DE102013209340A1 - Integrierter einlasskrümmer und kompressor - Google Patents

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Abstract

Ein Einleitungssystem für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Zylinder umfasst Zentrifugalkompressor, der ausgebildet ist, um eine Luftströmung unter Druck zu setzen, die aus der Umgebung aufgenommen wird. Das Einleitungssystem umfasst auch einen Einlasskrümmer, der ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung zu dem zumindest einen Zylinder zu leiten. Der Zentrifugalkompressor ist in dem Einlasskrümmer angeordnet und in diesen integriert. Es wird ebenso ein Verbrennungsmotor offenbart, der ein solches Einleitungssystem verwendet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Einlasskrümmer mit einem integrierten Kompressor für einen Verbrennungsmotor.
  • HINTERGRUND
  • Ein Einlasskrümmer oder Ansaugkrümmer ist das Teil eines Motors, das den Zylindern des Motors Luft zuführt. Wie in der Technik bekannt ist, können mechanische Luftkompressoren oder Turbokompressoren verwendet werden, um eine Turboaufladung in Verbrennungsmotoren zu erzeugen.
  • Typischerweise werden solche Kompressoren oder Turbokompressoren durch den betreffenden Motor angetrieben, um eine Massenströmungsrate der Luft zu erhöhen, die zu den Zylindern des Motors übertragen wird, wodurch mittels des Einlasskrümmers das erzeugt wird, was ein Ladedruck für die Zylinder genannt wird. Turbokompressoren können entweder vom Verdränger- oder vom Kompressortyp sein.
  • Die erhöhte Massenströmungsrate der Luft liefert wiederum mehr Sauerstoff zum Unterstützen der Verbrennung, als bei selbstsaugenden Motoren verfügbar wäre, wodurch ermöglicht wird, dass mehr Kraftstoff im Inneren der Zylinder des Motors verbrannt wird. Dass eine solche erhöhte Menge an Kraftstoff und Luft verbrannt wird, führt zu einer erhöhten volumetrischen Effizienz und zu einer größeren Leistungsausgabe des Motors.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Ausführungsform der Offenbarung ist auf ein Einleitungssystem für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Zylinder gerichtet. Gemäß der Ausführungsform umfasst das Einleitungssystem einen Zentrifugalkompressor, der ausgebildet ist, um sich um eine erste Achse zu drehen und um eine Luftströmung unter Druck zu setzen, die aus der Umgebung aufgenommen wird. Das Einleitungssystem umfasst auch einen Einlasskrümmer, der ausgebildet ist, um die unter Druck gesetzte Luftströmung zu dem zumindest einen Zylinder zu leiten und zu liefern. Der Zentrifugalkompressor ist in dem Einlasskrümmer angeordnet und in diesen integriert.
  • Der Einlasskrümmer kann einen Diffusor aufweisen, der stromabwärts des Kompressors angeordnet und ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen. Der Diffusor kann als eine Volute oder als eine flache Scheibe ausgebildet sein.
  • Der Einlasskrümmer kann einen Diffusor aufweisen, der stromabwärts des Kompressors angeordnet und ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen.
  • Der Einlasskrümmer kann zusätzlich eine Sammelkammer aufweisen, die stromabwärts des Diffusors angeordnet und ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen.
  • Der zumindest eine Zylinder kann mehrere Zylinder, insbesondere eine gerade Anzahl von Zylindern, umfassen, die in einer ”V”-Anordnung angeordnet sind. In einem solchen Fall kann der Einlasskrümmer ausgebildet sein, um in einer Mulde der ”V”-Anordnung positioniert zu werden. Ferner kann der Einlasskrümmer zusätzlich mehrere Kanäle aufweisen, wobei jeder Kanal ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung zu einem der mehreren Zylinder des Motors zu liefern.
  • Der Zentrifugalkompressor kann durch die Kurbelwelle mittels eines Antriebsmechanismus angetrieben werden. Der Antriebsmechanismus kann einen Zahnrad-, einen Ketten- und/oder einen Riemenantrieb umfassen.
  • Der Motor kann zusätzlich eine Kurbelwelle aufweisen, die ausgebildet ist, um durch den zumindest einen Zylinder um eine zweite Achse gedreht zu werden. Ferner kann die erste Achse im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten Achse verlaufen.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist auf einen Verbrennungsmotor gerichtet, der das vorstehend beschriebene Einleitungssystem aufweist. Der Motor kann einen Einlassluftkanal aufweisen, der ausgebildet ist, um die Luftströmung aus der Umgebung zu dem Einleitungssystem zu liefern.
  • Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Weise(n) zum Ausführen der beschriebenen Erfindung leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung gebracht wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Vorderansicht eines Motors, der ein Einleitungssystem mit einem integrierten Zentrifugalkompressor und einen Schaufeltyp eines Diffusors aufweist, der stromabwärts des Kompressors positioniert ist, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Einleitungssystems, das einen integrierten Zentrifugalkompressor und einen Flach- oder Parallelscheibentyp eines Diffusors aufweist, der stromabwärts des Kompressors positioniert ist, gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, stellt 1 einen Verbrennungsmotor 10 dar. Der Motor 10 umfasst auch einen Zylinderblock 12 mit mehreren Zylindern 14, die in diesem angeordnet sind. Wie es gezeigt ist, weist der Motor 10 auch ein Paar von Zylinderköpfen 16 auf. Der Motor 10 ist derart dargestellt, dass er eine Mehrzylinderanordnung vom ”V”-Typ mit einer geraden Anzahl von Zylindern 14 aufweist. Obwohl eine Zylinderanordnung vom ”V”-Typ gezeigt ist, ist eine beliebige andere Zylinderanordnung, wie beispielsweise ein Reihentyp, gleichermaßen geeignet.
  • Jeder Zylinder 14 weist einen Kolben 18 auf, der ausgebildet ist, um eine Hubbewegung in diesem auszuführen. Verbrennungskammern 20 sind in den Zylindern 14 zwischen der Unterseitenfläche des Zylinderkopfs 16 und den Oberseiten der Kolben 18 gebildet. Wie es Fachleuten bekannt ist, ist eine Verbrennungskammer, wie beispielsweise die Verbrennungskammer 20, ausgebildet, um Kraftstoff und Luft für eine anschließende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in dieser aufzunehmen. Der Motor 10 weist auch eine Kurbelwelle 22 auf, die ausgebildet ist, um sich in dem Zylinderblock 12 zu drehen. Die Kurbelwelle 22 wird durch die Kolben 18 infolgedessen gedreht, dass ein geeignet proportioniertes Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungskammern 20 verbrannt wird.
  • Der Motor 10 weist auch ein Einleitungssystem 24 auf. Das Einleitungssystem 24 umfasst einen Einlasskrümmer 26 und eine Einlassluftleitung 28, die ausgebildet sind, um eine Luftströmung 30 aus der Umgebung in den Einlasskrümmer zu liefern. Wie es in 2 gezeigt ist, weißt der Einlasskrümmer 26 einen Zentrifugalkompressor 32 auf. Wie es ebenso gezeigt ist, ist der Kompressor 32 in dem Einlasskrümmer 26 angeordnet und in diesen integriert. Der Kompressor 32 ist mittels Lagern 34 drehbar in dem Einlasskrümmer 26 gelagert und ausgebildet, um sich um eine erste Achse 36 zu drehen und die Luftströmung 30 unter Druck zu setzen, die durch den Einlasskrümmer 26 aus der Umgebung aufgenommen wird. Der Einlasskrümmer 26 weist zusätzlich mehrere Kanäle 38 auf, wobei jeder Kanal ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung 30 zu einem der Zylinder 14 zu liefern. Dementsprechend ist der Einlasskrümmer 26 ausgebildet, um die unter Druck stehende Luftströmung, die durch den Kompressor 32 erzeugt wird, zu den Verbrennungskammern 20 zu leiten.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, ist die Kurbelwelle 22 ausgebildet, um durch die Zylinder 14 um eine zweite Achse 40 gedreht zu werden. Wie es zusätzlich gezeigt ist, kann der Kompressor 32 derart in dem Einlasskrümmer 26 angeordnet sein, dass die erste Drehachse 36 im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweite Achse 40 verläuft. Obwohl der Kompressor 32 derart gezeigt ist, dass er für eine vorteilhafte Packung des Kompressors in dem Einlasskrümmer im Wesentlichen rechtwinklig zu der Kurbelwelle 22 ist, kann die erste Achse 36 ebenso unter einem beliebigen speziell ausgewählten Winkel bezogen auf die zweite Achse 40 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Einlasskrümmer 26, wie es gezeigt ist, in einer Mulde 42 der ”V”-Anordnung des Motors 10 positioniert sein. Die vorstehend beschriebene Positionierung des Kompressors 32 in dem Einlasskrümmer 26 kann eine kompakte Montage des Einlasskrümmers erleichtern. Darüber hinaus kann die Positionierung der gesamten Baugruppe des Einlasskrümmers 26 in der Mulde 42 eine kompaktere Packung des Motors 10 erleichtern, die mit derjenigen eines selbstsaugenden Motors vergleichbar ist.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 2 umfasst der Einlasskrümmer 26 auch einen Einlass 44, der stromaufwärts des Kompressors 32 positioniert ist und derart funktioniert, dass er die Umgebungsluftströmung 30 zu dem Kompressor leitet. Zusammen mit dem Kompressor 32 umfasst der Einlasskrümmer 26 einen Diffusor 46. Der Diffusor 46 ist stromabwärts des Kompressors 32 positioniert und ausgebildet, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen. Der Diffusor 46 kann entweder als ein Schaufeltyp, wie es in 1 gezeigt ist, oder als ein Parallel- oder Flachscheibentyp, wie es in 2 gezeigt ist, ausgebildet sein. Wie es zusätzlich gezeigt ist, weist der Einlasskrümmer 26 eine Einlassluft-Sammelkammer 48 auf. Die Sammelkammer 48 ist stromabwärts des Diffusors 46 positioniert und ausgebildet, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen.
  • Infolgedessen, dass der Einlasskrümmer 26 den Einlass 44 mit dem Parallelscheibentyp des Diffusors 46 umfasst und den integrierten Kompressor 32 aufweist, kann der Einlasskrümmer ohne eine Volutenanordnung auskommen. Wie es Fachleuten bekannt ist, ist eine Volute eine spiralenförmige Schneckenleitung, die typischerweise in Zusatz-Kompressorbaugruppen eingebunden ist, die ausgebildet sind, um die Luftströmung von dem betreffenden Kompressor zu der Sammelkammer 48 zu liefern.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, kann der Kompressor 32 mittels eines Antriebsmechanismus 50 durch die Kurbelwelle 22 angetrieben werden. Der Antriebsmechanismus 50 ist ausgebildet, um den Kompressor 32 zu drehen und um einen geeigneten Ladedruck gemäß Leistungsparametern zu erzeugen, die für den Motor 10 festgelegt werden. Der Antriebsmechanismus 50 kann einen Zahnrad-, einen Ketten- und/oder einen Riemenantrieb umfassen, der funktional mit der Kurbelwelle 22 verbunden ist. Alternativ kann der Antriebsmechanismus 50 einen Elektromotor (nicht gezeigt) umfassen, der ausgebildet ist, um den Kompressor 32 zu drehen. In diesem Fall kann der Betrieb des Elektromotors durch einen Controller (nicht gezeigt) geregelt werden, wie beispielsweise durch ein integriertes Antriebsstrang-Steuermodul (PCM), um eine geeignete Leistung von dem Kompressor 32 bei spezifizierten Motordrehzahlen zu erhalten.
  • Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sollen die Erfindung stützen und beschreiben, der Umfang der Erfindung ist jedoch ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Weisen und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben wurden, existieren alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Ausüben der Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (10)

  1. Verbrennungsmotor, der umfasst: zumindest einen Zylinder; einen Zentrifugalkompressor, der ausgebildet ist, um sich um eine erste Achse zu drehen und um eine Luftströmung unter Druck zu setzen, die aus der Umgebung aufgenommen wird; und einen Einlasskrümmer, der ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung zu dem zumindest einen Zylinder zu leiten; wobei der Zentrifugalkompressor in dem Einlasskrümmer angeordnet und in diesen integriert ist.
  2. Motor nach Anspruch 1, wobei der Einlasskrümmer einen Diffusor aufweist, der stromabwärts des Kompressors positioniert und ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen.
  3. Motor nach Anspruch 2, wobei der Diffusor als eine Volute oder als eine flache Scheibe ausgebildet ist.
  4. Motor nach Anspruch 2, wobei der Einlasskrümmer zusätzlich eine Sammelkammer aufweist, die stromabwärts des Diffusors positioniert und ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen.
  5. Motor nach Anspruch 4, wobei: der zumindest eine Zylinder mehrere Zylinder umfasst, die in einer ”V”-Anordnung angeordnet sind; der Einlasskrümmer in einer Mulde der ”V”-Anordnung positioniert ist; und der Einlasskrümmer zusätzlich mehrere Kanäle aufweist, wobei jeder Kanal ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung zu einem der mehreren Zylinder zu liefern.
  6. Motor nach Anspruch 1, der ferner eine Kurbelwelle umfasst, die ausgebildet ist, um durch den zumindest einen Zylinder um eine zweite Achse gedreht zu werden, wobei die erste Achse im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten Achse verläuft und wobei der Kompressor durch die Kurbelwelle mittels eines Antriebsmechanismus angetrieben wird.
  7. Motor nach Anspruch 1, der ferner eine Einlassluftleitung umfasst, die ausgebildet ist, um die Luftströmung aus der Umgebung zu dem Einlasskrümmer zu liefern.
  8. Einlasskrümmer für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Zylinder, wobei der Einlasskrümmer umfasst: einen Zentrifugalkompressor, der ausgebildet ist, um sich um eine erste Achse zu drehen und um eine Luftströmung unter Druck zu setzen, die aus der Umgebung aufgenommen wird; und ein Diffusor, der stromabwärts des Kompressors positioniert und ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen; und eine Sammelkammer, die stromabwärts des Diffusors positioniert und ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung von diesem aufzunehmen und um die unter Druck stehende Luftströmung zu dem zumindest einen Zylinder zu leiten; wobei der Diffusor als eine Volute oder als eine flache Scheibe ausgebildet ist.
  9. Einlasskrümmer nach Anspruch 8, wobei: der zumindest eine Zylinder mehrere Zylinder umfasst, die in einer ”V”-Anordnung angeordnet sind; der Einlasskrümmer ausgebildet ist, um in einer Mulde der ”V”-Anordnung positioniert zu werden; und der Einlasskrümmer zusätzlich mehrere Kanäle aufweist, wobei jeder Kanal ausgebildet ist, um die unter Druck stehende Luftströmung zu einem der mehreren Zylinder zu liefern.
  10. Einlasskrümmer nach Anspruch 9, wobei: der Kompressor ausgebildet ist, um durch die Kurbelwelle mittels eines Antriebsmechanismus angetrieben zu werden, der einen Zahnradantrieb, einen Kettenantrieb und/oder einen Riemenantrieb aufweist.
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