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Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt eine mehrstufige Saugstrahlpumpe, bevorzugt für einen turboaufgeladenen Verbrennungsmotor, umfassend ein Pumpengehäuse, eine Treibdüse, eine Ansaugöffnung, mindestens eine Ansaugdüse, eine Diffusoreinrichtung sowie mindestens eine Rückstromsperreinrichtung mit einer Begrenzungswandung, derartige mehrstufige Saugstrahlpumpen sind bereits aus der
DE 10 2017 203 877 A1 ,
DE 10 2015 200 341 A1 , der
DE 198 08 548 A1 und der
US 742 618 A bekannt geworden. Aus der
DE 197 14 858 C1 und der
DE 195 12 700 A1 sind einstufige Saugstrahlpumpen bekannt, wobei die vorbezeichneten Saugstrahlpumpen mit einem Bypasskanal zur Umströmung der Saugstrahlpumpe ausgestaltet sind und wobei eine Rückströmung durch den Bypasskanal durch die Anordnung von Rückstromsperreinrichtungen verhindert wird.
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Alternativ kann es erfindungsgemäß auch vorgesehen werden die erfindungsgemäße Saugstrahlpumpe in dem Bereich der Rezirkulation von Gasen im Bereich von Brennstoffzellen und insbesondere von Wasserstoffgasen zu nutzen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor, bevorzugt für den Automobilbereich, umfassend eine erfindungsgemäße mehrstufige Saugstrahlpumpe sowie ein Ansaugrohr und einen Ladeluftauslass.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Zylinderkopfhaube mit Ölabscheider, wobei eine erfindungsgemäße mehrstufige Saugstrahlpumpe im Ölabscheider integriert oder daran bevorzugt angeformt ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Ölabscheider, wobei eine erfindungsgemäße mehrstufige Saugstrahlpumpe im Ölabscheider integriert oder daran angeformt ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Saugstrahlpumpen bekannt, welche Verwendung bei Verbrennungsmotoren mit Turboaufladern, insbesondere aus dem Automobilbereich, zur Unterdruckerzeugung für die Vornahme einer Kurbelgehäuseentlüftung und/oder einer Tankentlüftung eingesetzt werden. Für den gewünschten effizienten Betrieb der Saugstrahlpumpen ist es notwendig, dass der Wirkungsgrad der Saugstrahlpumpen auch bei sich verändernden Betriebsbedingungen der Verbrennungsmotoren hoch ist. Für den Zweck der Erzeugung von betragsmäßig hohen Unterdrücken ist der Wirkungsgrad einer einstufigen Saugstrahlpumpe am höchsten. Während des Betriebes eines Verbrennungsmotors, insbesondere im Automobilbereich, ist jedoch die Erzeugung eines hohen Saugvolumenstroms gewünscht, wobei der Wirkungsgrad einer mehrstufigen Saugstrahlpumpe im Vergleich besser als der einer einstufigen Saugstrahlpumpe ist. Dadurch bedingt, dass im Betrieb eines Verbrennungsmotors häufig unterschiedliche Lastfälle auftreten, wird im Stand der Technik eine ein- oder mehrstufige Saugstrahlpumpe verwendet, welche nicht für alle Betriebsbereiche den optimalen Wirkungsgrad bereitstellen kann.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass einstufige Saugstrahlpumpen bereits bei geringen Treibdrücken und geringen Saugvolumenströmen hohe Saugunterdrücke erzeugen können. Hingegen gelingt dies bei mehrstufigen Saugstrahlpumpen nicht, da bei den genannten Zuständen die vorderen Stufen der mehrstufigen Saugstrahlpumpen in der Regel tiefere Unterdrücke als die hinteren Saugstufen benötigen, wodurch bei Vorliegen lediglich eines geringen Treibdrucks und eines geringen Saugvolumenstroms es aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Saugstufen zu einer Rückströmung von den hinteren Stufen zu den vorderen Saugstufen kommen kann, wodurch der Saugvolumenstrom der mehrstufigen Saugstrahlpumpen reduziert wird und der Wirkungsgrad der mehrstufigen Saugstrahlpumpe einbricht.
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Weiterhin treten bei dem Anwendungsfall einer Kurbelgehäuseentlüftung, wobei Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse abgesaugt werden, aufgrund des Betriebs des Verbrennungsmotors höchst dynamisch unterschiedliche Fluidmengen und - drücke im Kurbelgehäuse auf, welche es mit der Saugstrahlpumpe abzusaugen gilt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Saugstrahlpumpen können sich den dynamischen Bedingungen nur unzureichend anpassen.
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Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mehrstufige Saugstrahlpumpe bereitzustellen, welche über jegliche wechselnde Betriebszustände des Verbrennungsmotors einen möglichst gleichbleibenden Wirkungsgrad ermöglicht und die benötigte Saugleistung auch unter dynamisch veränderlichen Betriebszuständen bereitstellen kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine mehrstufige Saugstrahlpumpe gemäß Anspruch 1, einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 12, eine Zylinderkopfhaube mit Ölabscheider gemäß Anspruch 14 sowie einen Ölabscheider gemäß Anspruch 15.
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Bei der erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe ist eine erste Ansaugdüse in dem Pumpengehäuse derart zwischen der Treibdüse und der Diffusoreinrichtung angeordnet, dass diese eine erste und zweite Saugstufe gegenüber der Ansaugöffnung ausbildet, optional kann zwischen der ersten Ansaugdüse und der Diffusoreinrichtung in dem Gehäuse mindestens eine weitere Ansaugdüse zur Ausbildung mindestens einer weiteren Saugstufe angeordnet werden. Weiterhin ist erfindungsgemäß zwischen der Ansaugöffnung und mindestens einer der zweiten und/oder mindestens einen weiteren Saugstufe eine Rückstromsperreinrichtung mit einer Begrenzungswandung derart angeordnet, eine Rückströmung eines Fluides von der mindestens einen zweiten und/oder mindestens einen weiteren Saugstufe zu der Saugöffnung bzw. den vorderen Saugstufen zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird unter einem turboaufgeladenen Verbrennungsmotor verstanden, dass ein Turbolader an dem Verbrennungsmotor, insbesondere an einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, besonders bevorzugt eines Personenkraftwagens, angeordnet wird.
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Die erfindungsgemäße mehrstufige Saugstrahlpumpe ist derart ausgebildet, dass in dem Pumpengehäuse ein Strömungskanal für ein Fluid, wie beispielsweise Luft, ausgebildet ist. An einem ersten Eintrittsende des Strömungskanals ist die Treibdüse angeordnet, wobei an dem zweiten gegenüberliegenden Ende des Kanals die Diffusoreinrichtung angeordnet bzw. als Teil des Kanals ausgebildet ist. Fluidal mit dem Kanal ist bevorzugt seitlich abgehend als Ansaugöffnung ein weiterer Fluidkanal ausgestaltet.
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Zum Betrieb der mehrstufigen Saugstrahlpumpe wird über die Treibdüse ein sogenannter Treibstrom in das Pumpengehäuse zugeführt, insbesondere kann dabei die Treibdüse unmittelbar an den Ladeluftauslass des Turboladers bzw. eines Verdichters angeschlossen bzw. mit diesem fluidal verbunden werden, derart, dass über die Treibdüse ein Treibstrom in das Pumpengehäuse und genauer in den Strömungskanal eingebracht wird. Der eingebrachte Treibstrom verlässt nach Durchlaufen des Pumpengehäuses über die Diffusoreinrichtung wiederum die Saugstrahlpumpe und kann beispielsweise wieder einem Ansaugrohr des Turboladers zugeführt werden. Die Treibdüse kann dabei insbesondere als Lavaldüse ausgebildet werden. Während des Betriebs der Saugstrahlpumpe tritt das Treibmedium mit möglichst hoher Geschwindigkeit aus der Treibdüse aus und tritt in das Pumpengehäuse bzw. genauer den Kanal des Pumpengehäuses ein. Aufgrund des Austritts des Treibmediums über die Treibdüse in den Kanal entsteht ein statischer Druckabfall in dem Pumpengehäuse, wodurch über die Ansaugöffnung bzw. den seitlichen Ansaugkanal ein zu förderndes Fluid in das Pumpengehäuse eingesogen bzw. durch das Treibmedium mitgerissen wird. Der Saugeffekt der erfindungsgemäßen Saugstrahlpumpe wird durch die Anordnung der Diffusoreinrichtung sowie mindestens einer Ansaugdüse sowie Rückstromsperreinrichtung mit Begrenzungswandung verstärkt.
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Durch die Anordnung mindestens einer Ansaugdüse in dem Kanal des Pumpengehäuses zwischen der Treibdüse und der Diffusoreinrichtung werden mindestens zwei Ansaugstufen gegenüber der Ansaugöffnung bzw. dem Ansaugkanal ausgebildet.
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Beispielsweise bei der Vorsehung lediglich einer Ansaugdüse in dem Kanal wird in dem Kanalabschnitt zwischen der Treibdüse und der Ansaugdüse eine erste Ansaugstufe und zwischen der Ansaugdüse und der Diffusoreinrichtung eine zweite Ansaugstufe gegenüber der Ansaugöffnung bzw. dem seitlichen Ansaugkanal ausgebildet.
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Erfindungsgemäß können jedoch auch weitere Ansaugdüsen über eine erste Ansaugdüse hinaus in dem Strömungskanal vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein Pumpengehäuse mit zwei Ansaugdüsen zwischen der Treibdüse und der Diffusoreinrichtung vorgesehen werden, wobei zwischen der Treibdüse und der in Strömungsrichtung ersten Ansaugdüse eine erste Saugstufe zwischen der ersten Ansaugdüse und der zweiten Ansaugdüse eine zweite Saugstufe und zwischen der zweiten Ansaugdüse und der Diffusoreinrichtung eine dritte Saugstufe ausgebildet wird.
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In den Saugstufen können ab der zweiten Saugstufe bzw. in den weiteren höheren Saugstufen erfindungsgemäß Rückstromsperreinrichtungen mit Begrenzungswandungen ausgebildet werden. Hierbei wird es ermöglicht, über die Rückstromsperreinrichtungen bestimmte Saugstufen der mehrstufigen Saugstrahlpumpe gegenüber der Ansaugöffnung inaktiv zu schalten, wobei die Rückstromsperreinrichtung bei Deaktivierung einer Saugstufe sich im geschlossenen Zustand befindet und die Verbindung zwischen der betreffenden Saugstufe und der Ansaugöffnung fluiddicht verschließt.
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Die Saugwirkung der Ansaugöffnung kann insbesondere zur Gehäuseentlüftung des Kurbelgehäuses als auch zur Tankentlüftung sowie zum Abführen von sogenannten Blow-by-Gasen genutzt werden.
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Die Rückstromsperreinrichtung ist von einer ersten Position, in welcher der Strömungskanal zwischen der Ansaugöffnung und der jeweiligen Saugstufe, an welcher die Rückstromsperreinrichtung angeordnet ist, geschlossen ist, in eine zweite Position verlagerbar, in welcher der Strömungskanal der Rückstromsperreinrichtung geöffnet ist, wobei die Verlagerung von der ersten in die zweite Position bei Überschreiten einer definierten Druckdifferenz zwischen der Ansaugöffnung und der jeweiligen Saugstufe bewirkt wird. In der Saugstufe muss zum Öffnen bzw. Überführen der Rückstromsperreinrichtung in die zweite Position in der Saugstufe ein geringerer bzw. niedriger Druck als im Vergleich im Bereich der Ansaugöffnung vorliegen. In dem Fall einer inaktiven Ansaugdüse bzw. inaktiven respektiven Saugstufe befindet sich die im Bereich der betreffenden Ansaugdüse bzw. Saugstufe angeordnete Rückstromsperreinrichtung in der geschlossenen/ersten Position. In dieser Position saugt der Ansaugdruck der vorherigen bzw. benachbarten Stufen die Rückstromsperreinrichtung in die erste/geschlossene Position, sobald sich die Druckdifferenz umkehrt, öffnet die Rückstromsperreinrichtung unmittelbar und die betreffende Ansaugdüse und Saugstufe der Saugstrahlpumpe wird aktiviert.
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In einer alternativen Ausgestaltungsform der zuvor dargestellten Rückstromsperreinrichtung kann es ebenfalls vorgesehen sein, diese als aktiv steuerbares Ventil auszugestalten. Die Rückstromsperreinrichtung kann in dieser alternativen Ausgestaltungsform aktiv von der ersten Position in die zweite Position und umgedreht verlagerbar sein. Beispielsweise kann die Rückstromsperreinrichtung als elektrisch schaltbares Ventil ausgestaltet werden, wobei das Ventil aufgrund elektrischer Steuersignale von einer ersten in die zweite Position und umgedreht verlagerbar ist. Insbesondere können dabei auch Sensorvorrichtungen mit einer Steuerungsvorrichtung für das elektrisch angesteuerte Ventil derart verbunden werden, dass in Abhängigkeit von detektierten Sensorsignalen die aktiv gesteuerte Rückstromsperreinrichtung in den geöffneten bzw. geschlossenen Zustand geschaltet wird. Bevorzugt kann es dabei vorgesehen werden, dass die aktiv steuerbare Rückstromsperreinrichtung mit der Motorsteuerung bzw. der Fahrzeugsteuerung derart verbunden ist, in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors und/oder des Fahrzeugs entsprechende Signale zum Öffnen bzw. Schließen der mindestens einen Rückstromsperreinrichtung zu erhalten. Derart kann die Rückstromsperreinrichtung aktiv in Abhängigkeit des aktuell vorliegenden Betriebszustandes des Verbrennungsmotors zu- bzw. abgeschaltet werden und insbesondere die mehrstufige erfindungsgemäße Saugstrahlpumpe höchst dynamisch an das vorliegende Verhalten bzw. den vorliegenden Betriebszustand des Verbrennungsmotors angepasst werden.
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Die erfindungsgemäße mehrstufige Saugstrahlpumpe weist dabei den Vorteil auf, dass durch die Vorsehung mindestens einer Rückstromsperreinrichtung einzelne Saugstufen der mehrstufigen Saugstrahlpumpe je nach vorliegenden Druckverhältnissen automatisch aktiviert bzw. deaktiviert werden, derart, dass die mehrstufige Saugstrahlpumpe immer mit einer wirkungsgradoptimierten Anzahl an Saugstufen betrieben wird. Weiterhin wird eine Rückströmung eines Fluides zu einer stromabwärts liegenden Saugstufe verhindert.
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Erfindungsgemäß kann weiterhin im Pumpengehäuse mindestens eine zusätzliche Begrenzungswandung unabhängig von der mindestens einen Rückstromsperreinrichtung vorgesehen werden, wobei die Begrenzungswandung zwischen der Ansaugöffnung und einer Ansaugdüse derart angeordnet ist, dass die Begrenzungswandung einen Fluidaustausch zwischen den durch die Ansaugdüse gebildeten Saugstufen verhindert.
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Die mindestens eine Rückstromsperreinrichtung kann als Rückschlagventil ausgeführt werden.
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Die Ansaugdüsen verfügen über einen Düsenkörper, welcher gegenüber einem Fluidstrom einen Strömungsquerschnitt zum Durchlass eines Fluides aufweist.
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Bevorzugt weist die mindestens eine Ansaugdüse in deren Einlaufbereich eine den Strömungsquerschnitt verjüngenden Einlaufradius in Form einer Einlauftulpe auf. Der Strömungsquerschnitt entlang der Strömungsrichtung in dem Bereich der Ansaugdüse nach der Einlauftulpe kann einen im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt aufweisen.
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Bevorzugt kann die Einlauftulpe als Mantelfläche eines Kegelstumpfes oder als Mantelfläche eines Pyramidenstumpfes ausgebildet werden, wobei die Mantelfläche besonders bevorzugt entlang der Strömungsrichtung einen gekrümmten Oberflächenverlauf, insbesondere einen konvexen Oberflächenverlauf, aufweist. Im Bereich des gleichbleibenden Strömungsquerschnitts kann bevorzugt ein zylindrischer oder prismatischer Strömungsquerschnitt erfindungsgemäß vorgesehen werden. Bevorzugt kann es vorgesehen werden, dass die mindestens eine Ansaugdüse einen sich zu deren Auslassende verjüngenden Außenradius aufweist.
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Weiterhin bevorzugt wird im Bereich des Auslassendes der Ansaugdüse eine Auslassspitze ausgebildet, wobei die Materialdicke der Ansaugdüse bei gleichbleibendem Strömungsquerschnitt im Bereich des Auslassendes sich zunehmend zu dem Auslassende reduziert. Die Außenfläche der Ansaugdüse kann dabei auch durch die Mantelfläche eines Pyramidenstumpfes gebildet werden, wobei sich die Querschnittsfläche in Strömungsrichtung verringert, besonders bevorzugt kann die Mantelflächenströmungsrichtung einen konkaven Oberflächenverlauf aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Rückstromsperreinrichtung einen Ventilkörper umfasst, der als Federblech ausgeführt ist, welches optional eine Vorspannung aufweist. Die Vorsehung eines Federbleches als Ventilkörper der Rückstromsperreinrichtung weist den Vorteil auf, dass durch die gezielte Einstellung der Materialeigenschaften des Federbleches wie insbesondere der elastischen Eigenschaften und der Biegesteifigkeit des Federbleches gezielt der Unterdruck, bei welcher die Verlagerung des Ventilkörpers von der ersten geschlossenen Stellung in die zweite geöffnete Stellung sich vollzieht, einstellbar ist. Folglich kann durch die vorgenannten Materialeigenschaften des Federblechs, aber auch durch die Abmessungen des Federbleches, die gewünschte Druckdifferenz zum Überführen des Ventils und damit Aktivieren der jeweiligen Ansaugstufe gezielt eingestellt werden kann. Durch das Einbringen einer Vorspannung in das Federblech kann der Unterdruck zum Überführen des Ventilkörpers in die zweite Position weiterhin gezielt erhöht bzw. beeinflusst werden.
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Das Federblech ist von einer ersten Position, in welcher der Strömungskanal zwischen der Ansaugöffnung und der Saugstufe durch das Federblech verschlossen ist, in eine zweite Position verlagerbar, in welcher der Strömungskanal geöffnet ist. Die Verlagerung von der ersten in die zweite Position wird bei Überschreiten einer definierten Druckdifferenz zwischen der Ansaugöffnung und der jeweiligen Saugstufe bewirkt, wobei in der Saugstufe zum Öffnen/Überführen des Federblechs in die zweite Position in der Saugstufe ein niedrigerer Druck als im Bereich der Ansaugöffnung vorliegen muss. Durch Vorsehung einer Vorspannung im Federblech wird das Federblech von der zweiten Position in die erste Position zurückgeführt bzw. gedrückt werden, derart, dass dieses nach Unterschreiten der definierten Druckdifferenz wieder in den geschlossenen Ausgangszustand zurückkehrt.
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In einer weiterhin besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, das Federblech in Form eines Spiralventils auszugestalten, wobei insbesondere das Spiralventil aus einem einteiligen Federblech gebildet wird. Dabei werden aus dem Federblech derart Teilbereiche ausgestanzt, dass ein Zentralbereich und ein den Zentralbereich umgebenden Ringbereich ausgebildet wird, wobei der Ringbereich über mehrere Materialstege mit dem Zentralbereich verbunden ist und wobei die Materialstege den Zentralbereich bevorzugt spiralförmig umgeben. Der Zentralbereich des Federbleches bildet den eigentlichen Ventilkörper des Ventils zum Öffnen und Verschließen eines Fluidkanals. Das Spiralventil weist in der ersten/geschlossenen Position eine flache Ebene auf, wobei der Zentralbereich und der Ringbereich eine gemeinsame Ebene bilden. Zum Öffnen des Spiralventils wird der Zentralbereich gegenüber dem Ringbereich im Wesentlichen orthogonal zu gemeinsamen Ebene ausgelenkt, wobei der Ringbereich in der Ursprungsebene verbleibt. Der Zentralbereich wird dabei gegen die Rückstellkraft der Materialstege ausgelenkt, welche bei der Auslenkung elastisch verformt werden. Die Materialstege agieren folglich als integrierte Federelemente des Spiralventils zu Rückstellung des Zentralbereiches. Über die Länge und Geometrie der Materialstege ist die Rückstellkraft des Spiralventils und damit auch der benötigte Unterdruck zum Öffnen bzw. Schließen des Spiralventils wählbar. Durch die Geometrie und Länge der Materialstege kann die resultierende Biegesteifigkeit und damit die notwendige Druckdifferenz zum Überführen des Ventilkörpers von der ersten in die zweite Position gezielt beeinflusst werden.
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Erfindungsgemäß kann es vorgesehen werden, die Rückstromeinrichtung mit einem Ventilkörper auszugestalten, der als Elastomer oder Kunststoffmembran ausgeführt ist.
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Insbesondere kann es vorgesehen sein, die Rückstromsperreinrichtung als Rückschlagventil mit einem Ventilkörper auszugestalten, welcher als Ventilkörper ein Kugelventil umfasst, wobei die Kugel des Kugelventils bevorzugt aus einem Metall oder Kunststoff ausgebildet ist.
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Es kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, die mindestens eine Rückstromsperreinrichtung mittels der vorliegenden natürlichen Schwerkraft, mittels einer Federkraft, durch eine Vorspannkraft aufgrund eines Druckunterschiedes oder durch die Saugkraft der Strömung einer angrenzenden Ansaugdüse von der zweiten offenen Position in die erste geschlossene Position zu überführen.
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Die Nutzung der vorgenannten Kräfte zur Überführung der Rückstromsperreinrichtung in die erste geschlossene Position ausgehend von der zweiten offenen Position weist den Vorteil auf, dass die Rückstromsperreinrichtung jeweils einen spezifischen definierten Zustand aufweist und im Ruhezustand der erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe zunächst geschlossen ist und erst nach Anlaufen der mehrstufigen Saugstrahlpumpe und Einstellen der definierten Druckverhältnisse eine mögliche Verlagerung der Rückstromsperreinrichtung in die zweite geöffnete Position vollzogen wird. Derart, dass die erfindungsgemäße mehrstufige Saugstrahlpumpe ebenfalls über ein verbessertes Anlaufverhalten verfügt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, die Begrenzungswandung einteilig mit der Ansaugdüse auszugestalten, oder wobei die Begrenzungswandung einteilig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet ist und bevorzugt als integrales Spritzgussteil hergestellt ist. Die einteilige Ausgestaltung der Begrenzungswandung mit der Ansaugdüse oder dem Pumpengehäuse weist den Vorteil auf, dass aufgrund der einteiligen Ausführung der vorgenannten Bauteile ein fluiddichter Abschluss zwischen den Bauteilen gewährleistet ist und keine zusätzlichen Dichtungselemente zwischen den Bauteilen vorgesehen werden müssen. Weiterhin können durch die einteilige Ausführung der Bauteile eine höhere strukturelle Integrität der Bauteile untereinander gewährleistet werden, was wiederum zu einer erhöhten Lebensdauer und reduzierten Anfälligkeit gegenüber den vorliegenden Betriebsbedingungen führt. Es kann auch vorgesehen werden, das Pumpengehäuse mit der mindestens einen Ansaugstufe und Begrenzungswandung einteilig auszugestalten, wobei das Pumpengehäuse in diesem Fall als Halbschalenelemente gefertigt wird.
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Insbesondere kann es vorgesehen sein, das Pumpengehäuse aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Polyamid auszubilden. Besonders bevorzugt kann ein glasfaserverstärktes Polyamid als Werkstoff für das Pumpengehäuse eingesetzt werden.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein die Treibdüse und/oder die mindestens eine Ansaugdüse aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Metallwerkstoff mit einer hohen Wärmeleitkapazität beispielsweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung auszubilden. Die Verwendung von metallischen Werkstoffen weist den Vorteil einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit gegenüber den Kunststoffteilen auf. Hierdurch wird es ermöglicht in bestimmte Bereiche der erfindungsgemäßen Saugstrahlpumpe Wärme einzubringen um beispielsweise ein Vereisen bzw. Einfrieren von Bauteilen zu verhindern.
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Das Pumpengehäuse kann als durchgehendes Spritzgussteil oder zumindest anteilig als einander angepasste Halbschalenelemente im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Pumpengehäuse und/oder die mindestens eine Treibdüse und/oder die mindestens eine Begrenzungswandung aneinander angepasste Anlageflächen aufweisen, wobei die Begrenzungswandung und/oder die Treibdüse über die aneinander angepassten Anlageflächen in dem Pumpengehäuse geführt und ausgerichtet ist.
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Die aneinander angepassten Anlageflächen der mindestens einen Treibdüse und/oder der Begrenzungswandung können dabei jeweils an einer entsprechend angepassten mindestens einen Anlagefläche des Pumpengehäuses anliegen und/oder an weiteren Anlageflächen von weiteren Treibdüsen und/oder Begrenzungswandungen anliegen.
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Insbesondere kann es vorgesehen sein, die Anlageflächen des Pumpengehäuses entlang der Strömungsrichtung von der Treibdüse zu der Diffusoreinrichtung konisch zulaufend auszugestalten und die in dem Pumpengehäuse vorzusehenden Treibdüsen und/oder die Begrenzungswände mit an den Konus und die Position angepassten Außenflächen bzw. Außenabmessungen der Elemente vorzusehen. Derart, dass sich die anzuordnenden Elemente bei dem Einführen in das Pumpengehäuse über den vorgesehenen Konus selbst zentrieren und ausrichten sowie in der gewünschten finalen Position klemmen bzw. verriegeln. Die mindestens eine Begrenzungswandung oder die mindestens eine Treibdüse können über die Anlageflächen mit dem Pumpengehäuse verklebt oder mittels Schweißverfahren, wie beispielsweise Ultraschweißverfahren, verbunden und gleichzeitig fluiddicht abgeschlossen werden. Es kann vorgesehen sein, die fluidale Abdichtung der mindestens einen Begrenzungswand und/oder der mindestens einen Treibdüse gegenüber dem Pumpengehäuse über die mindestens eine Anlagefläche vorzunehmen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Pumpengehäuse einteilig mit der Diffusoreinrichtung ausgeführt ist und mit dieser einen durchgehenden Strömungskanal bildet, in welchem die mindestens eine Ansaugdüse und/oder die mindestens eine Rückstromsperreinrichtung mit der Begrenzungswandung über eine erste Öffnung einsetzbar ausgestaltet ist, wobei die Treibdüse in die Öffnung des Strömungskanals einsetzbar ist und bevorzugt fluiddicht in die Öffnung einsetzbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Pumpengehäuse, die Ansaugöffnung und bevorzugt die Diffusoreinrichtung einteilig ausgebildet sind.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, das Pumpengehäuse einteilig mit der Treibdüse und der Ansaugöffnung auszugestalten. Weiterhin kann es vorgesehen werden, das Pumpengehäuse einteilig mit der Ansaugöffnung der Diffusoreinrichtung und der Treibdüse auszugestalten, wobei das Pumpengehäuse dann zumindest anteilig als Halbschalenelemente ausgebildet wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Pumpengehäuse im Bereich der ersten und zweiten Saugstufe bis zu der Rückstromsperreinrichtung als durchgängiges Gehäuse ausgebildet ist, wobei das Pumpengehäuse bevorzugt im übrigen Bereich als Halbschalenelemente ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung weiterhin einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor, bevorzugt für den Automobilbereich, welcher eine mehrstufige Saugstrahlpumpe mit den vorgeschriebenen Merkmalen und bevorzugten Ausführungsformen, ein Ansaugrohr und einen Ladeluftauslass umfasst, wobei die Saugstrahlpumpe im Ansaugrohr integriert und/oder daran angeordnet ist, wobei die Treibdüse mit dem Ladeluftauslass des Turboladers fluidal verbunden ist und wobei der Auslass der Diffusoreinrichtung mit dem Ansaugrohr des Turboladers wiederum verbunden ist.
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Es kann dabei vorgesehen sein, das Pumpengehäuse und die Treibdüse oder das Pumpengehäuse und die Diffusoreinrichtung einteilig mit dem Turbolader auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Zylinderkopfhaube mit einem Ölabscheider, wobei eine mehrstufige Saugstrahlpumpe gemäß den vorbeschriebenen Merkmalen im Ölabscheider integriert oder daran bevorzugt zumindest das Pumpengehäuse einteilig angeformt ist.
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Nach einem weiter bevorzugten Aspekt der Erfindung betrifft diese einen Ölabscheider, wo mindestens eine mehrstufige Saugstrahlpumpe mit den zuvor detaillierten Ausführungsformen im Ölabscheider integriert oder daran bevorzugt zumindest das Pumpengehäuse einteilig angeformt ist.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren die vorliegende Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1A eine schematische Schnittdarstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe in der Konfiguration einer zweistufigen Saugstrahlpumpe mit einer Rückstromsperreinrichtung im ersten geschlossenen Zustand;
- 1B eine schematische Schnittdarstellung der ersten beispielhaften Ausführungsform der zweistufigen Saugstrahlpumpe gemäß 1A mit einer Rückstromsperreinrichtung im zweiten geöffneten Zustand;
- 2A eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe in der Konfiguration einer dreistufigen Saugstrahlpumpe mit zwei Rückstromsperreinrichtungen im ersten geschlossenen Zustand;
- 2B eine schematische Schnittdarstellung der dreistufigen Saugstrahlpumpe gemäß 2A, wobei die erste Rückstromsperreinrichtung im zweiten geöffneten und die zweite Rückstromsperreinrichtung im ersten geschlossenen Zustand dargestellt ist;
- 3 die Kombination einer dritten beispielhaften Ausführungsform einer mehrstufigen Saugstrahlpumpe, wobei das Pumpengehäuse der Saugstrahlpumpe einteilig mit der Treibdüse oder der Diffusoreinrichtung und einem Ansaugrohr des Turboladers ausgebildet ist;
- 4A eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe in perspektivischer Außenansicht; sowie
- 4B die dritte beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Saugstrahlpumpe in Schnittdarstellung.
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Die 1A zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemä-ßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe 1 zur Verwendung mit einem turboaufgeladenen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt). Die in der 1A dargestellte mehrstufige Saugstrahlpumpe 1 weist in der dargestellten Ausführungsform zwei Saugstufen 20a, 20b auf. Grundsätzlich umfasst die mehrstufige Saugstrahlpumpe 1 ein Pumpengehäuse 2, eine Treibdüse 3, eine Ansaugöffnung 4, eine Diffusoreinrichtung 6 sowie eine Ansaugdüse 5 und eine Rückstromsperreinrichtung 7 mit einer Begrenzungswand 71. In der 1A umfasst die mehrstufige Saugstrahlpumpe 1 lediglich eine einzige Ansaugdüse 5, welche in der beispielhaften Ausführungsform die erste Ansaugdüse 5a bildet. Die erste Ansaugdüse 5a ist dabei derart in dem Pumpengehäuse 2 zwischen der Treibdüse 3 und der Diffusoreinrichtung 6 angeordnet, dass diese eine erste Saugstufe 20a sowie eine zweite Saugstufe 20b gegenüber der Ansaugöffnung 4 ausbildet. Zwischen der Ansaugöffnung 4 und der zweiten Saugstufe 20b ist die Rückstromsperreinrichtung 7 mit der Begrenzungswandung 71 derart angeordnet, dass eine Rückströmung eines Fluides aus dem Bereich der zweiten Saugstufe 20b zu der Ansaugöffnung 4 bzw. in der ersten Saugstufe 20a verhindert wird. Die Rückstromsperreinrichtung 7 ist in der 1A in einer ersten Position dargestellt, in welcher der Strömungskanal bzw. der Fluiddurchlass zwischen Ansaugöffnung 4 und der Ansaugstufe 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Ansaugstufe 20b geschlossen ist und damit ein Fluidaustausch von der zweiten Ansaugstufe zu der Ansaugöffnung und umgedreht blockiert bzw. verhindert ist. Die dargestellte Rückstromsperreinrichtung 7 ist dabei in eine in der 1B dargestellte zweite Position verlagerbar, in welcher ein Fluidaustausch zwischen dem Bereich der Ansaugöffnung 4 und der zweiten Saugstufe 20b über die Rückstromsperreinrichtung 7 ermöglicht wird. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform gemäß den 1A und 1B ist die zweite Ansaugstufe 20b, welche zwischen der ersten Ansaugdüse 5a und der Diffusoreinrichtung 6 in der erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe 1 ausgebildet wird, über die Rückstromsperreinrichtung 7 in Abhängigkeit der vorliegenden Druckverhältnisse zu- bzw. abschaltbar.
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Bei der dargestellten Ausführungsform der mehrstufigen Saugstrahlpumpe 1 gemäß den 1A und 1B weist das Pumpengehäuse 2 einen Strömungskanal 26 für ein Fluid, wie beispielsweise Luft, auf. An einem ersten Eintrittsende 260 des Kanals 26 ist die Treibdüse 3 angeordnet, wobei in der dargestellten Ausführungsform gemäß 1 der Auslass der Treibdüse 3 gleichzeitig das Eintrittsende des Kanals 260 bildet. An dem zweiten gegenüberliegenden Ende 261 des Kanals 26 ist die Diffusoreinrichtung 6 angeordnet bzw. in der dargestellten Ausführungsform gliedert sich die Diffusoreinrichtung unmittelbar an den Kanal 26 an und bildet den eigentlichen Abschluss des Kanals 26. Fluidal mit dem Kanal 26 ist seitlich abgehend als Ansaugöffnung 4 ein weiterer Fluidkanal 40 ausgebildet, wobei in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform gemäß 1A und 1B der Fluidkanal 40 durch die einteilig mit der ersten Ansaugdüse 5a ausgeführten Begrenzungswandung 71 der Rückstromsperreinrichtung 7 der Fluidkanal 40 in eine erste und zweite Ansaugstufe 20a, 20b unterteilt wird. Für den Betrieb der mehrstufigen Saugstrahlpumpe 1 wird über die Treibdüse 3 ein sogenannter Treibstrom bzw. Treibdruck in das Pumpengehäuse 2 zugeführt, insbesondere wird dabei die Treibdüse 3 unmittelbar mit einem Ladeluftauslass 82 eines Turboladers 8 bzw. eines Verdichters verbunden. Über die Treibdüse 3 wird ein Treibstrom in das Pumpengehäuse 2 bzw. genauer den Strömungskanal 26 eingebracht, der eingebrachte Treibdruck bzw. Treibstrom verlässt nach Durchlaufen des Pumpengehäuses 2 über die Diffusoreinrichtung 6 wiederum die Saugstrahlpumpe 1 und kann beispielsweise einem Ansaugrohr 81 eines Turboladers 8 zugeführt werden. Die Treibdüse 3 kann dabei insbesondere als Lavaldüse ausgebildet werden, wobei während des Betriebs der Saugstrahlpumpe der Treibstrom mit möglichst hoher Geschwindigkeit aus der Treibdüse 3 austritt und in das Pumpengehäuse 2 eintritt bzw. genauer in den Kanal 26 des Pumpengehäuses 2 eingeströmt wird. Aufgrund des Austritts des Treibmediums über die Treibdüse 3 wird durch die Ausdehnung des Treibmediums ein statischer Druckabfall in dem Bereich des Kanals 26 des Pumpengehäuses bzw. genauer in dem Bereich der ersten Saugstufe 20a erzeugt, wodurch über die Ansaugöffnung 4 bzw. dem seitlichen Ansaugkanal 40 ein zu förderndes Fluid in das Pumpengehäuse eingesogen bzw. durch das Treibmedium mitgerissen wird. Der Saugeffekt der erfindungsgemäßen Saugstrahlpumpe 1 wird durch die Anordnung der Diffusoreinrichtung 6 sowie mindestens einer Ansaugdüse 5 verstärkt.
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Die 2A und 2B zeigen eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe 1, wobei in den 2A sowie 2B eine dreistufige Saugstrahlpumpe 1 mit zwei Rückstromsperreinrichtungen 7 mit entsprechenden Begrenzungswandungen 71 als auch einer ersten und zweiten Ansaugdüse 5a und 5b ausgestaltet ist. Zwischen der Treibdüse 3 und der ersten Ansaugdüse 5a wird die erste Saugstufe 20a ausgebildet, in dem Kanalraum zwischen der ersten und der zweiten Ansaugdüse 5a, 5b wird eine zweite Ansaugstufe 20b sowie hinter der zweiten Ansaugdüse 5b eine dritte Ansaugstufe 20c ausgebildet. Sowohl die zweite als auch dritte Saugstufe 20b und 20c sind mittels der jeweils an der zweiten Saugstufe 20b und an der dritten Saugstufe 20c angeordneten Rückstromsperreinrichtungen 7 zu- bzw. abschaltbar. Die beiden Ansaugdüsen 5a und 5b weisen jeweils in deren der Treibdüse 3 zugewandten Einlaufbereichen 51 eine den Strömungsquerschnitt der jeweiligen Ansaugdüse 52a, 52b verjüngende Einlauftulpe 53a bzw. 53b auf. Weiterhin ist in der dargestellten Saugstrahlpumpe erkennbar, dass der Strömungsquerschnitt der ersten Ansaugdüse 5a im Vergleich zu der zweiten Ansaugdüse 5b kleiner ausgestaltet ist. Weiterhin ist erkennbar, dass die Außenradien 55a und 55b sich in Richtung der Auslassenden 54a und 54b der beiden Ansaugdüsen 5a, 5b sich zunehmend verjüngen und damit im Bereich der Auslassenden 54a, 54b die jeweiligen Ansaugdüsen 5a, 5b eine Auslassspitze ausbilden. In den dargestellten Ausführungsformen gemäß 1A sowie 1B als auch 2A und 2B sind die Begrenzungswandungen 71 einteilig mit den entsprechenden Ansaugdüsen 5 ausgestaltet, ebenfalls sind die Begrenzungswandungen 71 mit dem Pumpengehäuse 2 einteilig ausgebildet. Derartige beispielhafte Ausführungsformen der mehrstufigen Saugstrahlpumpe 1 können beispielsweise über die Ausführung der erfindungsgemäßen Saugstrahlpumpe als Halbschalenelemente realisiert werden.
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Die 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Turboladers 8 für einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt), welcher eine mehrstufige Saugstrahlpumpe 1, ein Ansaugrohr 81 sowie darüber hinaus einen Ladeluftauslass 82 umfasst. Die Saugstrahlpumpe 1 ist in der dargestellten Ausführungsform unmittelbar an dem Ansaugrohr 81 des Turboladers 8 angeordnet bzw. bildet einen Anteil der Wandung des Ansaugrohrs 81. Wie dies der 5 entnehmbar ist, ist die Treibdüse 3 der mehrstufigen Saugstrahldüse 1 mit dem Ladeluftauslass 82 des Turboladers 8 verbunden und der Auslass 61 der Diffusoreinrichtung 6 ist wiederum mit dem Ansaugrohr 81 fluidal verbunden.
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Die 4A und 4B zeigen eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Saugstrahlpumpe, wobei der 4B eine Schnittdarstellung der mehrstufigen Saugstrahlpumpe 1 entnehmbar ist. Die dargestellte Saugstrahlpumpe verfügt über drei Saugstufen 20a, 20b und 20c, wobei lediglich die dritte Ansaugstufe 20c gegenüber den beiden vorausgehenden Ansaugstufen 20b und 20a durch eine Begrenzungswand 71 abgegrenzt ist. Im Bereich der dritten Saugstufe 20c ist eine Rückstromsperreinrichtung 7 angeordnet. Wie der 4 entnehmbar ist, ist das Pumpengehäuse 2 einteilig mit der Diffusoreinrichtung 6 ausgestaltet. Die beiden Ansaugdüsen 5a und 5b als auch die Treibdüse 3 verfügen jeweils über Anlageflächen 5f, 3f, wobei die Ansaugdüsen 5 bzw. die Treibdüse 3 über die Anlageflächen in dem Pumpengehäuse 2 geführt und gegenüber dem Pumpengehäuse 2 durch die Anlageflächen ausgerichtet sind. Wie dies der 4B ebenfalls entnehmbar ist, ist die zweite Ansaugdüse 5b einteilig mit der Begrenzungswandung 71 ausgeführt, wobei die Begrenzungswandung 71 eine Anlagefläche 71f zur Anlage an der Gehäusewandung 2 und Ausrichtung gegenüber dem Gehäuse 2 aufweist. Die Treibdüse 3 ist ebenfalls über mehrere Anlageflächen 3f in dem Pumpengehäuse 2 anliegend angeordnet sowie ausgerichtet und über die Anlageflächen 3f gegenüber dem Pumpengehäuse 2 abgedichtet.
