DE10238527A1 - Electrically driven flow compressor especially for a motor vehicle combustion engine has a by pass function through an up and down movement of compressor wheel - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft, insbesondere von Verbrennungsluft für eine kraftfahrzeugtechnische Verbrennungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a device for compressing combustion air, in particular combustion air for one Automotive internal combustion engine with the features of the generic term of claim 1.
Es ist bekannt, die Leistungsdichte einer Brennkraftmaschine durch Verdichtung der zur Verbrennung des Kraftstoffes benötigten Ladeluft mittels eines Abgasturboladers zu erhöhen. Der Abgasturbolader weist dabei eine Turbine auf, die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist und einen, in der Ladeluftzuführung der Brennkraftmaschine angeordneten Verdichter betreibt.It is known the power density an internal combustion engine by compressing the combustion of the Fuel needed Increase charge air using an exhaust gas turbocharger. The exhaust gas turbocharger points thereby a turbine on the exhaust gas flow of the internal combustion engine is arranged and one, in the charge air supply of the internal combustion engine arranged compressor operates.
Derartige Abgasturbolader weisen den Nachteil eines Verzögerten und unzureichenden Ansprechverhaltens bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine (so genanntes „Turboladerloch") auf.Such turbochargers have the disadvantage of a delayed one and inadequate response at low engine speeds (so-called "turbocharger hole").
Zur Verbesserung der Ladeluftzuführung, speziell im Bereich niedriger Drehzahlen der Brennkraftmaschine, ist es bekannt, den Abgasturbolader mittels eines elektrischen Hilfsantriebes zu unterstützen. Dies kann beispielsweise durch einen in den Abgasturbolader integrierten Elektromotor erreicht werden. Dieser Elektromotor treibt dann die Welle des Verdichters des Abgasturboladers bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine an.To improve the charge air supply, especially in the low engine speed range, it is known the exhaust gas turbocharger by means of an electrical auxiliary drive support. This can be done, for example, by an integrated in the exhaust gas turbocharger Electric motor can be reached. This electric motor then drives the Turbocharger compressor shaft at low engine speed the internal combustion engine.
Dieser Hybridantrieb eines Abgasturboladers erfordert sowohl eine hohe Drehzahlbelastbarkeit des Elektromotors, als auch einen hohen elektrischen Leistungsbedarf auf Grund der hohen Massenträgheitsmomente der in hitzebeständigem Stahl ausgeführten Turbine eines Abgasturboladers. Darüber hinaus vergrößert sich das Einbauvolumen eines solchen Abgasturboladers durch die Integration eines Elektromotors erheblich.This hybrid drive of an exhaust gas turbocharger requires both a high speed load capacity of the electric motor, as well as a high electrical power requirement due to the high moments of inertia the turbine made of heat-resistant steel of an exhaust gas turbocharger. About that also increases the installation volume of such an exhaust gas turbocharger through the integration of an electric motor considerably.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist
beispielsweise aus der
Im Bereich hoher Drehzahlen der Brennkraftmaschine,
der wiederum zu einer hohen Drehzahl des Abgasturboladers und damit
zu einem hohen Durchsatz an Ladeluft allein auf Grund der Förderwirkung
des Abgasturboladers führt,
wird eine Bypass-Lösung
verwandt, um die Ladeluft unter Umgehung des dann nicht mehr benötigten,
elektrischen Zusatzverdichters direkt dem Kompressor des Abgasturboladers
zuzuführen.
Hierzu kann beispielsweise, wie in der
In der
Insbesondere ergeben sich bei einer
Bypasslösung
gemäß der
Der erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Ladeluft-Verdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ennöglicht es, einen elektrischen Turboverdichter in der Ladeluftzuführung einer Brennkraftmaschine in Reihe mit einem Abgasturbolader zu betreiben, ohne dass ein separater Bypass-Kanal zur Umgehung des Turboverdichters benötigt wird.The electrically driven according to the invention Charge air compressor with the features of claim 1 avoids the disadvantages occurring in the prior art and enables an electric turbocompressor in the charge air supply of an internal combustion engine operate in series with an exhaust gas turbocharger without the need for a separate one Bypass channel to bypass the turbocompressor is required.
Dadurch, dass das Verdichterrad des elektrischen Zusatzverdichters relativ zur antreibenden Welle verschiebbar ist, ist es möglich, auf einen separaten Bypasskanal zu verzichten. Insbesondere ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen Bypasskanal mit zugehörigem Rückschlagventil einzusparen. Die Montage eines Zusatzverdichters kann erheblich erleichtert werden und der Platzbedarf sowie die Kosten können deutlich verringert werden. Darüber hinaus lässt sich das Gesamtsystem thermodynamisch optimieren.The fact that the compressor wheel of electrical auxiliary compressor can be moved relative to the driving shaft is it is possible to dispense with a separate bypass channel. In particular it is advantageously possible a bypass channel with associated check valve save. The installation of an additional compressor can be considerable can be facilitated and the space requirement and costs can be significantly reduced be reduced. About that lets out the overall system is optimized thermodynamically.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.Advantageous further training and embodiments the invention are made possible by the features contained in the subclaims.
Das Verdichterrad des elektrisch angetriebenen Ladeluft-Verdichters lässt sich im Verdichterraum aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition und zurück derart verschieben, dass das Verdichterrad in der Ruheposition zumindest teilweise aus dem Verdichterabschnitt des Verdichterraums entfernt ist.The compressor wheel of the electrically driven charge air compressor can be moved in the compressor room from a rest position to a working position and back in such a way that the compressor rad is at least partially removed from the compressor section of the compressor chamber in the rest position.
In vorteilhafter Weise lässt sich das Verdichterrad in axialer Richtung relativ zur antreibenden Welle in den Verdichterabschnitt des Verdichterraumes hinein bzw. auch wieder herausfahren. Auf diese Weise ist es möglich, den ohnehin im Zusatzverdichter vorhandenen Strömungskanal auch als Bypasskanal zu nutzen. Diese Integration von Bypass und Verdichter in einem Gehäuse führt zu einem deutlich verringerten Bauraumbedarf und somit zu einer kompakten Baueinheit für den elektrischen Zusatzverdichter.In an advantageous manner the compressor wheel in the axial direction relative to the driving shaft into the compressor section of the compressor chamber or also drive out again. In this way it is possible to use the additional compressor anyway existing flow channel can also be used as a bypass channel. This integration of bypass and compressor in one housing leads to a significantly reduced space requirement and thus a compact Unit for the additional electric compressor.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters weist die Nabe des Verdichterrades einen Verschiebesitz auf, der in Form eines Reiters relativ zu der das Verdichterrad antreibenden Welle verschiebbar ist. Ein hülsenförmiger Verschiebesitz für das Verdichterrad ermöglicht es, dass das Verdichterrad in seiner Ruheposition ein Stück weit über die Welle geschoben werden kann und somit einen direkten Durchgang der Ladeluft von der Ansaugseite (Einlasskanal) des Zusatzverdichters zu seiner Druckseite (Auslassbereich) ermöglicht.In an advantageous embodiment of the additional compressor according to the invention the hub of the compressor wheel has a sliding seat that in the form of a rider relative to that driving the compressor wheel Shaft is displaceable. A sleeve-shaped sliding seat for the Compressor wheel enables that the compressor wheel is in its rest position a little way above the Shaft can be pushed and thus a direct passage of the Charge air from the intake side (intake duct) of the additional compressor to its pressure side (outlet area).
Die das Verdichterrad antreibende Welle besitzt im Bereich ihres dem Verdichterrad zugewandten Endes einen Mitnehmer, beispielsweise in Form eines Stiftes oder einer Kugel, der in axialer Richtung in den Verschiebesitz des Verdichterrades beweglich ist, in radialer Richtung jedoch eine Momentenübertragung der Antriebswelle auf das Verdichterrad ermöglicht.The one driving the compressor wheel Shaft has in the area of its end facing the compressor wheel a driver, for example in the form of a pen or one Ball in the axial direction in the sliding seat of the compressor wheel is movable, but a torque transmission in the radial direction the drive shaft on the compressor wheel.
In vorteilhafter Weise besitzt der Verschiebesitz des Verdichterrades eine Führung für den Mitnehmer der Antriebswelle, die eine Steigung aufweist, so dass durch die Aktivierung der Antriebswelle die Mitnehmerstruktur im Verschiebesitz des Verdichterrades verfahren wird, und sich somit der Abstand des Verdichterrades zum verdichterradseitigen Ende der Antriebswelle ändert.Advantageously, the Sliding fit of the compressor wheel, a guide for the driver of the drive shaft, which has a slope, so that by activating the drive shaft move the driver structure in the sliding seat of the compressor wheel is, and thus the distance from the compressor wheel to the end of the compressor wheel the drive shaft changes.
Die Führung für die Mitnehmerstruktur der Antriebswelle im Verschiebesitz ist an der Innenfläche des als Hülse ausgebildeten Verschiebesitzes des Verdichterrades ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache, platzsparende Realisierung des Verschiebemechanismus für das Verdichterrad. Darüber hinaus ermöglicht es diese Ausgestaltung, dass der Verschiebesitz in einfacher Weise über das verdichtreradseitige Ende der Antrienbswelle geschoben werden kann, so dass der Verdichterraum als Bypass-Kanal freigegeben werden kann.The guide for the drive structure of the drive shaft is in the sliding seat on the inner surface of the sleeve Displacement seat of the compressor wheel is formed. This enables one simple, space-saving implementation of the displacement mechanism for the compressor wheel. Furthermore allows it this configuration that the sliding seat in a simple manner on the end of the drive shaft on the compressor wheel side can be pushed, so that the compressor room can be released as a bypass channel.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters sind elastische Mittel zwischen dem Verdichterrad und der das Verdichterrad antreibenden Welle vorgesehen, die das Verdichterrad in seine Ruheposition bringen, falls der die Welle antreibende Elektromotor abgeschaltet ist. Hierzu lassen sich beispielsweise entsprechend angebrachte Federelemente verwenden. Darüber hinaus kann ein solches elastisches Mittel auch als Anschlag, d.h. als axiale Begrenzung für den Verschiebeweg des Verdichterrades relativ zur Antriebswelle genutzt werden. Ein Anschlag mit Gummidämpfung, die beispielsweise auf das Ende der Welle aufgebracht ist, ist ebenso möglich und führt zusätzlich zu einer Reduzierung der Geräuschentwicklung bei Verfahren der Verdichterrades in seine Endpositionen.In an advantageous embodiment of the additional compressor according to the invention are elastic means between the compressor wheel and the compressor wheel driving shaft provided that the compressor wheel in its rest position bring if the electric motor driving the shaft is switched off. For this purpose, for example, appropriately attached spring elements use. About that In addition, such an elastic means can also be used as a stop, i.e. as an axial limitation for used the displacement of the compressor wheel relative to the drive shaft become. A rubber cushion stop that for example, is applied to the end of the shaft is also possible and leads additionally to reduce noise when moving the compressor wheel to its end positions.
Mit dem erfindungsgemäßen, elektrisch angetriebenen Ladeluft-Verdichter mit integrierter Bypassfunktion lässt sich ein thermodynamisch optimiertes Gesamtsystem realisieren, dessen Montage erheblich erleichtert und dessen Platzbedarf und Kosten deutlich verringert werden konnten.With the inventive, electrical driven charge air compressor with integrated bypass function let yourself implement a thermodynamically optimized overall system, the Installation considerably easier and its space requirements and costs could be significantly reduced.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den nachfolgenden Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele des Ladeluft-Verdichters zu entnehmen.Further advantages of the device according to the invention are in the following drawings and the associated description some embodiments of the charge air compressor.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen, elektrisch angetriebenen Ladeluft-Verdichters dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die darauf gerichteten Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammenfassen.Several exemplary embodiments are shown in the drawing of the invention, electrically driven charge air compressor shown in the following Description closer explained become. The figures of the drawing, their description and the claims directed to this contain numerous features in combination. Becomes a professional consider these features individually and make meaningful, further ones Combine combinations.
Es zeigen:Show it:
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments
Die auf der Lufteinlass-Seite angesaugte und
durch das Verdichterrad
Das Verdichterrad
Wird der Elektromotor
Über
die Steigung der Führung
In dieser Stellung des Verdichterrades
wird durch den Lufteinlass
Wird nun der elektrische Zusatzverdichter deaktiviert,
indem der Antriebsmotor
In anderen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Zusatzverdichters
können
zusätzliche,
elastische Mittel zwischen dem Mitnehmer
Die
Der Raum
Im Verdichterraum
Das Verdichterrad
Vom Lufteinlass
Im Betrieb des Ladeluft-Verdichters
greifen, wie in
Um den Hub des Verdichterrades
In seiner Ruheposition ist das Verdichterrad
Der erfindungsgemäße, elektrisch angetriebene Ladeluftverdichter ist nicht auf die in den Zeichnungen präsentierten Ausführungsbeispiele beschränkt.The electrically driven according to the invention Charge air compressor is not on the ones presented in the drawings embodiments limited.
Insbesondere ist die Vorrichtung nicht beschränkt auf die Verwendung lediglich eines einzelnen Verdichterrades.In particular, the device not limited on the use of only a single compressor wheel.
Der erfindungsgemäße Ladeluft-Verdichter ist
nicht beschränkt
auf die Verwendung eines Verschiebesitzes gemäß
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