtungspfeil 30 angedeutet.Through the housing part 12 which may comprise a plurality of housing elements is a first discharge channel 24 over which the air compressed by the exhaust gas from the cells 18 can be discharged and routed to the internal combustion engine. Furthermore, the housing part comprises 12 a so-called expansion bag 26 , by means of which the compressed air from the exhaust gas at least partially after the outflow through the first discharge channel 24 can be at least partially expanded. This means that the expansion bag 26 on the opening of the discharge channel 24 follows. The residual pressure of the compressed air present after the outflow, as well as air displaced by further inflow of exhaust gas, are used to reverse the direction of flow so that when a second feed channel is opened 28 of the housing part 12 over which the air enters the cells 18 of the rotor 20 can flow in, a driving force for a fresh air purge in a second discharge channel 32 is present. The inflow of air through the second feed channel 28 into the cells 18 is in the 1 by a directional arrow 30 indicated.

Das Gehäuseteil 12 weist dabei den zweiten Abführkanal 32 auf, über welchen das Abgas nach Verdichtung der Luft aus den Zellen 18 abgeführt werden kann. Dies ist durch einen Richtungspfeil 34 in der 1 dargestellt.The housing part 12 has the second discharge channel 32 over which the exhaust gas after compression of the air from the cells 18 can be dissipated. This is by a directional arrow 34 in the 1 shown.

Die Zellen 18 sind dabei in jeweiligen, in Umfangsrichtung des Rotors 20 um die Drehachse verlaufenden Zellenreihen angeordnet, wobei die Zellenreihen in radialer Richtung ausgehend von der Drehachse aneinander anschließen. Die Zellenreihen sowie die einzelnen Zellen 18 der jeweiligen Zellenreihen sind dabei durch jeweilige Wandungen des Rotors 20 fluidisch voneinander getrennt.The cells 18 are in each case, in the circumferential direction of the rotor 20 Arranged around the axis of rotation extending rows of cells, wherein the cell rows in the radial direction, starting from the axis of rotation adjoin one another. The cell rows as well as the individual cells 18 the respective cell rows are by respective walls of the rotor 20 fluidly separated from each other.

Um nun einen besonders hohen Teil des Abgases zu nutzen, um somit die Luft besonders effizient zu verdichten, umfasst der Druckwellenlader 10 gemäß 1 beispielsweise eine in der 1 nicht dargestellte Steuerscheibe 36, welche in der 2 dargestellt ist. Die Steuerscheibe 36 umfasst zwei erste Durchgangsöffnungen 38 und zwei zweite Durchgangsöffnungen 40, welche einen kleineren Durchströmquerschnitt aufweisen als die ersten Durchgangsöffnungen 38. Die zweiten Durchgangsöffnungen 40 sind in Umfangsrichtung auf einer jeweiligen ersten Seite 46 von jeweiligen ersten Wandungsbereichen 50 sowie auf einer jeweiligen zweiten Seite 48, die gegenüber der ersten Seite 46 angeordnet ist, von jeweiligen zweiten Wandungsbereichen 52 begrenzt. Über die ersten Durchgangsöffnungen 38 kann unverdichtete Luft in die Zellen 18 einströmen, während die verdichtete Luft über die zweiten Durchgangsöffnungen 40 aus den Zellen 18 ausströmen kann.To use a particularly high proportion of the exhaust gas, thus compressing the air particularly efficiently, includes the pressure wave supercharger 10 according to 1 for example, in the 1 not shown control disk 36 which in the 2 is shown. The control disc 36 includes two first passages 38 and two second through holes 40 which have a smaller flow area than the first through openings 38 , The second through holes 40 are circumferentially on a respective first side 46 of respective first wall areas 50 as well as on a respective second page 48 that face the first page 46 is arranged, of respective second wall portions 52 limited. About the first passages 38 can be uncompressed air in the cells 18 inflow while the compressed air through the second through holes 40 from the cells 18 can flow out.

Die Luft wird mittels des Druckwellenladers 10 durch einen Transfer von Abgasenergie auf die Luft mittels Druckwellen realisiert. Dabei stellen insbesondere die ersten Wandungsbereiche 50 jeweilige Steuerkanten 54 dar, an denen die jeweiligen Druckwellen reflektiert werden. Über die ersten Durchgangsöffnungen 38 kann unverdichtete Luft in die Zellen 18 einströmen. Zur Darstellung unterschiedlicher Betriebszustände des Druckwellenladers 10 ist die Steuerscheibe 36 um die Drehachse, um die auch der Rotor 20 drehbar ist, relativ zum Rotor 20 und relativ zu dem Gehäuseteil 12 zu verdrehen bzw. zu verschieben. Damit einher geht eine entsprechende Verdrehung bzw. Verschiebung der Steuerkanten 54. Daher wird die Steuerscheibe 36 auch als Kantenschieber bezeichnet.The air is generated by means of the pressure wave loader 10 realized by a transfer of exhaust gas energy to the air by means of pressure waves. In particular, the first wall areas 50 respective control edges 54 are at which the respective pressure waves are reflected. About the first passages 38 can be uncompressed air in the cells 18 flow. To represent different operating states of the pressure wave loader 10 is the control disk 36 around the axis of rotation, around which also the rotor 20 is rotatable relative to the rotor 20 and relative to the housing part 12 to twist or move. This is accompanied by a corresponding rotation or displacement of the control edges 54 , Therefore, the control disc 36 Also called edge cutter.

Wie der 2 zu entnehmen ist, weist die jeweilige Steuerkante 54 einen ersten Längenbereich 56, einen zweiten, sich an den ersten Längenbereich 56 in radialer Richtung der Steuerscheibe 36 von außen nach innen in Richtung der Drehachse anschließenden zweiten Längenbereich 58 und einen dritten Längenbereich 60 auf, der sich in radialer Richtung der Steuerscheibe 36 von außen nach innen in Richtung der Drehachse an den zweiten Längenbereich 58 anschließt. Dabei ist der zweite Längenbereich 58 gegenüber dem ersten Längenbereich 56 in Umfangsrichtung zurückversetzt. Entsprechend dazu ist der dritte Längenbereich 60 gegenüber dem zweiten Längenbereich 58 in Umfangsrichtung zurückversetzt. Ebenso könnte der zweiten Längenbereich 58 gegenüber dem ersten Längenbereich 56 vorversetzt sein und dazu entsprechend der dritte Längenbereich 60 ebenfalls vorversetzt sein. Mit anderen Worten ist der zweite Längenbereich 58 gegenüber dem dritten Längenbereich 60 als Vorsprung ausgebildet, wobei auch der erste Längenbereich 56 gegenüber dem zweiten Längenbereich 58 als Vorsprung ausgebildet ist. Vorliegend sind der erste Längenbereich 56, der zweite Längenbereich 58 und der dritte Längenbereich 60 stufenförmig ausgebildet bzw. stufenförmig zueinander angeordnet, so dass die Steuerkanten 54 in radialer Richtung gestuft ausgebildet sind.Again 2 can be seen, the respective control edge 54 a first length range 56 , a second, to the first length range 56 in the radial direction of the control disk 36 from outside to inside in the direction of the axis of rotation subsequent second length range 58 and a third length range 60 on, extending in the radial direction of the control disc 36 from outside to inside in the direction of the axis of rotation to the second length range 58 followed. Here is the second length range 58 opposite the first length range 56 set back in the circumferential direction. Corresponding to this is the third length range 60 compared to the second length range 58 set back in the circumferential direction. Likewise, the second length range could be 58 opposite the first length range 56 be pre-offset and accordingly the third length range 60 also be vorversetzt. In other words, the second length range 58 opposite the third length range 60 formed as a projection, wherein also the first length range 56 opposite the second length range 58 is designed as a projection. In the present case are the first length range 56 , the second length range 58 and the third length range 60 formed stepped or stepped to each other, so that the control edges 54 are formed stepped in the radial direction.

Die Drehung der Steuerscheibe 36 bzw. ihre Verschiebung erfolgt derart, dass ihre Position in Bezug auf die Laufzeit des Druckwelle zumindest im Wesentlichen optimal ist, so dass die Luft besonders effizient durch das Abgas verdichtet werden kann. Durch die gestufte Ausbildung der Steuerkanten 54 ist nun ein zumindest im Wesentlichen optimales Timing für jede Zellenreihen einstellbar, so dass ein besonders großer Teil des Abgasmassenstroms auf thermodynamisch optimaler Weise zum Druckwellenprozess zum Verdichten der Luft beitragen kann bzw. den Druckwellenprozess zumindest im Wesentlichen optimal unterstützt. Mit anderen Worten sind die Steuerkanten 54 auf in radialer Richtung ausgehend von der Drehachse unterschiedliche thermodynamische Zustände des entsprechenden Gases, insbesondere des Abgases, angepasst, was der effizienten Verdichtung der Luft zugute kommt.The rotation of the control disc 36 or their displacement takes place in such a way that their position with respect to the transit time of the pressure wave is at least substantially optimal, so that the air can be compressed particularly efficiently by the exhaust gas. Due to the stepped training of the control edges 54 is now an at least substantially optimal timing adjustable for each cell rows, so that a particularly large part of the exhaust gas mass flow can contribute thermodynamically optimal way to the pressure wave process for compressing the air or supports the pressure wave process at least substantially optimal. In other words, the control edges 54 in the radial direction, starting from the axis of rotation different thermodynamic states of the corresponding gas, in particular the exhaust gas adapted, which the efficient compression of the air benefits.

Die Steuerscheibe 36 ist auf Seiten des zweiten Zuführkanals 28 und des ersten Abführkanals 24 und somit auf einer Kaltgasseite des Druckwellenladers 10 anzuordnen bzw. angeordnet.The control disc 36 is on the side of the second feed channel 28 and the first discharge channel 24 and thus on a cold gas side of the pressure wave supercharger 10 to arrange or arranged.

Die Steuerscheibe 36 weist Expansionstaschen 26 auf. Mittels der Expansionstaschen 26 der Steuerscheibe 36, die die Funktion des Expansionstasche 26 gemäß 1 übernehmen können, ist die von dem Abgas verdichtete Luft zumindest teilweise nach dem Ausströmen durch den ersten Abführkanal 24 zumindest teilweise expandierbar. Dies bedeutet, dass die Expansionstaschen 26 bzw. eine der Expansionstaschen 26 auf das Öffnen des Abführkanals 24 folgt. Der nach dem Ausströmen vorhandene restliche Druck der verdichteten Luft sowie durch weiteres Einströmen von Abgas verdrängte Luft werden genutzt, um die Strömungsrichtung umzukehren, damit bei einem Öffnen des zweiten Zuführkanals 28 eine treibende Kraft für eine Frischluftspülung in einen zweiten Abführkanal 32 vorliegt.The control disc 36 has expansion pockets 26 on. By means of the expansion pockets 26 the control disc 36 that the function of the expansion bag 26 according to 1 can take over, the compressed air from the exhaust gas at least partially after the outflow through the first discharge channel 24 at least partially expandable. This means that the expansion pockets 26 or one of the expansion pockets 26 on the opening of the discharge channel 24 follows. The residual pressure of the compressed air present after the outflow, as well as air displaced by further inflow of exhaust gas, are used to reverse the direction of flow so that upon opening of the second supply channel 28 a driving force for a fresh air purge in a second discharge channel 32 is present.

Auch die Expansionstaschen 26 sind in Umfangsrichtung durch jeweilige erste Taschenwandungsbereiche 62 und zweite Taschenwandungsbereiche 64 begrenzt, wobei die jeweiligen ersten Taschenwandungsbereiche 62 analog zur stufenförmigen Ausgestaltung der Steuerkanten 54 stufenförmig ausgebildet sind. Der erste Taschenwanungsbereich 62 umfasst somit einen ersten Taschenlängenbereich 65, einen sich in radialer Richtung nach innen hin daran anschließenden zweiten Taschenlängenbereich 66 sowie einen sich in radialer Richtung nach innen hin daran anschließenden dritten Taschenlängenbereich 68, wobei der zweite Taschenlängenbereich 66 gegenüber dem ersten Taschenlängenbereich 65 in Umfangsrichtung zurückversetzt ist und wobei der dritte Taschenlängenbereich 68 gegenüber dem zweiten Taschenlängenbereich 66 in Umfangsrichtung zurückversetzt ist. Auf den ersten Taschenlängenbereich 65, den zweiten Taschenlängenbereich 66 und den dritten Längenbereich 68 ist dabei das bereits zu den ersten Längenbereich 56, zweiten Längenbereich 58 und den dritten Längenbereich 60 Geschilderte analog anwendbar und übertragbar, so dass auch die Expansionstaschen 26 in radialer Richtung auf in radialer Richtung unterschiedliche thermodynamische Zustände des ansprechenden Gases angepasst ist. So kann das Abgas besonders vorteilhaft aus den Zellen 18 ausgespült werden.Also the expansion bags 26 are circumferentially through respective first pocket wall portions 62 and second pocket wall areas 64 limited, wherein the respective first pocket wall areas 62 analogous to the stepped design of the control edges 54 are formed step-shaped. The first pocket buoyancy area 62 thus comprises a first pocket length range 65 , a second pocket length region adjoining it in the radial direction inwardly 66 and a third pocket length region adjoining it in the radial direction inwardly 68 , wherein the second pocket length range 66 opposite the first pocket length range 65 recessed in the circumferential direction and wherein the third pocket length range 68 opposite the second pocket length range 66 recessed in the circumferential direction. At the first pocket length range 65 , the second pocket length range 66 and the third length range 68 This is already the first length range 56 , second length range 58 and the third length range 60 Described analog applicable and transferable, so that the expansion pockets 26 in the radial direction is adapted to different in the radial direction thermodynamic states of the responsive gas. Thus, the exhaust gas can be particularly advantageous from the cells 18 be rinsed out.

Die Expansionstaschen 26 sind dabei mit jeweiligen Zwischenstegen 69 versehen, durch welche die Expansionstaschen 26 in eine erste Teiltasche 70, eine zweite Teiltasche 72 und eine dritte Teiltasche 74 unterteilt sind. Wie der erste Längenbereich 56, der zweite Längenbereich 58 und der dritte Längenbereich 60 der Steuerkanten 54 korrespondieren auch der erste Taschenlängenbereich 65, der zweite Taschenlängenbereich 66 und der dritte Taschenlängenbereich 68 und die erste Teiltasche 70, die zweite Teiltasche 72 und dritte Teiltasche 74 der Expansionstaschen 26 zu den entsprechenden Zellenreihen. Durch die Zwischenstege 69 ist dabei ein Überströmen des Gases zwischen den einzelnen Zellenreihen vermieden, so dass sich das Gas nicht negativ gegenseitig beeinflusst.The expansion pockets 26 are here with respective intermediate webs 69 provided by which the expansion pockets 26 in a first part pocket 70 , a second part bag 72 and a third part pocket 74 are divided. Like the first length range 56 , the second length range 58 and the third length range 60 the control edges 54 also correspond to the first pocket length range 65 , the second pocket length range 66 and the third pocket length range 68 and the first part bag 70 , the second part bag 72 and third part pocket 74 the expansion pockets 26 to the corresponding cell rows. Through the gutters 69 In this case, an overflow of the gas between the individual rows of cells is avoided, so that the gas does not negatively influence each other.

Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Steuerscheibe 36 gemäß 2. Ausgehend von dem zweiten Längenbereich 58 als Ausgangslängenbereich ist der zweite Längenbereich 58 gegenüber dem ersten Längenbereich 56 bezogen auf die Umfangsrichtung um den Winkel α₁ in einem Winkelbereich von 1° bis 3°, insbesondere von zumindest im Wesentlichen 2°, zurückversetzt. Entsprechend dazu ist der dritte Längenbereich 60 gegenüber dem zweiten Längenbereich 58 um den Winkel α₂ von zumindest im Wesentlichen 2° zurückversetzt. Analoges trifft auf die ersten Taschenwandungsbereiche 62 der Expansionstaschen 26 der Steuerscheibe 36 zu.The 3 shows a further embodiment of the control disk 36 according to 2 , Starting from the second length range 58 the output length range is the second length range 58 opposite the first length range 56 relative to the circumferential direction by the angle α ₁ in an angular range of 1 ° to 3 °, in particular of at least substantially 2 °, set back. Corresponding to this is the third length range 60 opposite the second length range 58 set back by the angle α ₂ of at least substantially 2 °. The same applies to the first pocket wall areas 62 the expansion pockets 26 the control disc 36 to.

In der 4 ist ein Diagramm 76 dargestellt, auf dessen Abszisse 78 der Radius ausgehend von der Drehachse ansteigend aufgetragen ist. Auf der Ordinate 80 des Diagramms 76 ist die Temperatur des Gases bzw. der Druckwellen zum Aufladen der Luft aufgetragen. Ordnet man nun das Diagramm 76 gedacht derart in Bezug Zur Steuerscheibe 36 an, so dass der Ursprung O des Diagramms auf der Drehachse der Steuerscheibe 36 liegt, so ist anhand eines Verlaufs 82 sehr gut erkennbar ist, dass die Temperatur ausgehend von der Drehachse mit zunehmendem Radius, das heißt mit zunehmendem Abstand von der Drehachse, sukzessive abnimmt. Die Steuerkanten 54 und die ersten Taschenwandungsbereiche 62 sind somit auf dieses Temperaturprofil bzw. auf diese radiale Temperaturverteilung abgestimmt. Analog zu dieser radialen Temperaturverteilung ergeben sich unterschiedliche Ankunftszeiten der Druckwellen. Dies wird durch die entsprechende Ausgestaltung der Steuerkanten 54 und der ersten Taschenwandungsbereiche 62 berücksichtigt, indem beispielsweise die Steuerkanten 54 durch die entsprechende Ausgestaltung des ersten Längenbereichs 56, des zweiten Längenbereichs 58 und des dritten Längenbereichs 60 im Bereich der ersten Zellenreihe früher öffnen als im Bereich der zweiten Zellenreihe, in deren Bereich die Steuerkanten 54 wiederum früher öffnen als im Bereich der dritten Zellenreihe. Anhand des Diagramms 76 ist dabei erkennbar, dass der ersten Zellenreihe eine höhere Temperatur des Gases zugeordnet ist als der zweiten Zellenreihe, der wiederum eine höhere Temperatur des Gases zugeordnet ist als der dritten Zellenreihe.In the 4 is a diagram 76 shown on the abscissa 78 the radius starting from the axis of rotation is applied increasing. On the ordinate 80 of the diagram 76 is the temperature of the gas or the pressure waves applied to charge the air. If you now assign the diagram 76 thought so in relation to the control disc 36 on, so that the origin O of the diagram on the axis of rotation of the control disk 36 lies, so is based on a course 82 It can be seen very clearly that the temperature decreases successively starting from the axis of rotation with increasing radius, ie with increasing distance from the axis of rotation. The control edges 54 and the first pocket wall areas 62 are thus tuned to this temperature profile or to this radial temperature distribution. Analogous to this radial temperature distribution, different arrival times of the pressure waves result. This is due to the corresponding design of the control edges 54 and the first pocket wall areas 62 considered by, for example, the control edges 54 by the corresponding configuration of the first length range 56 , the second length range 58 and the third length range 60 open earlier in the area of the first cell row than in the area of the second cell row, in the area of which the control edges 54 open earlier than in the third cell row. Based on the diagram 76 is recognizable that the first cell row is associated with a higher temperature of the gas than the second cell row, which in turn is associated with a higher temperature of the gas than the third cell row.

Auch Einströmbedingungen des Abgases können durch die Umfangsgeschwindigkeit als Funktion des Radius unterschiedlich sein, was durch die entsprechende Ausgestaltung insbesondere der Steuerscheibe 36, d. h. deren Steuerkante 54 Rechnung getragen werden kann.Also inflow conditions of the exhaust gas may be different by the peripheral speed as a function of the radius, which is due to the corresponding design in particular the control disk 36 ie their control edge 54 Account can be taken.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009041125 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

(MTZ), issue MTZ 12/2006, year 67, pages 946 to 954 [0002]

Claims

Pressure wave machine, in particular pressure wave loader, for compressing air for an internal combustion engine, with a rotatably mounted about a rotation axis and a plurality of tents ( 18 ) having rotor ( 20 ) and with at least one rotatable about the axis of rotation control ( 36 ), which at least one passage opening ( 40 ), via which a pressure wave machine ( 10 ) at least regionally flowing gas from the cells ( 18 ) and which in the circumferential direction through a first wall area ( 50 ) of the control ( 36 ) is limited, characterized in that the first wall area ( 50 ) at least a first length range ( 56 ) and at least one of the first length range ( 56 ) subsequent second length range ( 58 ), which opposite the first length region ( 56 ) is set back in the circumferential direction.

Pressure wave machine according to claim 1, characterized in that the first length range ( 56 ) and the second length range ( 58 ) are stepped.

Pressure wave machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first length range ( 56 ) and the second length range ( 58 ) respective, in the radial direction fluidly separated cells ( 18 ) of the rotor are assigned, from which the gas via the passage opening ( 40 ) in the region of the first length range ( 56 ) or the second length range ( 58 ) is dissipatable.

Pressure wave machine according to one of the preceding claims, characterized in that the second length range ( 58 ) in the radial direction in the direction of the axis of rotation to the first length region ( 56 ).

Pressure wave machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the second length range ( 58 ) subsequent third length range ( 60 ) is provided, which opposite the second length range ( 58 ) is set back in the circumferential direction.

Pressure wave machine according to claim 5, characterized in that the third length range ( 60 ) in the radial direction in the direction of the axis of rotation to the second length region ( 58 ).

Pressure wave machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one expansion pocket ( 26 ) of the pressure wave machine ( 10 ), by means of which the compressed air is at least partially expandable, at least substantially to the return of the first length range ( 56 ), the second length range ( 58 ) and the third length range ( 60 ) has corresponding reset.

Pressure wave machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 20 ) a plurality of radially adjoining and fluidly separated cells ( 18 ), from which the gas via the passage opening ( 40 ), in particular in the region of the first length range ( 56 ), the second length range ( 58 ) and the third length range ( 60 ), at least one of the cells ( 18 ) associated expansion pocket ( 26 ) of the pressure wave machine ( 10 ), by means of which the compressed gas is at least partially expandable, with at least one separating element ( 69 ), by means of which an overflow of the in the cells ( 18 ) received gases between the radially adjoining cells ( 18 ) is at least substantially avoidable.